石家庄铁道学院毕业设计
名称与术语 1、导言 2、经济
3、状态技术研究 4、钢混合梁设计 4.1、测定断面级 4.2、弯曲性 4.2.1、截面班1和2 4.2.2、截面3和第4类 4.2.3、平扭屈曲
4.3、剪切阻力，补丁加载和剪弯相互作用 4.4、抗疲劳 4.5、适用性要求 5、实验验证 6、制备混合梁 7、结论 参考文献 1、介绍
在过去的几十年中，高强度钢（HSS）已经获得了在钢结构市场的市场基础，尤其是日本和美国。S355级钢，在二十年前被认为是HSS20，现在在瑞典是热轧板和H截面结构，如今，这些产品也可以在等级S420和S460钢使用（热机械轧制）。QT间板钢（调质）的商用级到S1100可提供，但仍未脱离S960标准。使用HSS钢的动力，经济是摆在首位，但也有一个节约资源的环境利益。一个HSS钢结构在给定的功能上使用比普通钢用料了一些，经济条件之一是，HSS钢的强度可利用效率。不同钢种腹板和凸缘混合梁是这个方向的解决方案。在这项研究中，它是假定凸缘强度高于腹板。旧规则的经验说，梁应具有对钢而言在凸缘和腹板中同样数量的钢。这条规则给出了合理的优化梁，如果没有厚度的限制。腹板将承受20-25％的这种梁弯曲阻力。梁有许多实际面积较小的腹板，从腹板的承载贡献则较小。由于这个原因，在腹板上使用低强度的便宜钢比在凸缘上使用更经济。如果腹板强度降低到了凸缘的一半，目前亏损的承载能力将相当小，大约为10％。在抗剪能力上的减少将介于0％和30％，具体取决于管理标准。混合梁在北美至
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少已被用于1960年以来，包括其设计规则代码。基础设计规则只适用于相当有限的程度，主要问题是明确可以在正常的设计公式中使用的强度值，凸缘或腹板问题，
这是一种优化和改进设计规则的可行方法。在欧洲，混合梁的使用相当有限，欧洲规范3-1-1 不涉及混合梁并根据不同国家的心态而定，这可能被理解为，要么他们是不允许或者你必须自己找到了如何设计它们。后面的解释在瑞典可见，那就是混合梁已经在建筑物和桥梁中使用。在欧洲规范3-1-5 提到的电镀混合梁结构，并给出了限制，之间的凸缘和腹板的屈服强度的比例不应超过两个。没有任何细节提供了有关的设计，混合梁的广泛使用，将需要在编码或手册，并列入本文件的目的是提供所需资料。 2、经济
对于预期的增加使用混合梁的主要原因是节省成本，这是研究硕士论文[4]从中下列结果被引用。这项研究包钢的I -复合梁桥：一个很简单的50米跨度，并支持一个连续的2 × 30米的跨度。这两条桥为9米宽，有两个大梁。设计是根据瑞典桥梁代码完成的，对梁三种类型进行比较，在S355均质梁的S690，混合梁与Web的S355和凸缘高强度都达到S690和第三混合梁，但只有混合梁底部和顶部的凸缘在HSS钢的墩部。这种比较包括材料，制造和安装的数字，全部由专业钢铁承包商检查费用，并且有效。首先，每个桥梁的设计和优化后的费用计算，以S355为50米的桥梁钢结构为参照，将比S690凸缘和S355腹板便宜6%。对于2 × 30米的桥梁，与相同的组合相比将可节约5％的费用，应当注意到，瑞典设计规则中剪切包括适用性的要求是为了避免呼吸，这使得剪切强度独立于细网的材料强度。另一个例子是两个完全支持23米跨度梁桥（见图一），根据钢材承包商的估计，同材质的S355梁与由S690底部凸缘、S460腹板和S460顶部凸缘组成的梁相比可以节省15%的费用。对于在跨中顶部凸缘，S690并不是总是有利的，因为它在浇筑混泥土前往往是被平扭屈曲支配的。
（图1）瑞典简支混合梁桥和不同选择的钢结构的成本
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3、状态技术研究
