U型钢-混凝土组合梁交叉节点抗弯性能试验研究

针对U型钢-混凝土组合梁交叉节点处U型钢腹板传力路径中断、节点受力复杂、现有钢筋过渡节点现场焊接量大的难题,提出了L形连接板传递钢腹板内力的新型节点(LLTC),对节点抗弯性能进行了试验研究。LLTC由套筒、L形连接板和套丝钢筋组成,与焊接钢筋型纵向过渡钢筋(WLTR)传递钢腹板内力的传统梁交叉节点(WLTR-UCJs)相比,LLTC能够有效传递钢腹板内力,且实现了节点的装配式连接。通过四端简支静力试验,研究了WLTR-UCJs和装配连接型U型钢-混凝土组合梁交叉节点(LLTC-UCJs)的抗弯性能,明晰了纵向传力构件形式、WLTR直径、LLTC套丝钢数量和LLTC套丝钢强度等对节点承载能力与变形能力的影响。试验结果表明,WLTR-UCJs的破坏模式为钢腹板屈曲和顶部纵向钢筋屈曲,LLTC-UCJs的破坏模式为U型钢翼缘屈服。与WLTR-UCJs相比,LLTC-UCJs的受压区材料屈曲程度较低,具有更高的承载力和更强的变形能力。

火灾下薄壁异形截面铝合金轴心受压柱耦合屈曲及承载力计算

利用有限元方法,对薄壁异形截面铝合金轴心受压柱在火灾不同温度下的破坏模态和屈曲承载力进行了研究。有限元模型通过试验进行验证,并采用稳态分析的方法考虑火灾高温的影响。研究了火灾高温对该类截面柱破坏模态的影响,证实火灾高温会降低柱的屈曲承载力,但不会改变柱的破坏模态。利用有限元方法分析了不同长细比的铝合金柱在不同温度下的屈曲承载力,并将有限元结果与根据欧洲规范EN1999-1-2的计算结果进行对比。结果表明,该规范的设计方法不能准确计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的抗火承载力。在有限元分析的基础上提出了针对薄壁异形截面柱高温下承载力的修正公式。

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。

高温下异形截面薄壁铝合金轴压构件局部-畸变屈曲耦合分析

火灾高温下铝合金材料的强度和弹性模量衰减迅速,导致高温下异形截面薄壁铝合金轴压构件的屈曲破坏模式更加复杂。采用有限元恒温加载方法,分析了6082-T6铝合金轴压构件的板件变形和跨中截面应力发展,研究了异形截面铝合金轴压构件常温下和火灾下的局部-畸变屈曲耦合破坏机理和屈曲承载力。高温下铝合金强度和弹性模量的折减系数采用欧洲铝合金结构设计规范EN1999-1-2的规定。对比不同温度下6082-T6异形截面铝合金轴压构件的极限承载力的有限元分析结果与EN1999-1-2计算结果表明,EN1999-1-2的设计方法较为保守。

基于两相复合材料的煤矸石混凝土弹性模量研究

目的提出一种基于两相复合材料理论的煤矸石混凝土弹性模量预测模型,为煤矸石混凝土弹性模量的计算提供借鉴。方法基于普通混凝土弹性模量预测模型,考虑煤矸石粗骨料取代率的影响,推导得到煤矸石混凝土弹性模量预测模型;采用文献中39组自燃煤矸石和12组原状煤矸石混凝土弹性模量试验数据验证模型的可靠性。结果传统的自燃煤矸石和原状煤矸石混凝土弹性模量预测模型精度还需提高,预测结果与试验结果相差26%~31%;对于基于两相复合材料理论提出的煤矸石混凝土弹性模量预测模型中,BNC模型预测精度最高,对于自燃煤矸石和原状煤矸石混凝土,其预测结果与试验结果比值的均值分别为0.936和1.030,判定系数分别为0.839和0.943。结论BNC模型较传统预测方法能更为准确地预测煤矸石混凝土的弹性模量。

薄壁异形铝合金轴压构件畸变屈曲性能试验研究

进行了6个薄壁异形截面铝合金短柱轴压作用下畸变屈曲性能的试验研究。采用LVDT测量了试件的局部几何初始缺陷,得到了该类构件局部几何初始缺陷的形状和幅值。进行了4组铝合金试样的拉伸试验,得到了6063-T5铝合金的本构关系。在薄壁异形截面铝合金短柱的轴压试验中,记录了各构件的轴向位移、板件平面外位移、应变和荷载等数据,分析了畸变屈曲对试件极限承载力、变形和应变发展等的影响。建立了薄壁异形截面铝合金轴压构件的有限元模型,并将有限元模拟得到的构件承载力、破坏模态、应变发展以及变形情况等结果与试验结果进行了对比,验证了该有限元模型的准确性。

