传统钢-混凝土组合梁是一种将混凝土翼板与钢梁通过抗剪连接键连接实现共同受力和协同变形的组合结构，具有承载力高、延性好、构造灵活、施工方便等优点。外包U形钢-混凝土组合梁是在传统钢-混凝土组合梁基础上发展起来的新型组合梁，是将钢板焊成或冷弯成U形截面，然后在U形钢内部及上翼缘上部浇筑混凝土，并通过抗剪连接件将T形截面混凝土与外包钢U形钢连接在一起的组合梁。与传统钢-混凝土组合梁相比，外包U形钢混凝土组合梁的外包钢板可作为梁内及翼板混凝土的浇筑模板，提升施工效率，缩短施工周期；同时外包钢内填充的混凝土可防止外包U形钢过早局部屈曲，外包U形钢可增强对内填混凝土的约束作用，使得组合梁的整体稳定性显著提升；此外，内填混凝土还可吸收热量，提高组合梁的抗火性能。 在负弯矩作用下，外包U型钢-混凝土组合梁的腹部钢板因为受压会屈曲，混凝土翼板因为受拉而产生裂缝，钢板屈曲和翼板裂缝的出现会降低组合梁的强度和刚度，当裂缝宽度较大时，还会导致组合楼板钢筋的锈蚀，影响其耐久性和使用寿命。然而，目前国内外学者针对外包U形钢-混凝土组合梁的研究多数集中在抗剪连接件及正弯矩区的力学性能研究，而针对负弯矩区的力学性能及裂缝宽度的研究较少。因此，有必要对外包U形钢-混凝土组合梁负弯矩区的力学性能与裂缝产生和发展机理进行研究，为负弯矩区承载力和裂缝宽度计算提供参考。 为此，本文对一种外包内翻U形钢-混凝土组合梁进行了负弯矩区受弯试验、负弯矩区裂缝宽度研究、有效翼缘宽度研究和有限元分析，最后基于试验与有限元分析结果，提出了该型组合梁简化受力模型与设计方法。主要研究内容如下： （1）对4个不同参数的试件（纵筋排布形式、钢梁形式、抗剪连接键形式）进行负弯矩区静力加载试验，通过对其破坏机理、荷载-挠度曲线、截面应变等分析，对试件极限承载力、延性等性能进行对比，系统研究了该型外包内翻U形钢-混凝土在负弯矩作用下的受弯性能。 （2）在试验的基础上，分别对裂缝宽度、裂缝间距、裂缝分布规律、最大裂缝与钢筋屈服前应变关系等进行分析，研究影响外包钢组合梁裂缝宽度的因素及其开裂机理和发展规律。 （3）在试验结果的基础上，利用ABAQUS有限元分析软件，对外包内翻U形钢-混凝土组合梁建立有限元模型，并验证了有限模型的准确性。在此基础上，对其在负弯矩区的受弯性能进行了外包钢厚度、混凝土翼板厚度、混凝土腹板高宽比、混凝土翼板宽度等参数扩展分析，为该型组合梁的承载力计算理论与模型建立提供依据。基于有限元模型，对负弯矩区有效翼缘宽度进行了加载形式、宽跨比和高厚比等参数分析，研究各参数对弹性阶段和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律，为外包内翻U形钢-混凝土组合梁的有效翼缘宽度计算理论与模型建立提供依据。 （4）根据外包内翻U形钢-混凝土组合梁试验结果与有限元分析结果，对截面应力状态进行简化，提出计算便捷、物理含义明确的力学模型，并建立该型组合梁负弯矩区受弯承载力计算公式，公式计算结果与试验结果吻合良好，且具有一定安全储备。基于《混凝土结构设计规范》裂缝宽度计算公式，提出了综合系数修正法，建立了适用于外包内翻U形钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度的计算公式，该公式计算结果与试验结果吻合良好。基于有限元参数分析结果，建立了外包内翻U形钢-混凝土组合梁有效翼缘宽度计算方法。
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