基于应用型人才培养目标的钢结构课程教学改革与实践

钢结构系列课程是土木工程专业的核心专业基础课,在人才培养方面具有突出的作用。文章立足土木工程应用型人才培养目标,结合钢结构系列课程自身的特点,给出了多元化的课程教学改革措施。教学改革实践表明,多元化课程教学改革措施,有效解决了钢结构系列课程在传统教学过程中客观存在的问题,锻炼了学生的工程实践能力,提高了课程的教学质量,并取得了显著的教学成果。多元化课程教学改革方案可以为相关课程的教学改革提供借鉴。

专业课程目标对毕业要求的支撑与评价浅析——以“钢结构设计原理”课程为例

专业毕业要求的有效达成评价取决于课程目标与毕业要求观测点的可靠关联支撑,是实现OBE教育理念的关键。只有制定合理的课程目标、可行的评价方法,才能得到可靠的评价结果。本文从课程目标与毕业要求观测点的支撑关系、课程目标设定以及考核评价方法等方面,结合钢结构设计原理课程教学实践,进行了相关探讨,给出了的课程目标制定思路,并对不同课程目标内容的课程教学与评价设计进行了说明。教学实践表明,本课程教学方案和达成评价方法促进了课程教学质量提高,实现了课程教学的持续改进。

水平单调加载下新型组合式螺旋锚复合地基基本力学性能

为解决普通螺旋锚复合地基(普通锚地基)的水平承载力和刚度相对较弱问题,提出了一种新型大小螺旋锚组合式复合地基(组合锚地基),并研究其在水平单调递增荷载作用下的破坏形式和承载能力及刚度,以明确其基本力学性能和主要影响因素。首先,对一组典型的组合锚地基进行现场水平循环加载试验,并将试验结果用于验证有限元模型的有效性;然后,论述了普通锚地基水平承载能力及主要影响因素;最后,利用有限元分析方法分别对组合锚地基和普通锚地基进行了不同工况下的水平单调加载全过程分析。结果表明:在达到承载力极限状态时,底部锚盘上部土体率先发生局部剪切破坏,此时的锚盘和锚杆材料均处于弹性状态;与普通锚地基相比,新型组合锚地基的水平静力性能有了显著的改善,其水平承载力提高了约2倍,初始水平抗剪刚度提高了约4倍。组合锚地基具有良好的抗推剪性能,应用前景广泛。

高强钢筋高强混凝土剪力墙抗震性能试验

目的研究高强混凝土剪力墙的抗震性能、破坏形式和机理.方法通过在剪力墙中配置高强钢筋,利用高强钢筋高强度、低松弛、强握裹力以及良好塑性性能等特点,增强对高强混凝土的约束,提高高强混凝土剪力墙的承载和变形能力.通过5片高强混凝土剪力墙试件的拟静力试验,研究不同的混凝土强度、轴压比和剪跨比等参数对其抗震性能的影响.将1280MPa预应力钢棒作为箍筋和纵筋配置在剪力墙的边部约束构件(暗柱)以及墙体的分布钢筋中.通过对比研究配置高强钢筋对高强混凝土剪力墙抗震性能的提高效果.结果明确了高强混凝土剪力墙的不同破坏形态和过程,得出了影响高强混凝土剪力墙抗震性能的主要因素和影响规律.位移延性系数可达3.9,满足结构抗震要求.结论试验结果证明在高强混凝土中合理适当地配置高强钢筋,可增强其变形能力.

