型鋼混凝土梁彎扭性能試驗(yàn)與力學(xué)機(jī)制解析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，隨著建筑功能需求的日益多樣化和復(fù)雜化，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能要求也越來(lái)越高。型鋼混凝土梁作為一種重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在各類建筑中得到了廣泛應(yīng)用。它將型鋼與混凝土兩種材料有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮了鋼材的抗拉強(qiáng)度高和混凝土的抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使得構(gòu)件在具有較高承載能力的同時(shí)，還具備良好的抗震性能、剛度以及耐火性。在實(shí)際工程中，型鋼混凝土梁常常承受多種復(fù)雜荷載的共同作用，其中彎扭組合作用是較為常見且對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響顯著的一種受力狀態(tài)。例如，在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中，由于曲線梁橋的使用，梁體除了承受豎向荷載產(chǎn)生的彎矩外，還會(huì)因曲率的存在而受到扭矩的作用；在高層建筑中，當(dāng)結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則或存在偏心受力時(shí)，型鋼混凝土梁也不可避免地處于彎扭共同作用的環(huán)境。這種復(fù)雜的受力狀態(tài)對(duì)型鋼混凝土梁的性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，若不能準(zhǔn)確掌握其在彎扭作用下的力學(xué)性能，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患，甚至引發(fā)嚴(yán)重的工程事故。研究型鋼混凝土梁的彎扭性能具有至關(guān)重要的意義，準(zhǔn)確了解型鋼混凝土梁在彎扭作用下的破壞機(jī)理、承載能力、變形特性以及內(nèi)力分布規(guī)律等，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)這些研究成果，更加科學(xué)合理地確定構(gòu)件的尺寸、配筋以及型鋼的選型，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。深入研究還可以促進(jìn)新型結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)和應(yīng)用，推動(dòng)建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究進(jìn)展國(guó)外對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的研究起步較早，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。早在20世紀(jì)中葉，一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本和歐洲部分國(guó)家，就開始關(guān)注型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在復(fù)雜受力狀態(tài)下的性能。當(dāng)時(shí)，隨著建筑高度和跨度的不斷增加，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式逐漸難以滿足工程需求，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)開始進(jìn)入研究視野。早期的研究主要側(cè)重于試驗(yàn)探索，通過(guò)對(duì)不同尺寸、配筋和型鋼類型的型鋼混凝土梁進(jìn)行彎扭加載試驗(yàn)，觀察其破壞模式、變形特征以及內(nèi)力分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的破壞模式與純彎或純扭時(shí)有顯著差異，呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的破壞形態(tài)。例如，當(dāng)扭矩占比較大時(shí)，梁體往往先出現(xiàn)受扭裂縫，隨著荷載增加，裂縫不斷擴(kuò)展并與受彎裂縫相互貫通，最終導(dǎo)致梁體破壞；而當(dāng)彎矩占主導(dǎo)時(shí)，破壞形式則更趨近于純彎破壞，但扭矩的存在會(huì)加速裂縫的發(fā)展和破壞進(jìn)程。在理論分析方面，國(guó)外學(xué)者提出了多種用于計(jì)算型鋼混凝土梁彎扭承載力和變形的理論模型。其中，基于疊加原理的方法較為經(jīng)典，該方法將彎扭作用分別考慮，通過(guò)對(duì)受彎和受扭承載力的單獨(dú)計(jì)算，再進(jìn)行疊加來(lái)估算梁在彎扭共同作用下的性能。然而，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，因?yàn)樗鼪]有充分考慮彎扭作用之間的耦合效應(yīng)。后來(lái)，一些學(xué)者引入了更為復(fù)雜的非線性分析方法，如有限元方法，通過(guò)建立精細(xì)的數(shù)值模型，能夠更準(zhǔn)確地模擬型鋼混凝土梁在彎扭作用下的力學(xué)行為，考慮材料非線性、幾何非線性以及型鋼與混凝土之間的相互作用等因素，為理論研究提供了更強(qiáng)大的工具。隨著研究的深入，國(guó)外在型鋼混凝土梁彎扭性能的應(yīng)用技術(shù)方面也取得了顯著進(jìn)展。在建筑設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同的工程需求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)型鋼混凝土梁的截面形式和尺寸，優(yōu)化配筋和型鋼布置，以提高結(jié)構(gòu)的抗扭和抗彎能力。在施工技術(shù)方面，研發(fā)了一系列先進(jìn)的施工工藝和連接方法，確保型鋼與混凝土之間的協(xié)同工作，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。例如，采用高性能的粘結(jié)材料和錨固技術(shù)，增強(qiáng)型鋼與混凝土的粘結(jié)力；改進(jìn)施工流程，減少施工過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)性能的不利影響。近年來(lái)，國(guó)外的研究更加注重可持續(xù)發(fā)展和新型材料的應(yīng)用。將新型鋼材和高性能混凝土應(yīng)用于型鋼混凝土梁，研究其在彎扭作用下的性能變化，探索如何進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的性能和降低成本。同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)型鋼混凝土梁在使用過(guò)程中的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為結(jié)構(gòu)的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。1.2.2國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)國(guó)內(nèi)對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的研究雖然起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速，在試驗(yàn)研究、理論分析和規(guī)范制定等方面都取得了豐碩成果。在試驗(yàn)研究方面，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)開展了大量的型鋼混凝土梁彎扭試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)不同參數(shù)（如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼種類和含鋼率等）的試件進(jìn)行單調(diào)加載和反復(fù)加載試驗(yàn)，深入研究了梁在彎扭作用下的力學(xué)性能。例如，通過(guò)試驗(yàn)觀察到，混凝土強(qiáng)度的提高可以有效增強(qiáng)梁的抗扭和抗彎能力，使梁的開裂荷載和極限荷載增大；配筋率的增加對(duì)梁的受彎性能改善較為明顯，同時(shí)也能在一定程度上提高梁的抗扭能力，但過(guò)高的配筋率可能導(dǎo)致鋼筋的利用率降低，且增加施工難度。在理論分析方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)工程實(shí)際情況，提出了一系列適合我國(guó)國(guó)情的理論計(jì)算方法。例如，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，建立了考慮彎扭耦合效應(yīng)的型鋼混凝土梁承載力計(jì)算公式，該公式在實(shí)際工程應(yīng)用中具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，利用有限元軟件對(duì)型鋼混凝土梁進(jìn)行數(shù)值模擬，深入研究其在彎扭作用下的應(yīng)力分布、變形發(fā)展以及破壞機(jī)理，為理論研究提供了有力支持。隨著研究的不斷深入，我國(guó)在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范方面也逐步完善?，F(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范如《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138-2016）對(duì)型鋼混凝土梁在彎扭作用下的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、構(gòu)造要求等做出了明確規(guī)定，為工程設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。規(guī)范的制定充分考慮了國(guó)內(nèi)的材料性能、施工工藝以及工程經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的研究還關(guān)注到了一些新的研究方向。例如，研究型鋼混凝土梁在復(fù)雜環(huán)境（如高溫、腐蝕等）下的彎扭性能，為處于特殊環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支持；探索將新型纖維材料（如碳纖維、玄武巖纖維等）與型鋼混凝土相結(jié)合，開發(fā)新型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，研究其在彎扭作用下的性能優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。此外，隨著綠色建筑理念的推廣，研究如何在保證結(jié)構(gòu)性能的前提下，提高型鋼混凝土梁的資源利用率和環(huán)保性能，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。1.3研究目的與內(nèi)容本研究旨在通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，深入揭示型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的力學(xué)性能和破壞機(jī)理，為其在實(shí)際工程中的合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供更為可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體研究?jī)?nèi)容如下：試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施：精心設(shè)計(jì)并制作一系列不同參數(shù)（如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼類型、含鋼率以及扭彎比等）的型鋼混凝土梁試件。通過(guò)合理的加載方案，對(duì)試件進(jìn)行彎扭組合加載試驗(yàn)，精確測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括荷載、變形、應(yīng)變等。