装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁试验研究

装配式建筑行业渗透率不断提升,针对装配式工业化的需求,提出了一种新型装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁(DCCP),由高强螺栓连接装配模块形成,实现完全干式连接,兼具节省钢材、便于敷设管道及增大建筑使用空间等优点.对具有腹板圆形开孔的DCCP和4根不同腹板圆角矩形开孔长度的DCCP进行了静力弯曲试验,探究了腹板开孔长度对组合梁受弯性能的影响,分析了试验梁的破坏模式,跨中挠度、应变、平面外位移、界面滑移随荷载变化规律,提出了DCCP极限承载力的理论计算模型.结果表明:腹板开孔长度对组合梁的力学性能有显著的影响,腹板开圆孔的组合梁表现为槽钢翼缘屈服失效,混凝土板在跨中压碎即弯曲破坏,而腹板开长圆角矩形孔的组合梁因腹板开孔处四角产生塑性铰和开孔处高弯矩端对应位置的混凝土板压溃而发生空腹破坏(Vierendeel mechanism failure);腹板开孔长度由150 mm增加到900 mm时,组合梁的承载力和延性分别降低了20%和23%;具有腹板开孔的DCCP平均延性系数值为8;高强螺栓约束下的装配模块间分离微乎其微,整体协同工作性能良好.钢梁与混凝土板间最大滑移为0.34 mm,新型组合梁采用的钢板连接件可有效传递钢梁和混凝土板间的纵向剪力,实现完全抗剪连接件.用本文理论模型计算的极限承载力与试验结果吻合良好,误差小于5%.

新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能.建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响.基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式.研究结果表明:该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉承载力计算公式得到的计算值与有限元模拟值吻合良好.

装配式双槽钢拼合PEC柱受压性能试验研究

为发挥钢-混组合结构优良性能及装配式结构施工节能、质量可控的优势,满足建筑模块化、工业化发展需求,提出螺栓连接装配式双槽钢拼合部分包裹混凝土(PEC)组合柱,开展1个纯钢拼合柱、5个组合拼合柱轴心受压及偏心压弯性能试验,结合数值模拟对组合柱破坏形态、应变发展规律、变形性能和承载能力进行分析研究,揭示了螺栓间距、混凝土外伸宽度、相对偏心距大小等因素对双槽钢拼合柱受压力学性能的影响规律.研究结果表明:轴心受压双槽钢拼合柱破坏模式均为整体失稳破坏,偏心受压双槽钢拼合柱均为压弯破坏,使用钢板及螺栓能可靠连接构件,加载过程双肢未发生分离;加密螺栓间距能有效增强组合柱峰后延性,在一定间距范围内构件具较高刚度,由1000mm加至500 mm极限承载力提高4.43%;开孔钢板连接件能约束且保证混凝土与型钢协同工作,破坏阶段前混凝土与型钢未出现明显黏结分离;混凝土外伸宽度增加能提高构件稳定性能.提出考虑单肢影响的轴压承载力计算方法与基于Eurocode 4规范双槽钢拼合柱轴力-弯矩(N-M)相关曲线,理论结果与试验吻合较好,可为装配式拼合柱设计应用提供理论支撑.

装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁(PSCCB)的受弯性能,制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件,对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型,通过试验结果验证模型的可靠性,并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响。试验结果表明:高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性;随着宽跨比增大,PSCCB抗弯承载力和延性分别提高8%~19%和11%~21%;穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供高效的组合作用,部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异少于10%;与梁高320 mm的PSCCB相比,梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高96%,但延性降低10%。分析结果说明:有限元分析结果与试验结果较吻合,所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能;随着螺栓间距和预紧力的增大,PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变;适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度;增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力,而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小。根据试验和有限元参数分析,提出PSCCB受弯性能设计方法,受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好,可为PSCCB的工程设计提供参考。

梁板融合预制装配式双拼槽钢-混组合楼板试验

为充分发挥装配式工业化程度高和钢-混组合结构优良力学性能的优势,提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合楼板,对3组简支组合楼板试件进行了四点加载试验,研究了该组合楼板的竖向静载下力学性能。分析了楼板裂缝、挠度、应变(钢筋、钢梁、混凝土板)随荷载发展规律;基于极限平衡法,提出了考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的承载力计算公式。结果表明:组合楼板的变形呈双向板特征,试件破坏时均出现板顶角部裂缝和弧形裂缝,混凝土板底中心区域为网状裂缝和向角部延伸的斜裂缝,双拼主梁发生塑性弯曲;在楼板的中心挠度达到l 0/40时,试件荷载分别为327.63 kN、436.92 kN和406.12 kN,组合楼板承载力较高;钢筋的应变发展在垂直钢梁方向较大,沿着塑性铰线屈服;考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的计算公式与试验结果吻合良好,准确地预测了楼板荷载-挠度全过程曲线。

