负弯矩区钢-混凝土组合梁腹板开洞处钢筋受力性能研究

为了解负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁的内部受力钢筋的力学性能,对多个腹板开洞组合梁试件进行了试验研究和有限元分析,研究重点是洞口区域混凝土板内的钢筋受力特点和规律.试验及分析结果表明:负弯矩作用下,腹板开洞组合梁的破坏发生在洞口区,而不是弯矩最大处,洞口区混凝土板裂缝开展迅速并最终断裂,洞口处发生了明显的空腹破坏,洞口四角出现了次弯矩;在次弯矩作用下,洞口区混凝土板内的受力钢筋一部分受压,一部分受拉,钢筋的抗拉作用并没有充分发挥,其中洞口左端的上层钢筋受拉最为明显,抗拉作用较好;在合适的位置添加附加钢筋可以限制洞口上方混凝土板的裂缝开展,能够有效的提高试件的承载力和变形能力,其中在距离中心轴65 mm处添加直径为8 mm的附加钢筋时,试件的承载力和变形能力的提高效果最好.

腹板开洞型抗剪连接件力学性能有限元分析

为了提高全装配式混凝土梁柱-钢支撑的受剪性能,提出一种腹板开洞型抗剪连接件。以腹板截面分配方式为参数,设计2个试件进行往复加载试验,研究其力学性能。采用ABAQUS软件进行有限元分析校正,并设计16个分别考虑混凝土强度、腹板宽度高度和2组腹板组合形式影响的有限元模型进行模拟分析,进而探究各参数对抗剪连接件受剪性能的影响。结果表明:两试件破坏形态基本一致,首先混凝土梁侧面产生斜向裂缝,并向梁正面发展,随后抗剪腹板处出现裂缝,最终在多次循环往复加载下,混凝土被压溃。两滞回曲线走势基本相同,主要包括弹性、弹塑性和破坏3个阶段。提高混凝土强度能有效提高连接件剪切承载能力;腹板截面面积一定时,截面尺寸为15 mm×32 mm的连接件极限承载能力最大;同时改变2组腹板尺寸,截面组合尺寸为18 mm×40 mm和6 mm×40 mm的组合形式抗剪性最好。

H形钢梁腹板开洞的有限元分析与研究

通过H形钢梁腹板开洞的有限元分析,研究了开洞、补强加劲板厚度、长度和半刚性连接对钢梁的承载力和变形能力的影响。结果表明:腹板开洞后,钢梁承载力和刚度显著减小,极限状态为空腹破坏;采用井字形加劲肋补强效果较显著,有效减小了洞口区域的应力集中,提升了结构的承载能力;钢梁承载力随加劲板厚和伸长边的增加而增加,但仅在一定范围内,增加幅度随变化量逐渐减小;相对于铰接,考虑实际体系的半刚性连接后,钢梁刚度和承载力均有所增加,主要控制因素变化为H形钢梁与柱的连接节点。

预应力腹板开洞钢-木组合梁抗弯性能研究

【目的】为了研究体外预应力腹板开洞钢-木组合梁在四点弯曲静载作用下的变形和受力性能。【方法】通过有限元软件ABAQUS建立三维实体模型,研究预应力钢绞线布置形式和洞口形状等参数对组合梁刚度、变形和承载能力的影响规律和程度。【结果】结果表明:设置预应力钢绞线可以显著提高组合梁的刚度和承载力,使折线型的初始刚度和屈服承载力分别增强41%和25%,直线型效果次之;未设置预应力的组合梁跨中洞口处容易发生应力集中和较大变形;洞口形状影响洞口区域应力重分布情况,长方形洞口底部两侧容易出现塑性铰,正方形洞口这种现象得到部分改善,圆形洞口底端钝角容易发生应力集中和变形。【结论】选择合适的预应力钢绞线布置形式和洞口形状可以显著提高腹板开洞对钢-木组合梁刚度和承载力,减少变形程度。

八字型加劲肋加固洞口对腹板开洞钢–混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究不同八字型加劲肋加固洞口对腹板开洞钢–混凝土组合梁受力的影响,选择合适的八字型加劲肋参数以降低开洞造成的不利影响;利用ABAQUS对洞口设置在弯剪区段的组合梁进行力学性能分析,研究了八字型加劲肋上端距离洞口中线距离、八字型加劲肋下端距离洞口中线距离以及八字型加劲肋厚度对承载力、变形能力的影响。结果表明:钢–混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;八字型加劲肋厚度变化对承载力影响最为明显,其次为上端距中线距离,下端距中线距离影响不大;八字型加劲肋厚度越大及下端距中线距离越小变形能力越大、上端距中线距离越小其变形能力越小。