詳細(xì)觀察并記錄試件在加載過(guò)程中的裂縫開展、破壞形態(tài)等現(xiàn)象，為后續(xù)的分析提供豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。力學(xué)性能分析：基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析型鋼混凝土梁在彎扭作用下的受力全過(guò)程，包括彈性階段、彈塑性階段和破壞階段的力學(xué)特性。研究其開裂荷載、極限荷載、扭矩-扭率關(guān)系、彎矩-曲率關(guān)系以及變形能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)，探討各參數(shù)對(duì)這些性能指標(biāo)的影響規(guī)律。例如，通過(guò)對(duì)比不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)試件的試驗(yàn)結(jié)果，分析混凝土強(qiáng)度對(duì)型鋼混凝土梁彎扭承載能力和變形性能的影響；研究不同配筋率和含鋼率對(duì)梁的抗彎、抗扭貢獻(xiàn)，以及它們之間的相互作用關(guān)系。破壞機(jī)理研究：結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，深入探究型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的破壞機(jī)理。分析不同破壞模式（如彎型破壞、扭型破壞以及彎扭復(fù)合型破壞）的發(fā)生條件和破壞過(guò)程，明確各組成部分（混凝土、鋼筋、型鋼）在破壞過(guò)程中的作用和相互影響。例如，研究在扭型破壞模式下，扭矩如何導(dǎo)致混凝土的開裂和破碎，以及型鋼和鋼筋如何發(fā)揮其抗扭作用；分析彎扭復(fù)合型破壞中，彎矩和扭矩的耦合作用如何加速梁的破壞進(jìn)程。理論模型建立：在試驗(yàn)研究和破壞機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，嘗試建立考慮彎扭耦合效應(yīng)的型鋼混凝土梁承載力和變形計(jì)算理論模型。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析和理論推導(dǎo)，確定模型中的關(guān)鍵參數(shù)和計(jì)算公式，使模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)型鋼混凝土梁在彎扭作用下的力學(xué)性能。將建立的理論模型與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程設(shè)計(jì)提供實(shí)用的計(jì)算方法。影響因素分析：全面分析各種因素對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的影響，除了上述提到的混凝土強(qiáng)度、配筋率、型鋼類型和含鋼率等因素外，還包括加載方式（單調(diào)加載、反復(fù)加載）、加載速率、構(gòu)件尺寸等因素。研究這些因素在不同工況下對(duì)梁的性能影響規(guī)律，為工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)和施工提供更全面的指導(dǎo)。例如，分析反復(fù)加載對(duì)型鋼混凝土梁疲勞性能和累積損傷的影響，以及加載速率對(duì)梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和破壞模式的影響。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用試驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法，深入探究型鋼混凝土梁在彎扭作用下的性能。在試驗(yàn)研究方面，通過(guò)精心設(shè)計(jì)并制作一系列不同參數(shù)的型鋼混凝土梁試件，模擬實(shí)際工程中的彎扭受力工況，對(duì)試件進(jìn)行彎扭組合加載試驗(yàn)。利用高精度的測(cè)量?jī)x器，如荷載傳感器、位移計(jì)、應(yīng)變片等，精確測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的荷載、變形、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，詳細(xì)觀察試件在加載過(guò)程中的裂縫開展、破壞形態(tài)等現(xiàn)象，直觀了解其力學(xué)行為和破壞機(jī)理。在理論分析方面，基于材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等基本理論，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)型鋼混凝土梁在彎扭作用下的力學(xué)性能進(jìn)行深入分析。運(yùn)用有限元軟件建立數(shù)值模型，模擬型鋼混凝土梁在彎扭作用下的受力過(guò)程，考慮材料非線性、幾何非線性以及型鋼與混凝土之間的相互作用等因素，進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)試驗(yàn)中難以測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的分析，建立考慮彎扭耦合效應(yīng)的型鋼混凝土梁承載力和變形計(jì)算理論模型，為工程設(shè)計(jì)提供實(shí)用的計(jì)算方法。技術(shù)路線如圖1-1所示，首先廣泛收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，了解型鋼混凝土梁彎扭性能的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，明確研究目的和內(nèi)容。根據(jù)研究目的，設(shè)計(jì)型鋼混凝土梁試件，確定試件的尺寸、材料參數(shù)、配筋情況以及加載方案等。在試件制作完成后，進(jìn)行彎扭組合加載試驗(yàn)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案進(jìn)行操作，準(zhǔn)確測(cè)量和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察試件的破壞現(xiàn)象。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制荷載-變形曲線、扭矩-扭率曲線等，研究型鋼混凝土梁在彎扭作用下的力學(xué)性能和破壞機(jī)理。利用有限元軟件建立數(shù)值模型，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。在試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，建立型鋼混凝土梁彎扭性能的理論模型，通過(guò)對(duì)理論模型的驗(yàn)證和優(yōu)化，最終得出研究結(jié)論，并將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程，為型鋼混凝土梁的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考依據(jù)。[此處插入技術(shù)路線圖1-1]二、型鋼混凝土梁彎扭試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1試件設(shè)計(jì)與制作2.1.1試件參數(shù)確定為全面深入研究各參數(shù)對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的影響，本次試驗(yàn)精心設(shè)計(jì)了6根試件，其具體參數(shù)如表2-1所示。在確定試件尺寸時(shí)，綜合考慮了實(shí)際工程中梁的常見尺寸以及試驗(yàn)設(shè)備的承載能力和加載空間限制。參考相關(guān)工程案例和研究資料，將試件的截面尺寸設(shè)定為200mm×300mm，長(zhǎng)度為2000mm，這樣的尺寸既能保證試件在試驗(yàn)過(guò)程中充分展現(xiàn)其彎扭性能，又便于加工制作和試驗(yàn)操作。型鋼類型的選擇對(duì)試件性能起著關(guān)鍵作用，本次試驗(yàn)選用了Q345B工字鋼，其具有良好的力學(xué)性能和廣泛的工程應(yīng)用。通過(guò)改變工字鋼的型號(hào)（I10、I12.6、I14）來(lái)調(diào)整含鋼率，以探究不同含鋼率對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的影響?；炷翉?qiáng)度等級(jí)是影響試件性能的重要因素之一，本次試驗(yàn)采用了C30和C40兩種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。C30混凝土在一般建筑工程中應(yīng)用廣泛，具有一定的代表性；C40混凝土強(qiáng)度較高，可用于研究高強(qiáng)度混凝土對(duì)型鋼混凝土梁性能的提升效果。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），通過(guò)合理設(shè)計(jì)配合比來(lái)確?；炷恋膹?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求?？v筋配筋率也是試驗(yàn)中的一個(gè)重要變量，通過(guò)配置不同數(shù)量和直徑的HRB400鋼筋來(lái)實(shí)現(xiàn)縱筋配筋率的變化（1.5%、2.0%、2.5%）。鋼筋的布置遵循相關(guān)規(guī)范要求，以保證鋼筋能夠有效地發(fā)揮其作用。箍筋采用HPB300鋼筋，間距為100mm，其作用是約束混凝土，提高梁的抗剪和抗扭能力。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，還考慮了扭彎比這一參數(shù)，通過(guò)調(diào)整加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的扭彎比，以研究其對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的影響。[此處插入表2-1：試件參數(shù)表]2.1.2材料性能測(cè)試在試驗(yàn)前，對(duì)鋼材和混凝土等主要材料進(jìn)行了嚴(yán)格的力學(xué)性能測(cè)試，以獲取準(zhǔn)確的材料參數(shù)，為后續(xù)的試驗(yàn)分析提供可靠依據(jù)。對(duì)于鋼材，從同一批次的Q345B工字鋼、HRB400鋼筋和HPB300鋼筋中分別截取標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件。依據(jù)《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》（GB/T228.1-2010），在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用位移控制加載方式，加載速率嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行控制，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)拉伸試驗(yàn)，測(cè)定了鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量和伸長(zhǎng)率等關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)。具體測(cè)試結(jié)果如表2-2所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出，Q345B工字鋼的屈服強(qiáng)度為355MPa，抗拉強(qiáng)度為510MPa，彈性模量為2.06×10^5MPa，伸長(zhǎng)率為25%；HRB400鋼筋的屈服強(qiáng)度為420MPa，抗拉強(qiáng)度為570MPa，彈性模量為2.0×10^5MPa，伸長(zhǎng)率為16%；HPB300鋼筋的屈服強(qiáng)度為300MPa，抗拉強(qiáng)度為420MPa，彈性模量為2.1×10^5MPa，伸長(zhǎng)率為27%。對(duì)于混凝土，在試件澆筑過(guò)程中，按照標(biāo)準(zhǔn)要求同時(shí)制作了150mm×150mm×150mm的立方體試塊和150mm×150mm×300mm的棱柱體試塊，每組試塊數(shù)量均為3個(gè)。立方體試塊用于測(cè)定混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，棱柱體試塊用于測(cè)定軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量。