根据参考，第一次发表了混合梁的文件可以追溯到1944年，尽管应用历史悠久，最密集的试点工作主要集中在60年代中期和70年代中期。在此期间，对试点工作的重点是建立静态载荷的各种故障模式的设计标准。由于腹板屈服发生，注意转移到了故障模式下，该模式下腹板的承载贡献（如剪切屈曲、凸缘的垂直屈曲和扭转屈曲）是很重要的。这些专题相关实验报告发表在美国得克萨斯州大学[7和8]，在英国剑桥大学[9和10]。大多数的实验是在全方位完整的梁上进行的，除参考 [9]，其中的标本是按模型比例对照的。标本以前通常用来测试某一种类型并用于改进，这种尝试常常在不同的部分会得到失败。一些梁会在一个小应力范围内进行疲劳测试。如果裂缝造成的损害很小，该标本可能在静态测试中重复使用。由于横向加强板的不同位置和修复失败的面板，有可能就同一样品进行多次测试。参考 [6]报道的实验过程中只要实验的转矩曲线变为水平，实验就要停止以避免产生塑性变形，因为这可能对随后的梁疲劳试验产生干扰。此过程可能是低估了静力抵抗略有下降。这些测试有助于澄清静态阻力，但疲劳试验的应力范围太小而不能确定。然后进行高应力范围测试。从理论上讲，对混合横梁的调查报告了纯弯曲和剪切和弯曲组合[6]，剪切混合屈曲与无加筋网[11]，与横向加筋网[12]。平扭混合均匀梁屈曲和考察，在理论上参考 [13]。得出的结论是该腹板的屈服点已经对横向稳定性影响不大，而残余应力是一个重大的变数。阿列混合理论和实验分析与同质列报告参考 [14]。使用50至70之间的长细比的混合柱体具有经济优点是一个结论。混合梁考察在吕勒奥科技大学被作为一个大项目[16]的一部分，并且也在最近完成的项目[17]中，其中还包括CTICM，法国测试。目前，有限的理论和数值研究会在HSS钢桥梁上继续进行。
4、钢混合梁设计 4.1、测定断面级
横截面凸缘类的确定，例如像往常一样根据参考 [1]，腹板的横截面类确定应采用压缩凸缘屈服强度。这是略为保守的，因为断面类是受到应力应变的影响。只有拉力，但不是在腹板的应力，将对应于凸缘。 4.2、弯曲性
抗力将会受到凸缘和腹板的屈服强度的不同的影响，在凸缘达到其屈服强度之前，腹板会处于部分屈服状态。这一事实的影响对不同截面类将是不同的。下面的公式给出了典型的抵抗力，并应除以适当的部分安全系数。该公式将只是适用于双
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对称的I -梁，单轴对称的大梁，包括复合梁，可以使用相同的设计原则，但封闭形式公式将太长包括在这里，请参考 [18]。 4.2.1、截面类1和2
弯曲阻力由一个完全屈服截面计算得来，如图 2
（图2）混合I梁的1级梁截面
4.2.2、截面类3和4
凸缘被假定在3级或更低，有效的跨腹板部分应计算在凸缘的压缩屈服强度。由此产生的有效截面通常不是对称的抵抗将迭代计算。具有相同凸缘的I梁的弯曲阻力近似公式在参考[12]中表达。并进行了调整，以适应阻力预测EC3 - 1 -5参考 [19]。
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根据欧洲设计标准3-1-5，弹性模量W应在凸缘的中部计算。假定抵抗力的减少是由于屈曲和腹板过早屈服共同造成的，安全边的公式由此可得出，图3所示，这是只有在腹板的屈服区域小于0.4beff的时候的情况。
（图3）4级混合梁截面
4.2.3、平扭屈曲
平扭屈曲的减少因素可以被同质梁采用，根据上述规则它应适用于横截面抗弯计算。长细参数可由下式计算
4.3、剪切阻力，补丁加载和剪弯相互作用
对剪切强度和耐负荷补丁可以用欧洲设计标准3-1-5的规则计算出。抵抗力公式中已经考虑了凸缘和腹板的不同的屈服强度。当截面等级为3或4时可以用该规则于相互作用剪弯，对于1或2级截面建议忽略相互作用，尽管规则不是如此，但在美国和瑞典已经被实施采用，这个问题并不重要，而且此文将不再论述。 4.4、抗疲劳
混合梁的抗疲劳性能不会受到腹板的局部屈服[17和20]的影响。这是很自然的，因为有一个弹性行为在第一个周期后，应力的限制范围1.5fy参考[1]应该适用凸