不同洞口类型对腹板开洞钢–混凝土组合梁受力性能影响分析

通过研究不同洞口类型对腹板开洞钢–混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状及洞口位置以降低开洞造成的不利影响;在已有试验基础上,利用ABAQUS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力的影响。结果表明:钢–混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;组合梁因洞口形状和位置不同,极限变形有不同程度增强;洞口的形状和位置对梁的极限承载力产生显著影响,在不同的洞口形状对比实验中,当腹板开设双圆形洞口时,相比于双正方形洞口,其承载力的下降幅度相对较小;当洞口之间的间距增大时,梁的承载力会有所提高。特别是当右侧洞口距离加载点的距离减小时,这种承载力的增加效应尤为明显;另外,洞口形状及位置对腹部开洞组合梁的变形能力影响较大。

装配式腹板开洞组合梁受力性能试验研究

为研究高强螺栓连接腹板开洞组合梁的受力性能,文中以高强螺栓间距为变化参数,对3根装配简支组合梁试件进行了跨中单调集中加载试验。研究包括高强螺栓在组合梁装配中的受力表现、试件极限承载力、试件的破坏形态及其变形特征。结果表明高强螺栓连接的组合梁试件破坏形态为典型的剪切破坏;螺栓间距对装配式组合梁的整体刚度有较大影响,高强螺栓布置的间距越小,组合梁的组合作用越强,整体刚度也越大,破坏时变形小;高强螺栓的预紧力和螺栓孔容差对组合梁的荷载-滑移性能也有较大影响。研究可为洞口上方高强螺栓连接件的设计、施工以及加固补强提供参考。

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响;在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明:钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强;洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%~59%,而钢梁占总剪力的41%~54%;极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关;栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁;洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力;在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。

大跨度钢梁腹板开洞的加固方式研究

本文针对某工程大跨度钢梁腹板开洞提出一种新型的洞口加固方式,通过有限元分析软件计算与对比,研究不同加固方式提升腹板刚度的补强效果,分析加劲肋的厚度及角度不同对钢梁刚度的贡献。计算分析结果表明,斜向加劲肋的钢梁腹板洞口补强方法是安全可靠的,可作为大跨度工程的有效加固方式。

负弯矩作用下腹板开洞组合梁抗剪性能试验研究

通过对集中荷载作用下的腹板开洞钢-混凝土组合梁进行试验,研究在负弯矩作用下腹板开洞组合梁的抗剪力学性能。试验结果表明:负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,洞口区域截面不再符合平截面假定;破坏形式为洞口区混凝土板的剪切破坏,同时洞口区的部分栓钉连接件出现了拔脱现象;另外,通过增加混凝土翼板厚度可以提高负弯矩区腹板开洞组合梁的承载力,增加纵向钢筋配筋率可以提高其变形能力。研究为负弯矩区腹板开洞组合梁的有限元分析和实际应用提供了试验数据。

腹板开洞的钢与混凝土组合梁承载力计算方法综述和探讨

介绍了三种钢与混凝土组合梁腹板开洞处承载力的计算方法 ,讨论了其存在的不足 ,提出了修正的方法。并通过一悬臂开洞组合梁的试验资料对修正方法进行验证 ,证明其是可行的。同时 ,简要说明了腹板开洞组合梁设计中的其他需要注意的问题。

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁受剪性能试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受剪性能,以配筋率和混凝土板厚为变量参数,对5根腹板开洞连续组合梁进行了两点单调对称集中加载试验,采用剪力分离方法对应变试验数据进行计算,得到组合梁钢梁和混凝土板承担的剪力.试验结果表明：腹板开洞不仅降低了连续组合梁的刚度和承载能力,而且引起洞口区域混凝土板和钢梁截面的竖向剪力重分布,剪力主要通过洞口上方的混凝土板来承担,占到总剪力的85%~90%;洞口区域不再符合平截面假定,最终连续组合梁洞口发生剪切破坏,组合梁丧失承载能力;增加混凝土板厚度和截面配筋率可以提高连续组合梁的承载和变形能力,并可以用来进行洞口区域的补强.

腹板开洞钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

目的研究腹板开洞组合梁在静载作用下的受力性能,找出影响腹板开洞组合梁受力性能的主要因素.方法采用有限元软件ANSYS对9根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁试件进行了非线性模拟计算.试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土翼板的板厚、配筋率与洞口尺寸.结果计算显示腹板开洞显著地降低了组合梁的承载力和刚度,洞口上方混凝土翼板承担了截面总剪力的77.46%,而钢梁仅承担了截面总剪力的22.54%.结论增加混凝土翼板厚度能有效地提高开洞组合梁承载力,增加混凝土翼板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力.随着洞口宽度的增大洞口上方的界面滑移急剧增大;随着洞口高度的增大,钢梁承担的剪力在截面总剪力中所占比例相对减小,而混凝土翼板承担的剪力所占比例相对增大,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献.