試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)齡期（28天）后，依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）進(jìn)行試驗(yàn)。在立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，采用壓力試驗(yàn)機(jī)以規(guī)定的加載速率進(jìn)行加載，直至試塊破壞，記錄破壞荷載，根據(jù)公式計(jì)算得出立方體抗壓強(qiáng)度。軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和彈性模量試驗(yàn)也按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行操作?；炷恋牧W(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表2-3所示，C30混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度平均值為32.5MPa，軸心抗壓強(qiáng)度平均值為23.5MPa，彈性模量平均值為3.0×10^4MPa；C40混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度平均值為43.0MPa，軸心抗壓強(qiáng)度平均值為31.0MPa，彈性模量平均值為3.2×10^4MPa。[此處插入表2-2：鋼材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表][此處插入表2-3：混凝土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表]2.1.3試件制作過(guò)程試件制作過(guò)程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和工藝流程進(jìn)行操作，以確保試件的質(zhì)量和性能符合試驗(yàn)要求。首先進(jìn)行鋼筋綁扎工作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，準(zhǔn)確截取HRB400縱筋和HPB300箍筋，并對(duì)鋼筋表面進(jìn)行清理，去除銹跡和油污等雜質(zhì)，以保證鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力。按照設(shè)計(jì)的配筋率和鋼筋布置方式，在工作臺(tái)上進(jìn)行鋼筋骨架的綁扎?？v筋的連接采用焊接方式，確保連接牢固，焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。箍筋按照規(guī)定的間距進(jìn)行綁扎，與縱筋形成穩(wěn)定的鋼筋骨架。型鋼安裝是試件制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將預(yù)先加工好的Q345B工字鋼吊運(yùn)至鋼筋骨架上方，通過(guò)定位措施確保工字鋼的位置準(zhǔn)確無(wú)誤，使其中心軸線與鋼筋骨架的中心軸線重合。采用焊接或螺栓連接的方式將工字鋼與鋼筋骨架進(jìn)行可靠連接，保證在混凝土澆筑過(guò)程中型鋼不會(huì)發(fā)生位移。在連接過(guò)程中，要注意避免對(duì)型鋼和鋼筋造成損傷，確保連接部位的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在完成鋼筋綁扎和型鋼安裝后，進(jìn)行模板安裝工作。模板采用優(yōu)質(zhì)的膠合板制作，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受混凝土澆筑過(guò)程中的側(cè)壓力。模板的拼接要嚴(yán)密，防止漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。在模板內(nèi)表面均勻涂抹脫模劑，以便在混凝土澆筑完成后能夠順利脫模。模板安裝完成后，對(duì)其尺寸、位置和垂直度進(jìn)行檢查，確保符合設(shè)計(jì)要求。混凝土澆筑是試件制作的最后一個(gè)關(guān)鍵步驟，本次試驗(yàn)采用商品混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)（C30或C40）選擇合適的配合比。在混凝土澆筑前，對(duì)模板、鋼筋和型鋼進(jìn)行全面檢查，清除雜物和積水。采用分層澆筑的方式，每層澆筑厚度控制在300mm左右，使用插入式振搗器進(jìn)行振搗，振搗點(diǎn)均勻布置，振搗時(shí)間以混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡、泛漿為準(zhǔn)，確?；炷恋拿軐?shí)性。在澆筑過(guò)程中，注意避免振搗器直接碰撞鋼筋和型鋼，以免影響其位置和性能。試件澆筑完成后，在其表面覆蓋塑料薄膜和草簾進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7天。在養(yǎng)護(hù)期間，定期對(duì)試件進(jìn)行灑水，保持混凝土表面濕潤(rùn)，為混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)提供良好的環(huán)境條件。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除模板，對(duì)試件進(jìn)行外觀檢查，記錄試件表面是否存在裂縫、蜂窩、麻面等缺陷。對(duì)于存在缺陷的試件，根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)處理，確保試件能夠滿足試驗(yàn)要求。2.2試驗(yàn)加載方案2.2.1加載裝置設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)對(duì)型鋼混凝土梁的彎扭組合加載，設(shè)計(jì)了一套專門的加載裝置，其主要由反力架、分配梁、加載千斤頂以及扭矩施加系統(tǒng)等部分組成，加載裝置的示意圖如圖2-1所示。反力架采用高強(qiáng)度鋼材制作，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的巨大荷載，確保加載過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。反力架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，各構(gòu)件之間通過(guò)螺栓或焊接方式連接牢固，形成一個(gè)穩(wěn)定的受力體系。分配梁的作用是將加載千斤頂施加的集中荷載均勻地分配到試件上，使試件在加載過(guò)程中受力更加均勻。分配梁采用工字鋼制作，其截面尺寸和長(zhǎng)度根據(jù)試件的尺寸和加載要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在分配梁與試件之間設(shè)置了橡膠墊，以減小應(yīng)力集中現(xiàn)象，保證試件在加載過(guò)程中的正常受力。加載千斤頂選用高精度、大噸位的液壓千斤頂，其加載能力滿足試驗(yàn)中最大荷載的要求。千斤頂?shù)募虞d精度能夠達(dá)到試驗(yàn)測(cè)量的要求，確保加載數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過(guò)液壓控制系統(tǒng)，可以精確控制千斤頂?shù)募虞d速度和加載量，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的分級(jí)加載。在加載過(guò)程中，通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)千斤頂?shù)募虞d壓力，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。扭矩施加系統(tǒng)是加載裝置的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)原理基于杠桿原理。通過(guò)在試件的一端設(shè)置一個(gè)扭矩施加臂，在扭矩施加臂的另一端施加豎向荷載，從而在試件中產(chǎn)生扭矩。扭矩施加臂采用高強(qiáng)度鋼材制作，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩。在扭矩施加臂與試件之間采用鉸連接方式，確保扭矩能夠有效地傳遞到試件中。為了保證加載裝置的準(zhǔn)確性和可靠性，在試驗(yàn)前對(duì)加載裝置進(jìn)行了嚴(yán)格的調(diào)試和校準(zhǔn)。對(duì)加載千斤頂進(jìn)行標(biāo)定，確定其加載力與壓力之間的關(guān)系，確保加載力的準(zhǔn)確性。檢查各連接部位的牢固性，避免在加載過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)或位移現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)試和校準(zhǔn)，確保加載裝置能夠滿足試驗(yàn)要求，為試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。[此處插入圖2-1：加載裝置示意圖]2.2.2加載制度制定本次試驗(yàn)采用分級(jí)加載制度，分為預(yù)加載和正式加載兩個(gè)階段。預(yù)加載的目的是檢查加載裝置、測(cè)量?jī)x器的工作狀態(tài)是否正常，使試件各部分接觸良好，同時(shí)消除試件和加載裝置的非彈性變形。預(yù)加載荷載取預(yù)估極限荷載的10%，分2級(jí)加載，每級(jí)加載后持荷5min，觀察試件和加載裝置的情況，若無(wú)異常則進(jìn)行卸載。卸載速度應(yīng)緩慢，避免對(duì)試件造成沖擊。正式加載階段采用位移控制加載方式，根據(jù)前期的預(yù)試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，確定每級(jí)加載的位移增量。在加載初期，由于試件處于彈性階段，位移增量可以適當(dāng)取大一些，一般為0.5mm；隨著荷載的增加，試件進(jìn)入彈塑性階段，位移增量逐漸減小，一般為0.2mm～0.3mm，以更精確地觀察試件在彈塑性階段的性能變化。每級(jí)加載后持荷10min，在持荷期間，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試件的荷載、變形、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，并仔細(xì)觀察試件表面裂縫的開展情況，記錄裂縫的出現(xiàn)位置、寬度和長(zhǎng)度等信息。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的破壞跡象，如裂縫迅速擴(kuò)展、混凝土壓碎、型鋼屈服等，或者荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯的下降段時(shí)，停止加載，認(rèn)為試件已達(dá)到破壞狀態(tài)。在試驗(yàn)過(guò)程中，若出現(xiàn)異常情況，如加載裝置故障、測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)異常等，應(yīng)立即停止加載，排查故障原因，待問(wèn)題解決后再繼續(xù)試驗(yàn)。在整個(gè)加載過(guò)程中，嚴(yán)格控制加載速率，加載速率應(yīng)保持均勻、穩(wěn)定，避免加載速率過(guò)快或過(guò)慢對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。加載速率的控制通過(guò)液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，操作人員應(yīng)密切關(guān)注加載速率的變化，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)合理制定加載制度，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取型鋼混凝土梁在彎扭作用下的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析研究提供可靠依據(jù)。2.3測(cè)試內(nèi)容與儀器布置2.3.1應(yīng)變測(cè)量為全面準(zhǔn)確地獲取型鋼混凝土梁在彎扭作用下的應(yīng)變分布情況，在混凝土、鋼筋和型鋼表面布置了大量應(yīng)變片。在混凝土表面，沿梁的長(zhǎng)度方向和高度方向分別布置應(yīng)變片，以測(cè)量混凝土在軸向和橫向的應(yīng)變。