闭口加劲薄壁铝合金轴压构件局部屈曲性能试验研究

进行了6个国产6063-T5铝合金试样拉伸试验,测得其应力-应变关系曲线,并与Ramberg-Osgood模型进行了对比。结果表明,Ramberg-Osgood模型可较准确描述国产6063-T5铝合金材料的力学性能。通过对4种截面类型共10根闭口加劲薄壁国产6063-T5铝合金试件进行轴压试验,获得了各试件荷载-轴向位移曲线、荷载-板件平面外变形曲线以及荷载-应变曲线,得到其承载力和破坏形态。结果表明,各试件均发生局部屈曲与塑性屈服耦合破坏。采用有限元分析方法对试件进行模拟,模拟结果与试验结果的对比表明,所建立的有限元模型可以较准确预测铝合金试件的承载力和破坏形态。采用现行美国、欧洲、中国的铝合金结构设计规范、美国冷弯薄壁钢结构设计规范及直接强度法对所研究试件的承载力进行计算,计算结果与试验结果的对比表明,各规范设计方法基本适用于闭口加劲薄壁铝合金轴压构件局部屈曲设计。直接强度法计算结果与实测承载力比值约为1.20,表明目前直接强度法高估了闭口加劲薄壁截面铝合金轴压构件承载力,因此需对其修正才可用于该类闭口加劲薄壁截面铝合金轴压构件的承载分析。

基于两相复合材料的再生混凝土弹性模量预测模型

与采用再生混凝土抗压强度计算弹性模量的公式相比,基于两相复合材料的再生混凝土弹性模量预测模型能更好地反映再生粗骨料对混凝土弹性模量的影响,预测结果更为精确。但现有再生混凝土两相复合材料弹性模量预测模型是由再生粗骨料与砂浆的弹性模量按体积加权平均得到的,该种计算方法预测结果偏于保守。目前针对天然骨料混凝土已提出多种两相复合材料弹性模量预测模型,但各模型预测结果有较大差异。基于上述模型,考虑再生粗骨料中残余砂浆的影响,推导得到了6种再生混凝土弹性模量预测模型,并搜集了100组再生混凝土弹性模量试验数据,用于评价各模型的可靠性。在此基础上,统计分析了模型不确定性及其与关键参数之间的相关性,为后续再生混凝土构件与结构的可靠度分析提供统计数据。研究表明,在常见参数范围内,各模型预测结果之间最大可相差23.3%;所提出的BNC(RAC)模型预测精度最高,其预测结果与试验结果比值的均值为1.014,变异系数为8.2%,该模型的不确定性服从正态分布。

均布荷载作用下腹板开孔轻钢龙骨墙体受弯性能试验研究

为研究腹板开孔轻钢龙骨墙体中覆面板材对墙体受弯承载力的贡献,考虑龙骨腹板高度、自攻螺钉间距等参数的影响,对5片腹板开孔的轻钢龙骨墙体标准单元在均布荷载作用下的受弯性能进行了试验研究,分析试件的承载力、破坏模式、挠度、应变和剪力滞效应等。基于试验结果,建立了可考虑剪力滞效应的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行对比,验证了模型的可靠性。基于有限元模型,研究了石膏板厚度、龙骨间距和腹板高度对石膏板有效宽度的影响。试验结果表明:开设细长孔洞对龙骨腹板削弱较大,会引起剪力滞效应,并导致墙体在均布荷载作用下在支座附近发生腹板的剪切屈曲;对于厚度为100~200 mm的墙体,竖龙骨与石膏板间的自攻螺钉间距取300 mm即可保证石膏板与龙骨共同工作;在开孔比率相同的前提下,随着腹板高度的增加,墙体抗弯刚度及受弯承载力均有显著提高。所建立的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元实体有限元模型能够合理考虑剪力滞效应,与试验结果吻合良好,试件初始刚度和承载力预测值与试验结果最大相差分别不超过6%和4%。有限元参数分析结果表明石膏板有效宽度主要受龙骨腹板高度影响。