大跨度钢网壳快速整体提升方法研究及防连续倒塌分析

以某钢网壳整体提升项目为研究对象,提出一种整体提升施工方法,对大跨度钢网壳结构的同步提升、变形控制和提升安全性进行研究。在Midas Gen中建立有限元模型,基于备用荷载路径法分析提升支架的防连续倒塌性能,对施工全过程进行模拟分析,结合实际施工监测数据验证该方法的合理性。研究结果表明:基于监测数据反馈+计算机算法控制集群电动葫芦,可实现连续、同步提升。在网壳结构下部施加预应力可有效控制结构成型后的矢高偏差,理论计算值与实际测量值相对误差在4.5%以内,在整个施工过程中的壳体顶部的竖向位移满足设计要求。提升支架失稳会引起各吊点内力重分布,为避免意外失稳引起连续倒塌的风险,提出了考虑施工经济性和安全性的提升支架防连续倒塌设计。钢网壳结构成形后与设计状态基本一致,验证了整体提升方法的有效性,可为大跨度钢网壳整体提升工程的应用提供参考。

生物质直燃耦合燃煤发电技术路线对机组影响

随着“30·60”碳达峰、碳中和的总体目标明确,进一步降低煤电机组能耗,提升灵活性与调节能力,促进电力行业高效清洁低碳转型,是煤电机组新时期的发展方向。生物质直燃作为一种重要的利用方式,具有原料来源广、技术方案简单、设备投资成本低等优点,发展潜力巨大。依托某超临界燃煤机组,研究采用烟气干燥+颗粒成型+原制粉系统研磨直掺,一级破碎+二级粉碎+空气输送+共管耦合,一级破碎+二级粉碎+烟气干燥+烟气输送+共管耦合3种直燃掺烧的技术路线,以热力计算为基础,通过锅炉掺烧生物质前后的校核计算,分析研究不同掺烧方式对机组的影响。进行包括烟气对生物质的干燥计算、锅炉抽烟气后的热效率计算、空气输送对锅炉热效率的影响计算、掺烧生物质后热力校核计算。结果表明:掺烧生物质后,锅炉排烟温度升高、热效率降低、减温水量增加、厂用电率增加、供电煤耗增加;单位供电CO_(2)排放降低,且随掺烧比例增加,影响幅度增加。经分析对比,采用一级破碎+二级粉碎的方式对生物质原料进行处理后,由热烟气干燥输送进行共管耦合直掺的方式对机组的影响最小。在100%、75%、50%负荷下,分别以输入热量占比为10%、20%、30%、40%进行热力计算,掺烧生物质后锅炉排烟温度升高2.46~14.14℃,热效率降低0.23~1.23个百分点,减温水量增加5.8~30.7 t/h,供电煤耗增加2.09~8.91 g/kWh,单位供电CO_(2)降低79.19~336.44 g/kWh,降幅折合11.1%~40%。

后张部分无黏结预应力梁锚固失效下受力性能试验研究

为了研究部分无黏结及锚固系统失效对后张预应力梁受力性能的影响,以4根后张法施工预应力混凝土简支梁为试验对象,分析后张法预应力梁在相同无黏结率下,跨中、梁端部分无黏结以及锚固系统失效时的受力过程、破坏形态、荷载-位移曲线、延性等指标和抗弯性能的变化规律。基于部分无黏结预应力梁的试验结果,采用考虑锚固失效损失的截面应变协调黏结折减系数计算抗弯承载力。研究结果表明:部分无黏结与锚固失效均降低试验梁的抗裂性能;在锚具失效条件下,跨中纯弯段无黏结显著降低试验梁的刚度和承载力,而梁端无黏结对梁刚度影响较小,承载力略降低;在锚固失效下,跨中段无黏结和梁端无黏结的梁与正常状态下的梁相比,延性指标分别提高6.3%和21.1%;在加载过程中,跨中控制截面满足平截面假定;采用考虑锚固失效损失的截面应变协调黏结折减系数计算抗弯承载力与试验值较吻合。

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁受弯性能试验与承载能力分析

提出一种由两个预制模块组成的模块化装配式双拼预制槽钢混凝土组合梁,设计以不同宽跨比、抗剪连接件间距、槽钢型号为研究参数的7根组合梁,并对其进行静力受弯试验。研究各试件的破坏模式、跨中平面外分离、承载能力及应变分布等,分析组合梁受力机理及各参数对抗弯承载力的影响规律。基于简化塑性理论,提出该组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明:2块预制模块应变协调发展,表现出良好的整体协同工作性能;组合梁最终均发生弯曲破坏;当宽跨比从0.15增加至0.20、0.25和0.30时,抗弯极限承载力分别提升7.9%、14.2%和18.8%;当抗剪连接件间距由250 mm增加至750 mm时,极限抗弯承载力降低1.8%;槽钢型号对组合梁承载力有明显影响;当型号由32b增大至40b时,试件DDCB-40-1、DCCB-40-2的极限抗弯承载力相较于试件DCCB-32-3分别提升100.34%和95.65%,且开裂荷载大幅提升。采用所提出的该组合梁极限抗弯承载力计算方法所得理论计算值与试验值较吻合。