腹板开洞连续工字形钢梁的挠度计算方法

连续钢梁腹板开洞后,不仅存在强度问题,还存在刚度问题,即变形不能过大。因洞口区域变为三次超静定,要计算其挠度,需先求解多余未知力,这样使得挠度计算极为不便。为了避免求解超静定内力,而又能得到适用的挠度计算公式,分别用求解挠度微分方程和结合用结构力学的方法推导了腹板开洞钢梁的挠度函数解析式,并将这些挠度函数计算的结果分别与有限元计算的结果进行了对比。结果表明两种方法得到的计算公式都与有限元结果吻合较好,可用于实际应用。

钢结构腹板开洞型节点的参数分析

运用弯剪共同作用理论分析了削弱半径对腹板开洞型节点的影响;利用非线性有限元方法分析了理论得出的结果,认为这一理论方法用于估计截面的抗弯能力以及确定腹板开洞型节点的临界削弱半径是有效的;并分析了削弱截面离柱距离与削弱半径的相互关系。对该类节点的设计具有一定的指导意义。

带腹板开洞组合梁的非线性计算

介绍了一带腹板开洞组合试验梁的模拟计算及计算结果。该模拟计算取得了与试验实测值吻合性很好的计算结果,除此之外,模拟计算还提供了一些其它有用的计算结果,从这些结果中,人们可以很直观地认识该类梁的一些受力特性。

腹板开洞连续组合梁受力性能试验研究与有限元分析

为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对6根组合梁试件进行了试验研究与有限元分析,其中5根为腹板开洞梁,1根为腹板无洞梁。研究内容为组合梁极限承载力、混凝土板和钢梁受力全过程的截面剪力分布规律。结果表明:与腹板无洞组合梁相比,腹板开洞使组合梁的极限承载力得到明显削弱;洞口范围内混凝土板截面承担的剪力随着荷载的增加而不断增大;而在无洞梁段,钢梁承担的剪力比混凝土板承担的剪力要大,说明现行《钢结构设计规范》有关组合梁抗剪计算的相关条文已不适应于腹板开洞组合梁。

腹板开洞的工形截面拱的平面内特征值屈曲性能

用有限元模型分析了受径向均布荷载的腹板开洞的工形截面圆弧拱的平面内特征值屈曲性能。选用板壳单元构建了有限元模型,得出了较准确的特征值屈曲荷载和屈曲模态,获得了三种典型的特征值屈曲模态;通过选用一种代表开洞拱效率的特征值屈曲荷载参数,研究了腹板孔洞的半径和间距的优化尺寸。通过一系列拱的数值分析,给出了拱的矢跨比、长细比、孔洞的半径和间距对特征值屈曲荷载的影响,并把这些参数的影响归结为两个参数k和α,给出了这种腹板开洞拱的特征值屈曲荷载的简化计算公式。

定向刨花板加固腹板开洞竹木工字梁力学性能研究

为研究定向刨花板(oriented strand board,OSB)加固腹板开洞的竹木工字梁的力学性能,揭示其受力破坏机理。以孔径与腹板高度的比值(d/hw)和补强板型为参数,制作并测试了42根竹木工字梁,考察测试过程中的破坏形态、弯曲变形性能,分析各因素对工字梁力学性能的影响规律。结果表明,当孔径较小(d/hw≤25%)时,试件的破坏形态以翼缘内OSB层裂和腹板剪切破坏为主,孔洞对开洞梁承载力和刚度的影响较小,可忽略不计。当孔径较大(d/hw>25%)时,破坏形态以洞口周边受拉和受压破坏为主,随着孔洞直径d增加,孔洞的不利影响愈发明显,开洞梁的承载能力呈下降趋势,但对梁的刚度影响较小。OSB补强板能有效约束孔角裂缝开展,加固后的开洞梁的开裂荷载、正常使用极限状态荷载和承载能力极限状态荷载较未加固开洞梁明显提高,平均提高52.9%、12.1%和28.2%。但OSB补强板对开洞梁抗弯刚度的改善作用不明显,平均提高仅为11.5%。承载力和刚度的提高幅度与补强板类型密切相关,其中,套环定向刨花板(collar oriented strand board,C-OSB)增强效果最好、双U型定向刨花板(two U shaped oriented strand board,TU-OSB)次之,U型定向刨花板(U shaped oriented strand board,U-OSB)最差。C-OSB适合于管道施工前对开洞梁进行加固,而U-OSB和TU-OSB适合加固d/hw不大于75%的开洞梁。粘贴OSB加固开洞竹木工字梁是一种有效的加固方法。

考虑混凝土板作用的腹板开洞钢-混凝土组合梁承载力有限元分析

腹板开洞组合梁在国外工程中已广泛应用。洞口的存在对组合梁的极限承载力有一定影响。本文针对现存的开洞组合梁极限承载力的计算公式进行比较。采用ANSYS软件进行有限元模拟,考虑混凝土板宽度和厚度对洞口抗弯和抗剪承载力的影响拟合出了混凝土板有效宽度的计算公式,为开洞组合梁的进一步研究提供了依据。