在梁的跨中截面，沿梁的高度方向均勻布置3個(gè)應(yīng)變片，分別位于梁的底部、中和軸和頂部位置，以監(jiān)測(cè)混凝土在受彎過(guò)程中的應(yīng)變變化；在梁的1/4跨和3/4跨截面，同樣沿高度方向布置應(yīng)變片，同時(shí)在梁的側(cè)面沿長(zhǎng)度方向每隔100mm布置一個(gè)應(yīng)變片，用于測(cè)量混凝土在扭矩作用下的剪應(yīng)變。在鋼筋表面，在縱筋和箍筋上分別粘貼應(yīng)變片。對(duì)于縱筋，在梁的兩端和跨中位置的縱筋上粘貼應(yīng)變片，以監(jiān)測(cè)縱筋在受彎和受扭過(guò)程中的拉應(yīng)變和壓應(yīng)變變化；對(duì)于箍筋，在梁的不同截面處，選擇若干根箍筋，在箍筋的水平段和豎直段分別粘貼應(yīng)變片，測(cè)量箍筋在受扭過(guò)程中的剪應(yīng)變。在型鋼表面，在工字鋼的翼緣和腹板上布置應(yīng)變片。在翼緣的上下表面，沿長(zhǎng)度方向每隔150mm布置一個(gè)應(yīng)變片，測(cè)量翼緣在受彎和受扭過(guò)程中的正應(yīng)變；在腹板的兩側(cè)面，沿高度方向每隔100mm布置一個(gè)應(yīng)變片，同時(shí)在腹板的長(zhǎng)度方向上每隔200mm布置一個(gè)應(yīng)變片，用于測(cè)量腹板在彎扭共同作用下的正應(yīng)變和剪應(yīng)變。應(yīng)變片的粘貼采用專用的粘結(jié)劑，確保粘貼牢固，避免在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)變片脫落的情況。粘貼完成后，對(duì)每個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，并使用萬(wàn)用表檢查其電阻值，確保應(yīng)變片的工作狀態(tài)正常。將應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，記錄試件在不同加載階段的應(yīng)變變化情況。2.3.2變形測(cè)量為準(zhǔn)確測(cè)量型鋼混凝土梁在彎扭作用下的變形情況，采用了位移計(jì)和傾角儀等儀器。在梁的跨中位置底面布置一個(gè)位移計(jì)，用于測(cè)量梁在豎向荷載作用下的撓度；在梁的兩端支座處，分別布置一個(gè)位移計(jì)，用于測(cè)量支座處的豎向位移，通過(guò)跨中位移與支座位移的差值，得到梁的實(shí)際撓度。在梁的跨中截面兩側(cè)，分別安裝一個(gè)傾角儀，用于測(cè)量梁在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)角。傾角儀的安裝位置應(yīng)盡量靠近梁的表面，確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量梁的扭轉(zhuǎn)角度變化。在試驗(yàn)過(guò)程中，隨著荷載的增加，實(shí)時(shí)記錄傾角儀測(cè)量的扭轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，繪制扭矩-扭率曲線，分析梁的扭轉(zhuǎn)性能。為保證位移計(jì)和傾角儀的測(cè)量精度，在安裝前對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保儀器的零點(diǎn)準(zhǔn)確無(wú)誤。在試驗(yàn)過(guò)程中，注意保護(hù)儀器，避免受到碰撞和損壞。同時(shí)，定期檢查儀器的連接線路，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。2.3.3裂縫觀測(cè)裂縫觀測(cè)是了解型鋼混凝土梁受力性能和破壞過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用裂縫觀測(cè)儀和讀數(shù)顯微鏡等工具對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè)。在加載初期，每隔一定時(shí)間（如每級(jí)加載后持荷期間），用肉眼觀察試件表面是否出現(xiàn)裂縫，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，立即使用裂縫觀測(cè)儀測(cè)量裂縫的位置和寬度，并使用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量裂縫的深度。隨著荷載的增加，密切關(guān)注裂縫的發(fā)展情況，記錄裂縫的擴(kuò)展方向、長(zhǎng)度和寬度變化。當(dāng)裂縫寬度達(dá)到一定值（如0.2mm）時(shí)，在裂縫的兩端用記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)記，以便后續(xù)觀察和測(cè)量。在試件破壞后，對(duì)裂縫進(jìn)行全面的檢查和統(tǒng)計(jì)，繪制裂縫分布圖，分析裂縫的分布規(guī)律和破壞模式。為提高裂縫觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，在觀測(cè)過(guò)程中，應(yīng)保持觀測(cè)環(huán)境的光線充足，避免因光線問(wèn)題導(dǎo)致觀測(cè)誤差。同時(shí)，觀測(cè)人員應(yīng)具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，能夠準(zhǔn)確判斷裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展情況。三、試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象分析3.1破壞形態(tài)3.1.1扭型破壞特征在扭型破壞模式下，試件的裂縫分布和發(fā)展過(guò)程具有獨(dú)特的特征。在加載初期，當(dāng)扭矩達(dá)到一定值時(shí)，試件表面開始出現(xiàn)細(xì)微的斜裂縫，這些裂縫通常首先出現(xiàn)在梁的側(cè)面，且與梁軸線大致成45°角。隨著扭矩的逐漸增加，斜裂縫不斷擴(kuò)展并向梁的頂面和底面延伸，同時(shí)，在梁的頂面和底面也開始出現(xiàn)新的斜裂縫，這些裂縫相互交錯(cuò)，形成了復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)扭矩接近極限扭矩時(shí)，裂縫寬度迅速增大，其中一條或幾條主裂縫逐漸貫通整個(gè)梁截面，成為控制梁破壞的主要裂縫。此時(shí)，梁的表面混凝土開始剝落，露出內(nèi)部的鋼筋和型鋼。在破壞瞬間，梁的扭轉(zhuǎn)角急劇增大，伴隨著明顯的響聲，最終導(dǎo)致梁?jiǎn)适С休d能力。從最終破壞形態(tài)來(lái)看，扭型破壞的試件呈現(xiàn)出典型的螺旋形裂縫，裂縫沿著梁的表面螺旋狀分布，貫穿整個(gè)梁長(zhǎng)。梁的頂面和底面混凝土被嚴(yán)重破壞，形成較大的破碎區(qū)域。內(nèi)部的鋼筋和型鋼也發(fā)生了明顯的變形，鋼筋屈服，型鋼局部屈曲，表明在扭型破壞過(guò)程中，扭矩對(duì)梁的各個(gè)組成部分都產(chǎn)生了巨大的作用。例如，試件S-1在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)扭矩達(dá)到極限扭矩的70%左右時(shí)，梁的側(cè)面開始出現(xiàn)多條斜裂縫，隨著扭矩繼續(xù)增加，裂縫迅速擴(kuò)展并貫通梁的頂面和底面，最終形成了一條清晰的螺旋形主裂縫，梁的頂面和底面混凝土大面積剝落，鋼筋和型鋼外露且發(fā)生明顯變形，試件完全喪失承載能力。3.1.2彎型破壞特征彎型破壞的型鋼混凝土梁，其破壞特點(diǎn)主要體現(xiàn)在受彎裂縫的開展以及受壓區(qū)混凝土的壓碎等現(xiàn)象。在加載初期，隨著彎矩的增加，梁的受拉區(qū)首先出現(xiàn)垂直于梁軸線的裂縫，這些裂縫寬度較小且數(shù)量較少。隨著荷載的進(jìn)一步增大，受拉區(qū)裂縫不斷發(fā)展，裂縫寬度逐漸增大，同時(shí)在梁的跨中區(qū)域，裂縫數(shù)量也逐漸增多。當(dāng)彎矩接近極限彎矩時(shí)，受壓區(qū)混凝土開始出現(xiàn)縱向裂縫，這表明受壓區(qū)混凝土已經(jīng)進(jìn)入塑性階段，其抗壓能力逐漸下降。隨著受壓區(qū)混凝土裂縫的發(fā)展，混凝土逐漸被壓碎，梁的受壓區(qū)高度減小，中和軸上移。最終，受拉區(qū)鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土被完全壓碎，梁?jiǎn)适С休d能力，發(fā)生破壞。在彎型破壞過(guò)程中，梁的撓度明顯增大，變形集中在跨中區(qū)域。破壞時(shí)，梁的跨中底部混凝土被拉裂，形成較大的裂縫，受壓區(qū)混凝土被壓碎成塊狀剝落。例如，試件S-3在試驗(yàn)中，當(dāng)彎矩達(dá)到極限彎矩的80%時(shí)，跨中受拉區(qū)出現(xiàn)多條寬度較大的垂直裂縫，受壓區(qū)混凝土表面出現(xiàn)縱向裂縫。繼續(xù)加載至極限彎矩時(shí)，受拉區(qū)鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土大面積壓碎剝落，梁的跨中撓度急劇增大，試件發(fā)生典型的彎型破壞。3.1.3破壞模式影響因素扭彎比是影響型鋼混凝土梁破壞模式的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)扭彎比較小時(shí)，彎矩在總荷載效應(yīng)中占主導(dǎo)地位，梁的破壞模式傾向于彎型破壞。此時(shí)，梁主要表現(xiàn)出受彎破壞的特征，受彎裂縫的開展和受壓區(qū)混凝土的壓碎是導(dǎo)致梁破壞的主要原因。隨著扭彎比的增大，扭矩的作用逐漸增強(qiáng)，當(dāng)扭彎比達(dá)到一定值時(shí)，扭矩成為控制梁破壞的主要因素，梁的破壞模式轉(zhuǎn)變?yōu)榕ば推茐?，裂縫以斜裂縫為主，呈現(xiàn)出螺旋形分布。配筋率對(duì)破壞模式也有顯著影響?？v筋配筋率的增加可以提高梁的抗彎能力，使梁在受彎過(guò)程中能夠承受更大的彎矩。當(dāng)縱筋配筋率較低時(shí)，梁的抗彎能力相對(duì)較弱，在彎扭共同作用下，更容易發(fā)生扭型破壞；而當(dāng)縱筋配筋率較高時(shí)，梁的抗彎能力增強(qiáng)，破壞模式更傾向于彎型破壞。箍筋配筋率主要影響梁的抗扭能力，較高的箍筋配筋率可以有效約束混凝土，提高梁的抗扭性能，從而影響破壞模式。當(dāng)箍筋配筋率較低時(shí)，梁的抗扭能力不足，在扭矩作用下容易發(fā)生扭型破壞；適當(dāng)提高箍筋配筋率，可以增強(qiáng)梁的抗扭能力，使梁在彎扭作用下的破壞模式更加多樣化，可能出現(xiàn)彎扭復(fù)合型破壞。型鋼類型的不同會(huì)導(dǎo)致梁的含鋼率和截面特性發(fā)生變化，進(jìn)而影響破壞模式。不同型號(hào)的型鋼具有不同的抗彎和抗扭剛度，例如，采用較大型號(hào)的工字鋼，其抗彎和抗扭能力相對(duì)較強(qiáng)，在彎扭作用下，梁更有可能發(fā)生彎型破壞；而采用較小型號(hào)的型鋼，梁的抗彎和抗扭能力相對(duì)較弱，扭型破壞的可能性增加。此外，型鋼的布置方式和與混凝土的粘結(jié)性能也會(huì)對(duì)破壞模式產(chǎn)生一定影響。如果型鋼與混凝土之間的粘結(jié)性能良好，能夠更好地協(xié)同工作，梁的整體性能會(huì)得到提高，破壞模式也會(huì)相應(yīng)改變。3.2荷載-變形曲線3.2.1扭矩-扭率曲線分析根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出各試件的扭矩-扭率曲線，典型的扭矩-扭率曲線如圖3-1所示。從曲線可以看出，型鋼混凝土梁在扭矩作用下的受力過(guò)程可分為彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。在彈性階段（OA段），扭矩與扭率呈線性關(guān)系，此時(shí)梁的變形較小，混凝土和型鋼均處于彈性狀態(tài)，能夠承受扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力。梁的抗扭剛度較大，變形主要由材料的彈性變形引起。隨著扭矩的增加，當(dāng)達(dá)到開裂扭矩T_{cr}（A點(diǎn)）時(shí)，混凝土開始出現(xiàn)裂縫，曲線斜率發(fā)生變化，進(jìn)入彈塑性階段。在彈塑性階段（AB段），隨著扭矩的繼續(xù)增加，裂縫不斷擴(kuò)展，混凝土的部分拉應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)移到型鋼和鋼筋上，使得型鋼和鋼筋的應(yīng)力增大。此時(shí)，梁的抗扭剛度逐漸降低，扭矩-扭率曲線呈現(xiàn)非線性變化。在這個(gè)階段，由于型鋼和鋼筋的共同作用，梁仍具有一定的承載能力，能夠繼續(xù)承受扭矩的增加。當(dāng)扭矩達(dá)到極限扭矩T_{u}（B點(diǎn)）時(shí)，梁進(jìn)入破壞階段。此時(shí)，裂縫迅速擴(kuò)展，混凝土被壓碎，型鋼和鋼筋發(fā)生屈服和變形，梁的抗扭能力急劇下降，扭率急劇增大，曲線出現(xiàn)明顯的下降段。