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度试验研究

提出一种新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁。为研究该组合梁的抗弯刚度,对7根组合梁的受弯性能进行试验,试验参数为混凝土翼缘板宽度、槽钢型号和抗剪连接件间距。首先,研究双拼槽钢-混凝土组合梁的协同工作性能和各参数对双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度的影响。然后,根据能量变分法和界面滑移模型,建立装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的控制微分方程,并基于最小势能原理推导该组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式。研究结果表明:组合梁整体工作性能良好,两侧预制模块能协同工作,高强螺栓能有效约束2个预制模块的分离;钢板连接件能有效传递界面剪力,槽钢与混凝土板之间有较强的组合作用;增加混凝土翼缘板宽度对装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的抗弯刚度提高幅度较小;增大槽钢高度,装配式双拼槽钢-混凝土组合梁刚度显著提高;当槽钢型号由[32b转换为[40b时,抗弯刚度提高117.8%;抗剪连接件间距由250 mm增大到750 mm,组合梁抗弯刚度降低6.9%;组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式理论值与实验值吻合良好,可为装配式双拼槽钢-混凝土组合梁在实际工程中的设计与应用提供参考。

装配式双拼槽钢−混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

提出一种装配式双拼槽钢−混凝土组合梁,以板宽、槽钢型号、抗剪连接件间距为试验参数,对7根组合梁进行静载试验,分析该组合梁剪切应变分布规律。使用有限元软件建立数值分析模型,预测组合梁力学性能和破坏模式,在此基础上,对组合梁的剪跨比、材料强度、钢梁腹板高度和厚度、混凝土板宽度和厚度进行参数化分析。基于叠加原理,提出考虑混凝土板抗剪和剪跨比对抗剪贡献的影响的双拼槽钢−混凝土组合梁极限抗剪承载力公式,并对比规范中公式和其他学者建议的计算公式。研究结果表明:该组合梁剪切破坏、弯剪破坏与弯曲破坏的界限剪跨比λ分别为0.5和2.5;当剪跨比λ=0.1~4.7时,混凝土板抗剪承担比例为4%~43%,随剪跨比减小而增大;本文提出的公式计算精度高,适用性好。

光学玻璃磨削亚表面损伤预测模型及DOE实验设计

为了掌握光学玻璃材料杯型砂轮研磨与表面粗糙度(SR)和亚表面损伤(SSD)机理,本文建立BK7光学玻璃杯型砂轮研磨表面粗糙度的预测模型,通过改变磨削参数来研究对表面粗糙度的影响。设计DOE试验,研究影响SR与SSD的显著性特征因子,并分析了各因子的交互作用。实验结果表明预测模型的可靠性,得到表面粗糙度的预测模型数据与实验数据的平均误差为5.47%。采用角抛光法,通过电子显微镜观测表面裂纹,并测量裂纹的深度。最后,基于Li的模型,建立基于磨削工艺参数的亚表面损伤的新预测模型。实验结果表明:实验和预测模型结果具有很好的一致性,模型数据与实验数据的平均误差为6.19%,并且新预测模型结果要优于Li的模型。

装配式双拼槽钢开孔组合梁受弯性能试验及挠度计算

提出一种新型装配式双拼槽钢开孔组合梁,以钢梁腹板开孔长度为参数,设计4根开孔组合梁和1根实腹组合梁,进行静力性能试验,研究开孔形式对各试件破坏模式、延性、界面滑移、截面剪力分布以及整体工作性能的影响。基于空腹桁架理论,提出考虑剪切变形、洞口处剪力次弯矩局部变形的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法。研究结果表明:新型装配式双拼槽钢开孔组合梁具有良好的整体工作性能;圆形开孔时组合梁表现为弯曲破坏,修圆矩形开孔时组合梁表现为空腹破坏(vierendeel mechanism);开孔形式对双拼槽钢组合梁的刚度和承载力影响显著;与实腹梁相比,圆形开孔时组合梁初始刚度下降12%,极限承载力下降10%;而开孔长度为900 mm的修圆矩形开孔组合梁初始刚度下降60%,极限承载力下降27%;腹板开孔提高了双拼槽钢组合梁的延性,而修圆矩形开孔组合梁与圆形开孔组合梁相比延性略降低;开孔可提高混凝土板抗剪贡献,随着开孔长度增大,各试件混凝土板承担截面总剪力的24%~28%;采用的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法所得理论值与试验值吻合良好。