高强度螺旋箍筋约束下的高强混凝土圆柱延性分析

目的研究高强度螺旋箍筋约束下的高强混凝土圆柱的延性性能与其影响参数之间的关系.方法利用“截面条带法”,编制了配有高强钢筋的高强混凝土圆柱延性性能的非线性分析程序,对影响其延性的主要参数———轴压比、体积配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率等参数的影响规律进行数值分析,揭示该类构件的位移延性系数与其影响参数之间的关系.结果通过大量的数值计算,得到了高强度螺旋箍筋约束下高强混凝土柱的位移延性系数同轴压比、体积配箍率、箍筋强度和纵向钢筋配筋率之间的关系曲线.结论数值计算表明高强混凝土圆柱的延性性能随轴压比的减小、箍筋强度的提高、体积配箍率的加大而增大;部分配置高强度纵向钢筋可明显改善高强混凝土柱的延性;通过对数值计算结果的回归分析并结合试验结果提出了配有高强钢筋的高强混凝土柱的位移延性经验计算公式.

高强钢筋约束混凝土矩形柱的抗震性能试验研究

目的研究通过配置高强度等级横向钢筋,增强高强混凝土矩形柱的承载能力和变形性能.方法通过6根配有1420级预应力钢棒(简称PC钢棒)作高强钢筋,混凝土强度等级分别为C60和C90的高强混凝土柱在低周反复荷载下的模型试验,研究了轴压比、箍筋(包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类)、纵筋和混凝土强度等级等参数对其抗震性能的影响.结果明确了其破坏机理和强度及变形的主要影响参数.在试验的基础上,提出了配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验公式,计算得出的试件位移延性比的计算值与实测值吻合较好.结论在高强混凝土柱中配置高强度箍筋和部分配置高强度纵筋,并保证一定的构造措施,可有效提高柱的延性,增强抗震能力.

装配式混凝土框架剪力墙结构低周往复加载分析

目的研究装配式混凝土框架-剪力墙结构的整体受力性能,为其工程设计提供数据参考.方法以一榀三层三跨混凝土框架-剪力墙为计算模型,采用通用有限元软件ABAQUS分别对装配式结构和现浇结构进行低周往复加载计算.结果装配式结构的承载力要低于现浇结构,刚度退化过程中装配式结构的侧向刚度小于现浇结构,装配式结构加载后期耗能要小于现浇结构,但装配式结构的延性要优于现浇结构.结论装配式结构的破坏模式与现浇结构有一定区别,设计时应在薄弱部位采取相应的构造措施予以保证.

利用CFRP加固钢吊车梁弯曲疲劳性能试验研究

目的对利用碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢吊车梁的弯曲疲劳性能进行试验研究,以考察贴有CFRP钢吊车梁疲劳寿命的提高情况.方法采用简支梁模型疲劳试验方法,在吊车梁模型的下翼缘外侧分别粘贴一层和两层碳纤维布加固,并进行弯曲疲劳试验.在不同CFRP层数和循环荷载等情况下,观察其疲劳性能的变化,通过回归分析方法,确定了N-S曲线中的系数.结果在一定的条件下,利用CFRP加固钢吊车梁后可以明显提高钢吊车梁的疲劳寿命.当粘贴一层时,吊车梁的疲劳寿命大约提高9%-17%;当粘贴二层时,吊车梁的疲劳寿命大约提高20%-30%.结论利用CFRP加固的方法可以提高吊车钢梁的抗疲劳性能.同时利用试验确定S-N曲线的系数,并可以利用该曲线估算吊车梁的疲劳寿命.

高强钢筋高强混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究

目的研究通过在高强混凝土框架梁柱节点中配置高强度钢筋来提高其抗震能力.方法通过6个缩尺模型的框架节点在低周反复荷载下的试验,研究混凝土强度等级、轴压比、配箍率及箍筋强度等因素对高强混凝土框架节点抗震性能的影响,重点研究了高强箍筋的抗剪作用.结果明确了配有高强度钢筋的高强混土框架节点的破坏机理.试验表明混凝土强度、节点核芯区配箍率、轴压比等因素对节点抗震性能有重要的影响.结论在框架梁柱节点内配置一定数量的高强钢筋不仅可以提高节点的承载力,而且可以明显改善节点的延性性能:框架梁柱节点在反复荷载下的位移延性比超过3.0,实测功比指数最小值为27.24,说明配置高强钢筋的框架梁柱节点破坏时具有良好的吸收和耗散地震能量的能力,能够满足结构抗震要求.