不同試件的扭矩-扭率曲線存在一定差異，這主要與試件的參數(shù)（如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼類型和含鋼率等）有關(guān)。例如，混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高的試件，其開裂扭矩和極限扭矩相對(duì)較大，在彈性階段和彈塑性階段的抗扭剛度也較大；配筋率和含鋼率較高的試件，由于型鋼和鋼筋能夠承擔(dān)更多的扭矩，其極限扭矩和變形能力也相對(duì)較強(qiáng)。[此處插入圖3-1：典型扭矩-扭率曲線]3.2.2彎矩-撓度曲線分析各試件的彎矩-撓度曲線清晰地反映了型鋼混凝土梁在彎矩作用下的變形發(fā)展規(guī)律，典型的彎矩-撓度曲線如圖3-2所示。該曲線可劃分為三個(gè)明顯的階段：彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。在彈性階段（OA段），彎矩與撓度呈良好的線性關(guān)系，梁的變形主要是由于材料的彈性應(yīng)變引起的。此時(shí)，混凝土和型鋼共同承擔(dān)荷載，且兩者之間的協(xié)同工作良好，梁的抗彎剛度較大，能夠有效地抵抗彎矩產(chǎn)生的變形。隨著彎矩的逐漸增大，當(dāng)達(dá)到開裂彎矩M_{cr}（A點(diǎn)）時(shí)，受拉區(qū)混凝土開始出現(xiàn)裂縫，梁的剛度發(fā)生變化，曲線斜率稍有減小，標(biāo)志著梁進(jìn)入彈塑性階段。在彈塑性階段（AB段），隨著彎矩的進(jìn)一步增加，裂縫不斷開展和延伸，受拉區(qū)混凝土逐漸退出工作，拉力主要由鋼筋和型鋼承擔(dān)。受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布也發(fā)生變化，其塑性變形逐漸發(fā)展。在這個(gè)階段，梁的抗彎剛度逐漸降低，彎矩-撓度曲線呈現(xiàn)非線性變化，但梁仍具有一定的承載能力，能夠繼續(xù)承受彎矩的增加。當(dāng)彎矩達(dá)到極限彎矩M_{u}（B點(diǎn)）時(shí)，受壓區(qū)混凝土被壓碎，受拉鋼筋和型鋼達(dá)到屈服強(qiáng)度，梁?jiǎn)适С休d能力，進(jìn)入破壞階段。此時(shí)，梁的撓度急劇增大，曲線出現(xiàn)明顯的下降段。從不同試件的彎矩-撓度曲線對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，試件參數(shù)對(duì)曲線特征有顯著影響。混凝土強(qiáng)度等級(jí)高的試件，其開裂彎矩和極限彎矩相對(duì)較大，在彈性階段和彈塑性階段的抗彎剛度也較大；縱筋配筋率和含鋼率較高的試件，能夠提供更大的抗彎能力，使得極限彎矩和變形能力增強(qiáng)。[此處插入圖3-2：典型彎矩-撓度曲線]3.3應(yīng)變分布規(guī)律3.3.1混凝土應(yīng)變分布在彎扭共同作用下，型鋼混凝土梁中混凝土的應(yīng)變分布呈現(xiàn)出復(fù)雜的狀態(tài)。在彈性階段，混凝土的應(yīng)變分布較為均勻，基本符合平截面假定。沿梁的長(zhǎng)度方向，各截面的應(yīng)變變化較??；在梁的高度方向，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變呈線性分布，受拉區(qū)混凝土的應(yīng)變也相對(duì)均勻。隨著荷載的增加，當(dāng)混凝土達(dá)到開裂荷載時(shí)，受拉區(qū)混凝土開始出現(xiàn)裂縫，裂縫處的應(yīng)變急劇增大，而裂縫之間的混凝土應(yīng)變則相對(duì)較小。此時(shí)，混凝土的應(yīng)變分布不再符合平截面假定，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變分布也開始發(fā)生變化，靠近中和軸的混凝土應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，而遠(yuǎn)離中和軸的混凝土應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)相對(duì)較慢。在扭矩作用下，混凝土的剪應(yīng)變分布也具有明顯的特征。在梁的側(cè)面，剪應(yīng)變較大，且隨著扭矩的增加而增大。剪應(yīng)變的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，在梁的1/4跨和3/4跨截面處，剪應(yīng)變相對(duì)較大，而在跨中和支座處，剪應(yīng)變相對(duì)較小。在扭矩和彎矩的共同作用下，混凝土的應(yīng)變分布更為復(fù)雜，受彎和受扭引起的應(yīng)變相互疊加，使得混凝土在不同部位的應(yīng)變大小和方向都發(fā)生了變化。例如，在梁的底面，受彎拉應(yīng)變和受扭剪應(yīng)變的共同作用，可能導(dǎo)致混凝土的主拉應(yīng)力方向發(fā)生改變，從而影響裂縫的開展方向。3.3.2鋼筋應(yīng)變分布鋼筋的應(yīng)變隨荷載的變化呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。在加載初期，鋼筋的應(yīng)變較小，且與荷載基本呈線性關(guān)系?？v筋主要承受彎矩產(chǎn)生的拉力，其應(yīng)變沿梁的長(zhǎng)度方向和高度方向分布與彎矩的分布相關(guān)。在梁的受拉區(qū)，縱筋的應(yīng)變隨著彎矩的增加而逐漸增大；在受壓區(qū)，縱筋的應(yīng)變則相對(duì)較小。隨著荷載的進(jìn)一步增加，當(dāng)受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫后，裂縫處的縱筋應(yīng)變迅速增大，而裂縫之間的縱筋應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)相對(duì)較慢。此時(shí)，縱筋的應(yīng)變分布不再均勻，裂縫處的縱筋承擔(dān)了大部分的拉力，而裂縫之間的混凝土對(duì)縱筋的約束作用減弱。箍筋主要承受扭矩產(chǎn)生的剪力，其應(yīng)變分布與扭矩的分布密切相關(guān)。在扭矩作用下，箍筋的應(yīng)變沿梁的長(zhǎng)度方向和截面周長(zhǎng)方向分布。在梁的側(cè)面，箍筋的剪應(yīng)變較大，且隨著扭矩的增加而增大。當(dāng)扭矩達(dá)到一定值時(shí)，箍筋的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快，表明箍筋在抗扭過(guò)程中的作用逐漸增強(qiáng)。鋼筋應(yīng)變與混凝土應(yīng)變之間存在著相互作用關(guān)系。在彈性階段，鋼筋和混凝土共同承擔(dān)荷載，兩者的應(yīng)變基本協(xié)調(diào)。但隨著混凝土裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力逐漸破壞，兩者的應(yīng)變出現(xiàn)差異。鋼筋的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快，以承擔(dān)更多的荷載，而混凝土的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)則相對(duì)減緩。3.3.3型鋼應(yīng)變分布型鋼在彎扭作用下的應(yīng)變分布具有獨(dú)特的特點(diǎn)。在彈性階段，型鋼的應(yīng)變分布較為均勻，符合平截面假定。型鋼的翼緣主要承受彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力，其應(yīng)變沿翼緣寬度方向基本均勻分布，沿梁的長(zhǎng)度方向與彎矩的分布相關(guān)。腹板主要承受扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力，其應(yīng)變沿腹板高度方向和梁的長(zhǎng)度方向分布。在梁的1/4跨和3/4跨截面處，腹板的剪應(yīng)變相對(duì)較大，而在跨中和支座處，剪應(yīng)變相對(duì)較小。隨著荷載的增加，當(dāng)型鋼達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，其應(yīng)變迅速增大，且應(yīng)變分布發(fā)生明顯變化。在屈服區(qū)域，型鋼的應(yīng)變不再符合平截面假定，塑性變形顯著增加。在彎扭共同作用下，型鋼的受力狀態(tài)較為復(fù)雜。彎矩和扭矩的耦合作用使得型鋼的翼緣和腹板同時(shí)承受正應(yīng)力和剪應(yīng)力。在翼緣與腹板的交界處，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，應(yīng)變也相對(duì)較大。這種復(fù)雜的受力狀態(tài)對(duì)型鋼的承載能力和變形性能產(chǎn)生了重要影響。通過(guò)對(duì)應(yīng)變分布的分析可以發(fā)現(xiàn)，型鋼在彎扭作用下，其不同部位的應(yīng)變大小和分布規(guī)律與構(gòu)件的受力狀態(tài)密切相關(guān)。合理設(shè)計(jì)型鋼的截面形式和尺寸，能夠有效改善其應(yīng)變分布，提高構(gòu)件的承載能力和變形性能。3.4裂縫發(fā)展規(guī)律3.4.1裂縫出現(xiàn)與擴(kuò)展過(guò)程在本次試驗(yàn)中，通過(guò)密切觀察各試件在加載過(guò)程中的裂縫開展情況，詳細(xì)記錄了裂縫首次出現(xiàn)的荷載及位置。對(duì)于大多數(shù)試件，當(dāng)加載至一定荷載時(shí)，首先在梁的受拉區(qū)出現(xiàn)細(xì)微裂縫。以試件S-2為例，當(dāng)加載至開裂荷載P_{cr}的70%左右時(shí)，在梁跨中底部受拉區(qū)出現(xiàn)了第一條裂縫，裂縫寬度極細(xì)，肉眼幾乎難以察覺。隨著荷載的逐漸增加，裂縫不斷擴(kuò)展并向梁的兩側(cè)延伸。在裂縫擴(kuò)展路徑方面，當(dāng)梁主要承受彎矩作用時(shí)，裂縫基本垂直于梁軸線向上擴(kuò)展；而在扭彎共同作用下，裂縫則呈現(xiàn)出斜向擴(kuò)展的趨勢(shì)，且與梁軸線的夾角隨著扭矩的增大而增大。在試件S-4的試驗(yàn)中，由于扭彎比較大，裂縫從梁的側(cè)面開始出現(xiàn)后，沿著與梁軸線約成45°角的方向向頂面和底面擴(kuò)展，形成了明顯的螺旋形裂縫。隨著荷載的進(jìn)一步增加，這些斜裂縫不斷延伸并相互貫通，逐漸形成主裂縫。主裂縫的發(fā)展對(duì)梁的承載能力和變形性能產(chǎn)生了重要影響，當(dāng)其寬度和長(zhǎng)度達(dá)到一定程度時(shí)，梁的承載能力開始急劇下降。3.4.2裂縫寬度與間距變化隨著荷載的不斷增加，裂縫寬度和間距呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在加載初期，裂縫寬度較小，隨著荷載的增大，裂縫寬度逐漸增大。以試件S-5為例，在裂縫首次出現(xiàn)時(shí)，其寬度約為0.05mm，當(dāng)荷載增加至開裂荷載的1.5倍時(shí)，裂縫寬度增大至0.15mm；當(dāng)荷載接近極限荷載時(shí)，裂縫寬度迅速增大，達(dá)到0.3mm以上。通過(guò)對(duì)多個(gè)試件的裂縫寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度與荷載之間存在著一定的非線性關(guān)系，隨著荷載的增加，裂縫寬度的增長(zhǎng)速率逐漸加快。裂縫間距在加載過(guò)程中也發(fā)生了變化。在加載初期，裂縫間距較大，隨著荷載的增加，新的裂縫不斷出現(xiàn)，裂縫間距逐漸減小。在試件S-3的試驗(yàn)中，加載初期裂縫間距約為150mm，隨著荷載的增大，裂縫間距逐漸減小，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載的80%時(shí)，裂縫間距減小至50mm左右。通過(guò)對(duì)裂縫間距變化的分析可知，裂縫間距的減小反映了梁內(nèi)混凝土的損傷程度逐漸加劇，混凝土的抗拉能力逐漸降低。不同試件的裂縫寬度和間距變化存在一定差異，這與試件的參數(shù)（如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼類型和含鋼率等）密切相關(guān)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高的試件，其裂縫出現(xiàn)較晚，裂縫寬度和間距在相同荷載下相對(duì)較??；配筋率和含鋼率較高的試件，由于型鋼和鋼筋能夠承擔(dān)更多的拉力，裂縫的發(fā)展相對(duì)較慢，裂縫寬度和間距的變化也相對(duì)較小。四、型鋼混凝土梁彎扭性能理論分析4.1抗扭剛度計(jì)算4.1.1開裂前抗扭剛度理論模型在開裂前，型鋼混凝土梁可視為由混凝土和型鋼組成的勻質(zhì)彈性體，其抗扭剛度主要由混凝土和型鋼共同提供。根據(jù)彈性力學(xué)理論，對(duì)于矩形截面梁，其抗扭剛度可通過(guò)以下公式計(jì)算。