双滑移面钢-混凝土组合梁的界面力学性能与变形协调机理研究

《Results in Engineering》：A Unified Analytical Model for the Elastic Bending Behavior of Composite Beams with Double-Slip Interfaces Considering Uplift Effects

本文针对传统钢-混凝土组合梁在复杂荷载下界面滑移与变形协调不足的问题，通过理论建模与力学分析，系统研究了双滑移面组合结构的受力机理。研究揭示了上下滑移面的耦合效应，提出了考虑层间剪切与竖向分离的微分控制方程，为高精度设计提供了理论支撑。该成果对提升组合结构承载效率与耐久性具有重要工程意义。

　　

钢-混凝土组合结构凭借材料互补优势，在桥梁与建筑领域广泛应用，但其界面滑移问题长期制约着结构性能的精准预测。传统单滑移面模型难以反映实际结构中混凝土板、钢梁与附加组件（如抗剪连接件、加固层）间的复杂相互作用，尤其在动载或局部损伤下，界面滑移与竖向分离的耦合效应显著，可能导致承载力高估与耐久性退化。

为突破这一局限，本研究聚焦于双滑移面钢-混凝土组合梁的力学行为解析。通过建立考虑上下两个滑移界面（如混凝土板-钢梁界面、钢梁-加固层界面）的微分控制方程，引入界面剪切刚度（k_s, k_f）与竖向分离刚度（k_v），推导了轴向位移（u_co, u_so, u_f）、挠度（w_c, w_s）及滑移量（Δu₁, Δu₂）的协调关系。研究发表于《Results in Engineering》，为复杂组合结构设计提供了理论工具。

关键技术方法包括：

1. 1.
   微分方程构建：基于平截面假定与界面变形协调，建立含高阶导数的控制方程；
2. 2.
   参数化分析：通过系数矩阵（如B₁-B₇, D₁-D₂₃）量化材料属性（弹性模量E_c, E_s）、几何尺寸（z_cb, z_su）对滑移的影响；
3. 3.
   边界条件处理：针对双滑移段（-b< />b）分别求解，确保位移与内力连续性。

控制方程推导

通过平衡方程与物理方程联立，得到滑移量微分表达式（式13-16），进而分离变量获得位移与滑移的显式关系（式25-31）。例如，式25中，双滑移段滑移量Δu₁与位移导数u′_co、曲率w″_c通过系数G₁-G₂₃关联，揭示了界面刚度对变形协调的调控作用。

参数敏感性分析

系数矩阵显示，混凝土弹性模量E_c与钢梁惯性矩I_s的比值显著影响滑移分布。当界面剪切刚度k_s较低时，滑移量随荷载位置变化加剧，易引发局部应力集中。

结论与讨论

本研究通过严格的数学推导，构建了双滑移面组合梁的通用力学模型，明确了界面刚度与几何参数对结构性能的耦合影响。该模型可扩展至预应力、疲劳荷载等场景，为高精度数值模拟与规范修订提供理论基础。未来需结合实验验证，进一步优化界面本构关系与损伤演化规律。