挠度可控的钢网架快速整体连续提升技术研究与应用

以湖南长沙洋湖卓伯根钢网壳屋盖整体提升项目为研究对象,介绍了一种对柔性钢网壳同步整体提升的施工方法。此施工方法采用集群单轨吊车进行整体同步提升,实现连续提升,提高了施工效率,保证施工准确性,减小施工风险。针对柔性大跨钢网壳下挠较大的问题,采用在结构下部张拉预应力筋的方法,极大地提高了网壳挠度控制精度。结构成型后与设计状态基本一致,验证了成型方法的有效性,可为大跨度网壳钢结构工程的应用提供参考。

燃煤机组耦合污泥发电对锅炉运行影响分析

为了研究燃煤机组掺烧污泥后对锅炉运行的影响,针对某电厂330 MW等级燃煤机组,以能量守恒定律为基础,通过热力校核计算分析了机组在330、280、180、80 MW电负荷时,分别掺烧含水率为82%、60%、35%和10%的污泥对锅炉热效率、燃煤量、排烟温度及减温水量等参数的影响。结果表明:在掺烧污泥的含水率一定时,对锅炉运行产生的影响随负荷降低而增大;而在锅炉负荷一定时,对锅炉运行产生的影响随污泥含水率的增大而增大;在80 MW电负荷下掺烧82%含水率污泥时影响最大,其锅炉热效率降低0.89个百分点;污泥掺烧对锅炉燃煤量的影响不定,在今后的工程评价与实践中应区别对待,具体核算。

钢-混凝土组合梁界面滑移剪切变形的双重效应分析

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略。根据最小势能原理和变分法,建立了同时考虑滑移效应和剪切变形双重作用的挠度滑移控制微分方程,分析了滑移引起挠度增大的原因,求得了集中荷载和均布荷载作用下的挠度和滑移的解析表达式。该方法物理意义明确,推导过程简单,计算结果与实测结果吻合良好。推导了不同荷载作用下的滑移效应附加弯矩,利用附加弯矩表达公式,可直接利用结构力学挠度计算公式计算滑移对挠度的影响。

刚度退化对高速铁路无砟轨道-桥梁结构体系受力性能的试验研究

考虑材料在循环荷载作用后导致的弹性模量下降引起的结构体系刚度的退化,建立了高速铁路无砟轨道-连续箱梁多层空间多尺度有限元模型,分析了荷载循环作用后仍在服役期内的结构在温度梯度和列车荷载作用下,结构体系受力性能的变化。分析结果表明:纵向位移、相对位移和系统各层受力在列车静载作用下不断增大;列车静荷载作用下,系统各层的纵向位移、相对位移和应力则不断增加;温度梯度作用下,系统各层纵向位移、相对位移和纵向应力均随结构刚度的退化不断减小;各层竖向位移均随结构刚度退化而增大,竖向应力则随刚度退化而不断减小;动力特性分析中,结构各层的竖向加速度、相对位移随刚度退化有增大趋势,各层竖向应力则呈减小趋势。结构刚度退化的前期,各层反应变化迅速,后期变化较平缓,结构各层的反应变化速率同时期几乎保持一致。

钢-混凝土组合梁的非线性杆系有限元分析

根据截面应符合平截面假定等基本假设提出了预应力钢 混凝土简支组合梁全过程工作中钢梁下翼缘应力达到0.2fsy、钢梁下翼缘初始屈服、钢梁腹板下翼缘0.3hw高度处屈服及构件正截面破坏这4个特征状态的弯矩、曲率计算公式。基于这些特征点,运用最小二乘法分析得到组合梁截面弯矩 曲率关系的解析表达式。此外,利用该解析表达式建立了组合梁的有限元分析模型,推导了组合梁的单元刚度矩阵,编制了相应的非线性全过程分析程序。该方法考虑了混凝土压碎、钢梁材料硬化对结构性能的影响,计算简单,易于在计算机上实现,计算结果与实测结果较吻合。

耳板式钢—混凝土组合桁架节点力学性能试验研究

钢—混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,是组合桁架结构受力的关键部位。以西平铁路桥梁钢—混凝土组合桁架节点为原型,设计制作了3个耳板式节点的1∶2缩尺模型,进行水平静力性能试验和有限元分析,研究钢—混凝土组合桁架节点的应变发展规律、极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线等力学性能。研究表明:耳板式钢—混凝土组合桁架节点极限承载力和刚度满足设计要求;PBL连接件具有较好的抗剪能力;节点的薄弱部位为弦杆核心区混凝土;节点的破坏模式主要有弦杆混凝土开裂破坏、腹杆屈曲破坏、腹杆与耳板连接处屈服等,因此提高混凝土强度和节点配筋率,增加腹杆厚度有助于提高整个节点的承载力。