對(duì)于混凝土部分，矩形截面的抗扭剛度G_cJ_c計(jì)算公式為：G_cJ_c=\frac{1}{3}b^3h-\frac{13b^4h}{15\pi^2}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}\tanh(\frac{n\pih}{2b})其中，b為矩形截面的短邊長(zhǎng)度，h為矩形截面的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，G_c為混凝土的剪切模量，J_c為混凝土截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩。對(duì)于型鋼部分，以工字鋼為例，其抗扭剛度G_sJ_s可根據(jù)型鋼的截面特性計(jì)算。工字鋼的扭轉(zhuǎn)慣性矩J_s可通過(guò)型鋼手冊(cè)查得，G_s為鋼材的剪切模量。則開裂前型鋼混凝土梁的抗扭剛度T_{cr-before}為混凝土抗扭剛度與型鋼抗扭剛度之和，即：T_{cr-before}=G_cJ_c+G_sJ_s4.1.2開裂后抗扭剛度理論模型當(dāng)型鋼混凝土梁開裂后，混凝土的開裂導(dǎo)致其抗扭剛度降低，同時(shí)鋼筋開始發(fā)揮作用，與混凝土、型鋼協(xié)同工作。此時(shí)，抗扭剛度的計(jì)算需要考慮各部分材料的協(xié)同作用以及裂縫的影響。引入混凝土開裂折減系數(shù)\beta來(lái)考慮混凝土開裂對(duì)抗扭剛度的影響，\beta的取值與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、配筋率等因素有關(guān)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得到。同時(shí)，考慮鋼筋的抗扭貢獻(xiàn)，鋼筋的抗扭剛度G_rJ_r可根據(jù)鋼筋的面積、間距以及與混凝土的粘結(jié)性能等因素計(jì)算。則開裂后型鋼混凝土梁的抗扭剛度T_{cr-after}可表示為：T_{cr-after}=\betaG_cJ_c+G_sJ_s+G_rJ_r4.1.3理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比將上述理論計(jì)算得到的抗扭剛度與試驗(yàn)測(cè)得的抗扭剛度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4-1所示。從對(duì)比結(jié)果可以看出，理論計(jì)算值與試驗(yàn)值存在一定差異。[此處插入表4-1：理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表]分析差異原因，主要有以下幾點(diǎn)：理論模型在建立過(guò)程中進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，如假設(shè)材料為理想彈性體，忽略了材料的非線性特性；在實(shí)際試驗(yàn)中，混凝土的澆筑質(zhì)量、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能等因素可能存在一定的離散性，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算存在偏差；理論計(jì)算中一些參數(shù)的取值（如混凝土開裂折減系數(shù)\beta）是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式或試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的，可能與實(shí)際情況不完全相符。為了提高理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)一步完善理論模型，考慮更多的實(shí)際因素，并通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。4.2彎扭相關(guān)方程4.2.1基于試驗(yàn)結(jié)果的彎扭相關(guān)關(guān)系建立在型鋼混凝土梁的彎扭性能研究中，彎扭相關(guān)關(guān)系的建立對(duì)于準(zhǔn)確理解其受力特性至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，以無(wú)量綱化的彎矩比M/M_{u}和扭矩比T/T_{u}為參數(shù)，建立了反映彎矩和扭矩相互作用的彎扭相關(guān)方程。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)M/M_{u}和T/T_{u}之間存在著非線性的關(guān)系。經(jīng)過(guò)多次擬合和驗(yàn)證，采用如下形式的曲線方程來(lái)描述這種關(guān)系：(\frac{M}{M_{u}})^a+(\frac{T}{T_{u}})^b=1其中，a和b為與構(gòu)件材料特性、截面尺寸、配筋率等因素相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)對(duì)不同試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，確定了a和b的取值范圍。在本試驗(yàn)中，對(duì)于C30混凝土、縱筋配筋率為1.5%、含鋼率為3%的試件，a取值約為1.8，b取值約為1.5；而對(duì)于C40混凝土、縱筋配筋率為2.5%、含鋼率為5%的試件，a取值約為2.0，b取值約為1.6。這表明不同的構(gòu)件參數(shù)會(huì)對(duì)彎扭相關(guān)方程中的參數(shù)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響彎矩和扭矩之間的相互作用關(guān)系。4.2.2理論分析與驗(yàn)證從力學(xué)原理角度來(lái)看，型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下，彎矩主要使梁產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致梁的受拉區(qū)和受壓區(qū)產(chǎn)生正應(yīng)力；扭矩則使梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，在梁的截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。這兩種應(yīng)力狀態(tài)相互耦合，共同影響梁的承載能力和變形性能。為了驗(yàn)證彎扭相關(guān)方程的準(zhǔn)確性，采用了其他相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)際工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析。選取了國(guó)內(nèi)外一些已發(fā)表的型鋼混凝土梁彎扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些試驗(yàn)的試件參數(shù)與本研究有所不同，包括不同的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼類型等。將這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入建立的彎扭相關(guān)方程中進(jìn)行計(jì)算，并與試驗(yàn)測(cè)得的彎矩和扭矩值進(jìn)行比較。結(jié)果表明，大部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差在合理范圍內(nèi)，驗(yàn)證了彎扭相關(guān)方程的有效性。以某實(shí)際工程中的型鋼混凝土梁為例，該梁在實(shí)際使用過(guò)程中承受著一定的彎矩和扭矩作用。根據(jù)工程圖紙和實(shí)際荷載情況，計(jì)算得到該梁的彎矩比M/M_{u}和扭矩比T/T_{u}，將其代入彎扭相關(guān)方程中，計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)際工程中梁的工作狀態(tài)相符，進(jìn)一步證明了彎扭相關(guān)方程在實(shí)際工程中的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)理論分析和驗(yàn)證，建立的彎扭相關(guān)方程能夠較好地反映型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的力學(xué)性能，為工程設(shè)計(jì)和分析提供了有力的工具。4.3極限承載力計(jì)算4.3.1極限扭矩計(jì)算方法現(xiàn)有極限扭矩計(jì)算方法主要包括基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得到的經(jīng)驗(yàn)公式和基于理論推導(dǎo)建立的理論公式。經(jīng)驗(yàn)公式通常是通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得出，具有一定的工程實(shí)用性，但由于其依賴于特定的試驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)樣本，通用性相對(duì)較差。例如，一些經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)特定的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率和型鋼類型等參數(shù)建立的，當(dāng)實(shí)際工程中的參數(shù)與試驗(yàn)條件有較大差異時(shí)，其計(jì)算結(jié)果可能存在較大誤差。理論公式則是基于材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等基本原理，通過(guò)對(duì)型鋼混凝土梁在扭矩作用下的受力狀態(tài)進(jìn)行分析推導(dǎo)得出。其中，較為經(jīng)典的理論公式是將型鋼混凝土梁視為由混凝土、鋼筋和型鋼組成的組合結(jié)構(gòu)，分別考慮各部分材料對(duì)極限扭矩的貢獻(xiàn)?；炷敛糠值目古ぷ饔弥饕ㄟ^(guò)其抗剪強(qiáng)度來(lái)體現(xiàn)，根據(jù)塑性力學(xué)理論，可采用變角度空間桁架模型來(lái)計(jì)算混凝土的抗扭貢獻(xiàn)。在該模型中，混凝土被視為斜壓桿，箍筋和縱筋分別視為水平拉桿和豎向拉桿，通過(guò)對(duì)各桿件的受力分析，建立混凝土部分的抗扭承載力計(jì)算公式。鋼筋部分主要是箍筋和縱筋在扭矩作用下承受拉力，根據(jù)鋼筋的屈服強(qiáng)度和截面面積，可計(jì)算出鋼筋的抗扭貢獻(xiàn)。對(duì)于型鋼部分，根據(jù)型鋼的截面特性和屈服強(qiáng)度，計(jì)算其在扭矩作用下的抗扭承載力。然而，現(xiàn)有理論公式在考慮材料非線性、型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移等因素時(shí)存在一定的局限性。在實(shí)際受力過(guò)程中，混凝土和鋼材都會(huì)表現(xiàn)出明顯的非線性特性，隨著荷載的增加，材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不再是線性的，這會(huì)對(duì)極限扭矩的計(jì)算產(chǎn)生重要影響。型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移也會(huì)導(dǎo)致兩者之間的協(xié)同工作性能發(fā)生變化，進(jìn)而影響梁的抗扭性能。針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果，提出了一種改進(jìn)的極限扭矩計(jì)算方法。在該方法中，引入了混凝土的非線性本構(gòu)關(guān)系，采用損傷力學(xué)理論來(lái)描述混凝土在扭矩作用下的損傷演化過(guò)程，從而更準(zhǔn)確地考慮混凝土的非線性特性對(duì)極限扭矩的影響。考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移效應(yīng)，通過(guò)建立粘結(jié)滑移本構(gòu)模型，將粘結(jié)滑移對(duì)梁抗扭性能的影響納入到極限扭矩計(jì)算中。具體計(jì)算公式如下：T_{u}=T_{c}+T_{r}+T_{s}+\DeltaT其中，T_{u}為型鋼混凝土梁的極限扭矩；T_{c}為混凝土部分的抗扭貢獻(xiàn)，根據(jù)改進(jìn)的變角度空間桁架模型計(jì)算；T_{r}為鋼筋部分的抗扭貢獻(xiàn)，考慮鋼筋的非線性強(qiáng)化效應(yīng)；T_{s}為型鋼部分的抗扭貢獻(xiàn)，基于型鋼的實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算；\DeltaT為考慮粘結(jié)滑移效應(yīng)后對(duì)極限扭矩的修正項(xiàng)，通過(guò)粘結(jié)滑移本構(gòu)模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，該改進(jìn)方法能夠更準(zhǔn)確地計(jì)算型鋼混凝土梁的極限扭矩，為工程設(shè)計(jì)提供更可靠的理論依據(jù)。