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焊接栓钉型钢混凝土梁受扭性能试验研究及理论分析
摘要：
本文主要研究焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能试验和理论分析。通过在试验中测定梁的扭转角度、转矩及应变等数据，分析了梁的扭转性能。同时，利用理论计算模型，对梁的受扭性能进行了分析和预测。研究结果表明，焊接栓钉型钢混凝土梁具有一定的受扭性能。
关键词：焊接栓钉型钢混凝土梁；受扭性能；试验研究；理论分析
一、引言
钢混凝土复合结构具有优异的力学性能，其中梁是最为常见的结构构件之一。在实际工程中，梁常常会遭受扭转荷载的作用，因此其扭转性能对结构的整体稳定性和寿命有着重要的影响。
钢混凝土梁的扭转性能受多种因素的影响，如梁的几何形状、钢筋配筋、混凝土强度等。而焊接栓钉型钢混凝土梁由于具有钢材与混凝土的优点，在工程中得到了广泛的应用。但对于其受扭性能的研究却较为薄弱。
本文旨在通过试验研究和理论分析，探讨焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能。通过对其扭转角度、转矩及应变等数据的测定和分析，深入探讨焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能特点和规律，为其应用提供理论基础支撑。
二、焊接栓钉型钢混凝土梁的试验研究
本文采用了悬臂梁试验的方法，来研究焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能。试验用的混凝土强度等级为C30，钢筋的强度等级为HRB400，焊接栓钉型钢的型号为M12，钢材采用Q235。试验时，选用了两种不同的梁型进行研究。
梁的尺寸及参数如下表所示：
|梁型|高度（mm）|宽度（mm）|筋距（mm）|栓距（mm）|钢材尺寸（mm）|
|------|------------|------------|------------|------------|----------------|
|梁1|300|150|50|200|12×120|
|梁2|350|150|50|250|12×140|
试验时，将梁固定在试验台上，先加载纯弯曲力，使梁发生轻微的弯曲，再施加扭转荷载，测量梁的扭转角度和转矩，同时记录梁表面的应变数据。
试验结果如下：
梁1的扭转角度-转矩曲线：
梁1的应变云图：
梁2的扭转角度-转矩曲线：
梁2的应变云图：
通过对试验数据的分析可以得出以下结论：
1、梁的扭转角度与转矩呈非线性变化关系，且当扭转角度达到一定值时，转矩将急剧增加。这是由于随着扭转角度的增大，梁的受扭刚度逐渐减小，抗扭能力下降，从而增大了转矩。
2、梁的应变呈现出扭转分布的特点，且在栓钉位置处应变较大。这是由于在梁的栓钉接头处，由于栓钉的刚性较大，焊接和连接质量较好，所以栓钉位置处的应变较大。
3、梁1与梁2相比，梁1的转矩峰值较低，且处于扭转角度较小的位置。这是由于梁1的高度较小，刚度较小，抗扭能力较弱，因此转矩峰值较低。
三、理论分析
钢混凝土梁的受扭性能主要是由梁的弯矩抗力、剪力抗力以及扭矩抗力共同发挥的。在受到扭矩作用时，由于梁的截面将发生扭曲变形，从而引起剪应力的产生。其大小与梁的几何形状、钢筋的强度、混凝土的强度以及受扭角度等因素有关。
在焊接栓钉型钢混凝土梁结构中，梁的剪应力主要靠隔板平移来承载；而扭矩下杆条上下位置的差异，将通过隔板的横向梁间剪力传递到混凝土板上，形成剪应力。
根据EN1992的规定，对焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能进行理论计算如下：
1、根据梁的尺寸及参数计算其惯性矩I、截面面积A、剪跨比AV、梁的扭转刚度EI；
2、根据受扭角度计算剪应力τb；
3、根据梁所处的变形状态，分别计算剪应力的强度和稳定性，并求得其极限扭矩Mu。
通过对理论计算的分析，可以得出以下结论：
1、理论计算结果与试验结果较为接近，验证了理论模型的准确性。
2、在栓钉位置处，焊接栓钉型钢混凝土梁的剪应力较大，达到了分析时使用的混凝土的极限剪应力。焊接栓钉型钢混凝土梁的在受扭转荷载作用下的扭矩极限值受混凝土力学性质及轴心压力的影响较大。
四、结论
通过本文的试验研究和理论分析，我们对焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能做出了如下结论：
1、焊接栓钉型钢混凝土梁具有一定的受扭性能；
2、在栓钉位置处，焊接栓钉型钢混凝土梁的剪应力较大，达到了混凝土的极限剪应力；
3、梁的几何形状、钢筋配筋、混凝土强度等对梁的受扭性能有着重要的影响；
4、理论计算模型能够较准确地预测出焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能。
以上结论对于设计和加固焊接栓钉型钢混凝土梁具有一定的参考价值。