方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点抗震性能试验

目的研究不同参数下的隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点的抗震性能.方法对2组共6个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁足尺节点试件进行低周往复荷载试验,并且完成节点的非线性有限元分析,明确各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行分析.结果隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,同时从强度和刚度退化曲线中可以观察到退化现象,并且满足"强柱弱梁,强节点,弱杆件"的设计原则.结论改变贯穿隔板的厚度对节点的抗震性能、延性性能以及刚度和强度退化影响不是很明显,但是随着隔板厚度的增加节点的抗震性能逐渐增强;改变贯穿隔板的外伸长度对节点的抗震性能有一定的影响.

高强钢筋高强混凝土框架梁柱节点非线性有限元分析

目的研究在高强混凝土框架梁柱节点中配置高强纵筋和高强箍筋,增强对高强混凝土的约束,以此来提高节点的承载能力和变形性能.方法利用有限元软件建立框架节点模型,通过改变轴压比、配箍率、钢筋强度等参数对节点进行一次单调加载情况下的非线性数值分析,得出不同参数下的荷载-位移曲线.并将数值分析结果与试验结果进行比较.结果明确了节点承载能力和变形性能随各参数变化的规律,并对该类结构轴压比限值及箍筋间距给出合理建议.结论在框架梁柱节点内合理配置一定数量的高强钢筋不仅可以提高其承载能力而且可以改善其变形性能.

圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究

目的研究圆截面高强混凝土柱的抗震性能和破坏机理,以提高建筑结构的抗震性能.方法通过6根配有强度等级为1 420 MPa的预应力钢棒作箍筋及纵筋、混凝土强度等级分别为C90和C60的高强混凝土圆截面柱,在低周反复荷载下的模型试验,研究了轴压比、箍筋(包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类)、纵筋和混凝土强度等级等参数对抗震性能的影响.结果试验明确了C90和C60高强混凝土圆截面柱的破坏机理.通过对配置的PC钢棒作箍筋和部分作纵向受力筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验计算公式的计算,并与实测值相比较,二者吻合良好.结论试验证明,配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋可明显改善高强混凝土圆截面柱的延性性能和抗震能力.

填充墙对钢框架体系受力影响分析

目的研究不同材料填充墙以及填充墙厚度和填充率对高层钢结构自振周期的影响,找出较合理的高层钢结构填充墙布置方式.方法以实际工程为背景,利用Midas-Gen有限元分析软件建立带有砌体填充墙的高层钢结构住宅整楼模型,模拟在实际的受力过程中,砌体填充墙与钢框架之间的共同作用,考虑各类砌体填充墙对钢框架的抗侧力贡献.结果得到了不同材料填充墙的高层钢结构的自振周期,厚度为100 mm填充墙框架与纯框架周期比平均值为0.52,厚度为200 mm填充墙框架与纯框架周期比平均值为0.47;找到了影响填充墙高层钢框架结构刚度的影响因素,并通过数值分析得到相关影响规律.结论对于高层钢框架结构通过合理的填充墙布置可以有效增加结构的侧移刚度,在满足变形要求的前提下提高高层钢结构房屋的舒适度.

翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点受力性能试验

目的试验研究翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点的受力性能,考查翼缘削弱程度以及削弱方式对其受力性能影响.方法在钢筋混凝土梁端翼缘内预埋刚度调节盒,使得梁端塑性铰外移,通过制造6个翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点模型试件,并对试件进行拟静力试验,研究该类型节点的破坏机理;通过改变梁端翼缘内预埋刚度调节盒的数量和方式等参数,考察该类型节点破坏的主要影响因素.结果梁翼缘预埋刚度调节盒对框架梁刚度的调节明显;梁端塑性铰出现在刚度调节盒所处位置,可实现塑性铰外移;试验测得节点的位移延性系数均不小于5.3,抗震性能较好.结论翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点可明显改善普通梁柱节点的抗震性能,通过在梁柱节点翼缘处设置适当数量的刚度调节盒,可更易实现"强柱弱梁"的抗震设防目标.