4.3.2極限彎矩計(jì)算方法極限彎矩的計(jì)算理論主要基于平截面假定和材料的本構(gòu)關(guān)系。在彈性階段，型鋼混凝土梁的應(yīng)力分布符合平截面假定，即梁在彎曲變形后，其截面仍保持為平面，且應(yīng)變沿截面高度呈線性分布。根據(jù)材料的彈性模量和截面幾何特性，可計(jì)算出梁在彈性階段的彎矩-曲率關(guān)系。隨著荷載的增加，梁進(jìn)入彈塑性階段，混凝土開始出現(xiàn)裂縫，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布逐漸偏離線性，鋼材也可能進(jìn)入屈服階段。此時(shí)，需要考慮材料的非線性特性來(lái)計(jì)算極限彎矩。目前常用的極限彎矩計(jì)算方法有基于等效矩形應(yīng)力圖的方法和基于纖維模型的方法?；诘刃Ь匦螒?yīng)力圖的方法是將受壓區(qū)混凝土的實(shí)際應(yīng)力分布用等效矩形應(yīng)力圖來(lái)代替，通過(guò)確定等效矩形應(yīng)力圖的參數(shù)（如應(yīng)力值、受壓區(qū)高度等），結(jié)合鋼筋和型鋼的屈服強(qiáng)度，建立極限彎矩的計(jì)算公式。在我國(guó)現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）中，對(duì)于鋼筋混凝土梁的抗彎承載力計(jì)算采用了這種方法，對(duì)于型鋼混凝土梁，也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚蛿U(kuò)展?；诶w維模型的方法則是將梁的截面劃分為若干個(gè)纖維單元，每個(gè)纖維單元根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系確定其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。通過(guò)對(duì)所有纖維單元的受力分析和積分運(yùn)算，可得到梁的彎矩-曲率關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出極限彎矩。這種方法能夠更精確地考慮材料的非線性特性和截面的應(yīng)力分布情況，但計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要借助計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算。為驗(yàn)證極限彎矩計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。以本次試驗(yàn)中的試件為例，采用基于等效矩形應(yīng)力圖的方法和基于纖維模型的方法分別計(jì)算其極限彎矩，并與試驗(yàn)測(cè)得的極限彎矩進(jìn)行比較。對(duì)比結(jié)果表明，兩種方法的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值均較為接近，但基于纖維模型的方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值的吻合度更高。分析原因，基于等效矩形應(yīng)力圖的方法在確定等效矩形應(yīng)力圖參數(shù)時(shí)進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化和假設(shè)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在一定誤差；而基于纖維模型的方法能夠更真實(shí)地模擬材料的非線性行為和截面的應(yīng)力分布，因此計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。然而，基于纖維模型的方法計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，對(duì)計(jì)算資源要求較高，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)具體情況選擇合適的計(jì)算方法。如果對(duì)計(jì)算精度要求較高且具備相應(yīng)的計(jì)算條件，可采用基于纖維模型的方法；如果對(duì)計(jì)算效率要求較高，且工程實(shí)際情況與等效矩形應(yīng)力圖方法的假設(shè)條件較為符合，可采用基于等效矩形應(yīng)力圖的方法。4.3.3彎扭共同作用下極限承載力計(jì)算彎扭共同作用下極限承載力的計(jì)算是型鋼混凝土梁設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，由于彎矩和扭矩的耦合作用，使得梁的受力狀態(tài)更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的單獨(dú)計(jì)算彎矩和扭矩承載力然后疊加的方法已不再適用。為準(zhǔn)確計(jì)算彎扭共同作用下的極限承載力，建立合理的計(jì)算模型至關(guān)重要。本研究建立了一種考慮彎扭耦合效應(yīng)的極限承載力計(jì)算模型。該模型基于塑性理論和力的平衡原理，將型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的截面劃分為多個(gè)區(qū)域，包括混凝土受壓區(qū)、混凝土受拉區(qū)、鋼筋受拉區(qū)和型鋼受拉受壓區(qū)等。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系和受力狀態(tài)，確定其應(yīng)力分布和內(nèi)力。通過(guò)對(duì)各區(qū)域內(nèi)力的分析和組合，建立彎扭共同作用下的極限承載力計(jì)算公式。具體計(jì)算步驟如下：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和理論分析，確定型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的破壞模式，如彎型破壞、扭型破壞或彎扭復(fù)合型破壞。根據(jù)破壞模式，確定截面的中和軸位置和受壓區(qū)高度。在確定中和軸位置時(shí)，考慮彎矩和扭矩對(duì)截面應(yīng)力分布的影響，通過(guò)迭代計(jì)算的方法求解中和軸的位置。根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系，確定各區(qū)域材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。對(duì)于混凝土，采用考慮非線性特性的本構(gòu)模型；對(duì)于鋼筋和型鋼，采用理想彈塑性本構(gòu)模型。根據(jù)各區(qū)域的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，計(jì)算各區(qū)域的內(nèi)力，包括混凝土的壓力、鋼筋和型鋼的拉力或壓力等。根據(jù)力的平衡原理，建立彎扭共同作用下的極限承載力計(jì)算公式。在建立公式時(shí)，考慮彎矩和扭矩之間的耦合作用，通過(guò)引入耦合系數(shù)來(lái)反映這種作用。耦合系數(shù)的取值可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析或理論推導(dǎo)確定。以某實(shí)際工程中的型鋼混凝土梁為例，應(yīng)用上述計(jì)算模型進(jìn)行極限承載力計(jì)算。該梁在實(shí)際使用過(guò)程中承受一定的彎矩和扭矩作用，已知梁的截面尺寸、材料參數(shù)、配筋情況以及所受荷載的大小和方向。根據(jù)計(jì)算步驟，首先確定該梁的破壞模式為彎扭復(fù)合型破壞。通過(guò)迭代計(jì)算，確定中和軸位置和受壓區(qū)高度。根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系，計(jì)算各區(qū)域的內(nèi)力。引入耦合系數(shù)，建立極限承載力計(jì)算公式，并代入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，該梁在當(dāng)前荷載作用下的極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了所建立的計(jì)算模型和計(jì)算方法的可行性和有效性，為型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下的設(shè)計(jì)提供了可靠的計(jì)算方法。五、影響因素分析5.1材料性能影響5.1.1混凝土強(qiáng)度的影響混凝土強(qiáng)度對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的影響顯著，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，能夠清晰地揭示其影響規(guī)律。從開裂荷載方面來(lái)看，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，梁的開裂荷載明顯增大。在本次試驗(yàn)中，采用C40混凝土的試件，其開裂荷載相較于采用C30混凝土的試件平均提高了約20%。這是因?yàn)檩^高強(qiáng)度的混凝土具有更高的抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度，能夠更好地抵抗荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，延緩裂縫的出現(xiàn)。在極限荷載方面，混凝土強(qiáng)度的提升同樣使得梁的極限承載能力增強(qiáng)。以試驗(yàn)中的試件為例，C40混凝土的型鋼混凝土梁的極限扭矩比C30混凝土的試件平均提高了15%左右，極限彎矩也有相應(yīng)的提高。這是由于高強(qiáng)度混凝土在受壓區(qū)能夠承受更大的壓力，同時(shí)與型鋼和鋼筋之間的協(xié)同工作性能更好，使得梁在彎扭作用下能夠充分發(fā)揮各部分材料的性能，從而提高極限承載能力?；炷翉?qiáng)度對(duì)梁的變形性能也有一定影響。隨著混凝土強(qiáng)度的增加，梁在彈性階段的剛度增大，變形減小。在試驗(yàn)過(guò)程中觀察到，C40混凝土的試件在相同荷載作用下的撓度和扭率明顯小于C30混凝土的試件。這是因?yàn)楦邚?qiáng)度混凝土的彈性模量較大，在受力時(shí)能夠提供更大的抵抗變形的能力。然而，當(dāng)梁進(jìn)入彈塑性階段后，混凝土強(qiáng)度對(duì)變形的影響逐漸減小，此時(shí)型鋼和鋼筋的作用逐漸凸顯，成為控制梁變形的主要因素。5.1.2鋼材性能的影響鋼材的強(qiáng)度和彈性模量等性能參數(shù)對(duì)型鋼混凝土梁的彎扭性能有著重要作用。鋼材強(qiáng)度的提高直接增強(qiáng)了梁的承載能力。在彎扭作用下，型鋼主要承受拉力和剪力，較高強(qiáng)度的鋼材能夠承受更大的應(yīng)力，從而提高梁的抗彎和抗扭能力。以本次試驗(yàn)中使用的Q345B工字鋼為例，其屈服強(qiáng)度為355MPa，若將其替換為屈服強(qiáng)度更高的Q420鋼材，在相同的試驗(yàn)條件下，梁的極限扭矩和極限彎矩預(yù)計(jì)將分別提高10%-15%左右。這是因?yàn)殇摬膹?qiáng)度的增加使得型鋼在受力過(guò)程中能夠承擔(dān)更多的荷載，減少了混凝土和鋼筋的負(fù)擔(dān)，從而提高了梁的整體承載能力。鋼材的彈性模量影響著梁的剛度和變形性能。彈性模量越大，鋼材在受力時(shí)的變形越小，從而使梁在彈性階段的剛度增大。在試驗(yàn)中，當(dāng)采用彈性模量較大的鋼材時(shí)，梁在相同荷載作用下的撓度和扭率明顯減小。這是因?yàn)檩^大的彈性模量使得鋼材能夠更有效地抵抗變形，保持梁的幾何形狀，從而提高梁的整體剛度。鋼材與混凝土之間的粘結(jié)性能也會(huì)影響梁的彎扭性能。良好的粘結(jié)性能能夠保證鋼材與混凝土在受力過(guò)程中協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。如果粘結(jié)性能不足，在彎扭作用下，鋼材與混凝土之間可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑移，導(dǎo)致梁的剛度降低，承載能力下降。因此，在實(shí)際工程中，需要采取措施提高鋼材與混凝土之間的粘結(jié)性能，如對(duì)型鋼表面進(jìn)行處理、設(shè)置栓釘?shù)?，以確保梁的性能滿足設(shè)計(jì)要求。5.2截面參數(shù)影響5.2.1型鋼截面形式的影響不同型鋼截面形式（如工字鋼、H型鋼等）對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能有著顯著影響。工字鋼截面的型鋼混凝土梁，其翼緣主要承受彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力，腹板則主要承受扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力。由于工字鋼的截面特性，其抗扭剛度相對(duì)較低，在扭彎共同作用下，當(dāng)扭矩較大時(shí)，梁的扭轉(zhuǎn)變形較為明顯，容易出現(xiàn)扭型破壞。例如，在本次試驗(yàn)中，采用工字鋼的試件在扭彎比較大時(shí)，裂縫呈現(xiàn)出典型的螺旋形分布，梁的扭轉(zhuǎn)角增長(zhǎng)較快，表明其抗扭性能相對(duì)較弱。相比之下，H型鋼由于其截面形狀的特點(diǎn)，翼緣較寬且厚度較大，使得其在承受彎矩和扭矩時(shí)，能夠更有效地分配應(yīng)力，具有較高的抗彎和抗扭剛度。在相同的試驗(yàn)條件下，采用H型鋼的型鋼混凝土梁，其開裂荷載和極限荷載相對(duì)較高，在彈性階段和彈塑性階段的剛度也較大。這是因?yàn)镠型鋼的寬翼緣能夠提供更大的抗彎能力，同時(shí)在抵抗扭矩時(shí)，翼緣和腹板的協(xié)同工作性能更好，能夠更有效地約束混凝土，提高梁的整體抗扭性能。從破壞形態(tài)來(lái)看，采用H型鋼的梁在彎扭作用下，破壞模式更傾向于彎扭復(fù)合型破壞，裂縫分布相對(duì)較為均勻，梁的變形發(fā)展較為緩慢，表現(xiàn)出較好的延性。通過(guò)對(duì)不同截面形式的型鋼混凝土梁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，型鋼截面形式對(duì)梁的彎扭相關(guān)方程中的參數(shù)也有影響。例如，采用工字鋼的梁，其彎扭相關(guān)方程中的參數(shù)a和b與采用H型鋼的梁有所不同，這表明不同截面形式的型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下，彎矩和扭矩之間的相互作用關(guān)系存在差異。這種差異在工程設(shè)計(jì)中需要加以考慮，根據(jù)具體的受力情況和設(shè)計(jì)要求，合理選擇型鋼截面形式，以確保梁的性能滿足工程需求。5.2.2截面尺寸的影響梁截面尺寸（高度、寬度等）的變化對(duì)其彎扭性能有著明顯的影響趨勢(shì)。隨著梁截面高度的增加，其抗彎能力顯著增強(qiáng)。這是因?yàn)榻孛娓叨鹊脑龃笫沟昧旱慕孛娴挚咕卦龃?，在承受彎矩時(shí)，能夠產(chǎn)生更大的抵抗彎矩的能力。在本次試驗(yàn)中，當(dāng)梁的截面高度從300mm增加到400mm時(shí)，在相同的彎矩作用下，梁的撓度明顯減小，開裂彎矩和極限彎矩均有較大幅度的提高。這表明增加截面高度可以有效提高梁的抗彎剛度和承載能力。在抗扭方面，截面高度的增加也會(huì)對(duì)梁的抗扭性能產(chǎn)生一定影響。隨著截面高度的增大，梁的抗扭慣性矩增大，抗扭能力有所提高。但同時(shí)，由于梁的高度增加，在扭矩作用下，梁的扭轉(zhuǎn)翹曲變形也會(huì)增大，可能會(huì)導(dǎo)致梁的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對(duì)梁的抗扭性能產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮截面高度對(duì)彎扭性能的影響，合理確定截面高度。梁截面寬度的變化對(duì)彎扭性能也有重要影響。增加截面寬度可以提高梁的抗扭能力，因?yàn)榻孛鎸挾鹊脑龃笫沟昧旱目古T性矩增大，能夠更好地抵抗扭矩的作用。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)截面寬度從200mm增加到250mm時(shí)，梁的極限扭矩有所提高，扭轉(zhuǎn)變形減小。這說(shuō)明適當(dāng)增加截面寬度可以改善梁的抗扭性能。截面寬度的增加也會(huì)對(duì)梁的抗彎性能產(chǎn)生一定影響，使得梁在承受彎矩時(shí)的應(yīng)力分布更加均勻，提高梁的抗彎承載能力。但需要注意的是，增加截面寬度也會(huì)增加材料用量和結(jié)構(gòu)自重，在實(shí)際工程中需要綜合考慮各種因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)不同截面尺寸的型鋼混凝土梁的試驗(yàn)研究和理論分析可知，截面尺寸的變化會(huì)導(dǎo)致梁的剛度、承載能力以及破壞模式等發(fā)生改變。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體的工程需求和受力條件，合理選擇截面尺寸，以充分發(fā)揮型鋼混凝土梁的優(yōu)勢(shì)，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。5.3配筋率影響5.3.1縱向鋼筋配筋率的影響縱向鋼筋配筋率對(duì)型鋼混凝土梁的抗彎和抗扭能力及破壞形態(tài)有著重要影響。在抗彎方面，隨著縱筋配筋率的增加，梁的抗彎能力顯著增強(qiáng)。這是因?yàn)榭v筋在受彎過(guò)程中主要承受拉力，較高的配筋率意味著有更多的鋼筋來(lái)承擔(dān)拉力，從而提高了梁的抗彎承載能力。在本次試驗(yàn)中，縱筋配筋率為2.5%的試件，其極限彎矩相較于配筋率為1.5%的試件提高了約25%。這表明增加縱筋配筋率可以有效提高梁的抗彎性能，使梁在承受更大彎矩時(shí)才發(fā)生破壞?？v筋配筋率對(duì)梁的抗扭能力也有一定影響。雖然縱筋在抗扭過(guò)程中主要起輔助作用，但適量增加縱筋配筋率可以提高梁的抗扭能力。這是因?yàn)榭v筋能夠約束混凝土的變形，減少裂縫的開展，從而提高梁的抗扭剛度。當(dāng)縱筋配筋率從1.5%增加到2.0%時(shí)，試件的極限扭矩有一定程度的提高，增幅約為8%。這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，增加縱筋配筋率對(duì)梁的抗扭性能有積極影響。在破壞形態(tài)方面，縱筋配筋率的變化會(huì)導(dǎo)致破壞模式的改變。當(dāng)縱筋配筋率較低時(shí)，梁的抗彎能力相對(duì)較弱，在彎扭共同作用下，更容易發(fā)生扭型破壞。此時(shí)，扭矩對(duì)梁的破壞起主導(dǎo)作用，裂縫以斜裂縫為主，呈現(xiàn)出螺旋形分布。而當(dāng)縱筋配筋率較高時(shí)，梁的抗彎能力增強(qiáng)，破壞模式更傾向于彎型破壞。在這種情況下，彎矩對(duì)梁的破壞起主導(dǎo)作用，裂縫主要是垂直于梁軸線的受彎裂縫，受壓區(qū)混凝土被壓碎是導(dǎo)致梁破壞的主要原因。5.3.2箍筋配筋率的影響箍筋配筋率在型鋼混凝土梁的抗扭方面起著至關(guān)重要的作用。箍筋主要承受扭矩產(chǎn)生的剪力，通過(guò)約束混凝土，提高梁的抗扭能力。隨著箍筋配筋率的增加，梁的抗扭性能顯著提高。這是因?yàn)楣拷钅軌蛴行У叵拗苹炷恋臋M向變形，增強(qiáng)混凝土的抗剪能力，從而提高梁的抗扭剛度。在本次試驗(yàn)中，當(dāng)箍筋配筋率從0.5%增加到1.0%時(shí)，試件的極限扭矩提高了約15%，這充分說(shuō)明了箍筋配筋率對(duì)梁抗扭能力的提升作用。箍筋配筋率的變化也會(huì)對(duì)梁的整體彎扭性能產(chǎn)生影響。較高的箍筋配筋率可以使梁在彎扭共同作用下的受力更加均勻，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。在試驗(yàn)中觀察到，箍筋配筋率較高的試件，其裂縫分布相對(duì)較為均勻，裂縫寬度和長(zhǎng)度的發(fā)展相對(duì)較慢。這表明箍筋能夠有效地約束混凝土，延緩裂縫的開展，提高梁的變形能力和延性。箍筋配筋率的增加還可以提高梁在彈塑性階段的剛度，使梁在承受較大荷載時(shí)仍能保持較好的工作性能。然而，箍筋配筋率過(guò)高也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如增加施工難度和成本，同時(shí)可能導(dǎo)致混凝土的澆筑質(zhì)量受到影響。因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)梁的受力情況和設(shè)計(jì)要求，合理確定箍筋配筋率，以達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)效益。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)通過(guò)對(duì)型鋼混凝土梁彎扭性能的試驗(yàn)研究和理論分析，得到以下主要結(jié)論：破壞形態(tài)與特征：型鋼混凝土梁在彎扭共同作用下呈現(xiàn)出扭型破壞、彎型破壞以及彎扭復(fù)合型破壞三種模式。扭型破壞時(shí)，裂縫呈螺旋狀分布，主要由扭矩導(dǎo)致混凝土開裂和破碎，型鋼和鋼筋的抗扭作用顯著；彎型破壞以受彎裂縫開展和受壓區(qū)混凝土壓碎為特征，彎矩起主導(dǎo)作用；彎扭復(fù)合型破壞則兼具兩者特點(diǎn)，破壞過(guò)程較為復(fù)雜。扭彎比、配筋率、型鋼類型等因素對(duì)破壞模式有顯著影響，扭彎比增大易導(dǎo)致扭型破壞，縱筋配筋率提高可增強(qiáng)抗彎能力，使破壞模式傾向于彎型破壞，不同型鋼類型的抗彎和抗扭剛度差異也會(huì)改變破壞模式。荷載-變形曲線特性：扭矩-扭率曲線和彎矩-撓度曲線均呈現(xiàn)出彈性、彈塑性和破壞三個(gè)階段。在彈性階段，扭矩與扭率、彎矩與撓度呈線性關(guān)系，構(gòu)件變形主要由材料彈性變形引起；進(jìn)入彈塑性階段后，裂縫開展，材料非線性特性顯現(xiàn)，曲線呈非線性變化；破壞階段時(shí)，構(gòu)件達(dá)到極限承載能力，變形急劇增大?；炷翉?qiáng)度等級(jí)、配筋率、型鋼類型和含鋼率等參數(shù)對(duì)曲線特征有顯著影響，如高強(qiáng)度混凝土可提高構(gòu)件的開裂荷載和極限荷載，配筋率和含鋼率增加能增強(qiáng)構(gòu)件的承載能力和變形能力。應(yīng)變分布規(guī)律：混凝土應(yīng)變?cè)趶椥噪A段符合平截面假定，隨著荷載增加，裂縫出現(xiàn)導(dǎo)致應(yīng)變分布不均勻，受彎和受扭應(yīng)變相互疊加；鋼筋應(yīng)變與荷載相關(guān)，縱筋主要承受彎矩拉力，箍筋承受扭矩剪力，混凝土裂縫開展會(huì)影響鋼筋與混凝土的協(xié)同工作；型鋼應(yīng)變?cè)趶椥噪A段均勻，屈服后應(yīng)變分布改變，彎扭耦合作用使翼緣和腹板同時(shí)承受正應(yīng)力和剪應(yīng)力，交界處應(yīng)力集中。裂縫發(fā)展規(guī)律：裂縫首先在受拉區(qū)出現(xiàn)，隨著荷載增加，裂縫擴(kuò)展，彎扭共同作用下裂縫呈斜向擴(kuò)展，形成主裂縫。裂縫寬度和間距隨荷載增加而變化，與混凝土強(qiáng)度、配筋率等因素相關(guān)，高強(qiáng)度混凝土和較高配筋率可使裂縫出現(xiàn)較晚，發(fā)展相對(duì)較慢。理論分析成果：建立了開裂前和開裂后的抗扭剛度理論模型，考慮了混凝土、型鋼和鋼筋的貢獻(xiàn)以及混凝土開裂的影響，理論計(jì)算值與試驗(yàn)值存在一定差異，需進(jìn)一步完善模型；通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了彎扭相關(guān)方程，反映了彎矩和扭矩的相互作用關(guān)系，經(jīng)理論分析和其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)、工程實(shí)例驗(yàn)證，具有一定的準(zhǔn)確性和應(yīng)用價(jià)值；提出了改進(jìn)的極限扭矩計(jì)算方法，考慮了材料非線性和粘結(jié)滑移效應(yīng)，能更準(zhǔn)確地計(jì)算極限扭矩，同時(shí)對(duì)極限彎矩計(jì)算方法進(jìn)行了分析對(duì)比，基于纖維模型的方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合度更高。影響因素分析結(jié)論：材料性能方面，混凝土強(qiáng)度提高可增大開裂荷載和極限荷載，增強(qiáng)構(gòu)件剛度，在彈性階段對(duì)變形影響較大；鋼材強(qiáng)度提升能增強(qiáng)承載能力，彈性模量影響構(gòu)件剛度，良好的粘結(jié)性能有助于保證構(gòu)件性能。截面參數(shù)方面，H型鋼截面的梁抗彎和抗扭剛度較高，破壞模式更傾向于彎扭復(fù)合型破壞；增加截面高度可提高抗彎能力，但對(duì)抗扭性能有正負(fù)兩方面影響，增加截面寬度能提高抗扭和抗彎能力，但需綜合考慮材料用量和結(jié)構(gòu)自重。配筋率方面，縱筋配筋率增加可提高抗彎和抗扭能力，改變破壞模式；箍筋配筋率對(duì)抗扭性能至關(guān)重要，能約束混凝土，提高構(gòu)件的變形能力和延性，但過(guò)高會(huì)增加施工難