低周反复荷载作用下空心砖夹心墙体试验

通过 3片不同拉接筋间距的空心砖复合夹心墙及 1片空心砖实体墙的低周期反复荷载试验 ,研究夹心墙体的破坏形态、抗震性能及变形能力 .分析表明 ,空腔墙体极限承载力低于相同构造的实心墙体 ;

利用CFRP加固吊车钢梁抗疲劳性能的有限元分析

目的对利用碳纤维增强塑料(CFRP)加固吊车钢梁的抗疲劳性能进行数值分析和评估疲劳寿命.方法采用有限元分析(FEM)与实验验证相结合的方法.利用"实体-膜"模型,详细研究采用CFRP加固吊车钢梁前后,以及在采用不同CFRP粘贴层数情况下,其疲劳性能产生的变化;通过FEM分析与实验结果之间的比较,对其抗疲劳性能及剩余寿命进行评估.结果吊车钢梁粘贴CFRP材料可以提高其疲劳性能;吊车钢梁的疲劳性能提高幅度与CFRP材料的厚度、弹性模量以及粘贴的层数等因素有关,吊车梁的疲劳寿命随加固CFRP层数的增加而增大.FEM分析结果与实验结果相吻合.结论利用有限元方法可以有效分析利用CFRP加固的吊车钢梁的抗疲劳性能.

高强混凝土柱滞回性能数值分析

目的通过在高强混凝土柱中配置强度超过1000 MPa的纵向和横向高强钢筋的方法,改善柱的滞回性能,以提高其抗震能力.方法为定量研究配有高强钢筋的高强混凝土柱的滞回性能,利用“条带法”,在平截面假定的条件下,编制了非线性分析程序,该程序考虑了钢筋和混凝土应力应变关系的全过程,P-Δ效应,核芯混凝土的约束强化作用,保护层剥落影响及塑性铰影响等因素;利用该程序进行了柱在低周反复荷载作用下的强度和变形分析,绘出了P-Δ滞回曲线;将计算的结果与试验结果进行了比较研究.结果数值分析和试验结果之间的差异在合理范围之内;轴压比对高强钢筋高强混凝土柱的滞回性能影响较大.结论利用所提出构造处理方法可以明显提高柱子的延性;采用数值分析的方法,可以计算出配有高强钢筋的高强混凝土柱子的延性,为抗震设计提供了一种便捷的方法.

钢-砼组合梁负弯矩区抗弯承载力的计算建议

钢-混凝土组合梁具有一系列的优点,在工程实践中的应用也日益广泛,因此,关于此类构件抗弯承载力的设计方法就显得尤为重要.笔者分析了传统设计方法和规程设计方法,发现对于承受负弯矩的钢-混凝土组合梁,当截面塑性中和轴位于钢梁上翼缘时,传统方法过于保守,规程方法的个别计算式不正确;应用等效应力法提出了新的计算建议,以算例对3种方法进行了对比,并通过试验研究加以验证,结果表明,本文的计算建议最能反映实际情况,能够保证计算的合理性.

高强混凝土剪力墙非线性有限元分析

为适应高强材料在土木工程结构中的应用发展需要,本文研究高强混凝土剪力墙在不同参数影响下的受力状态、应力分布以及承载力的变化规律,为高强混凝土剪力墙设计提出合理建议。利用有限元分析软件对高强混凝土剪力墙进行模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比。在确定数值分析结果的正确性后,进行不同轴压比、剪跨比及不同配筋条件下该类构件数值模拟分析,以研究各参数对高强混凝土剪力墙延性的影响。明确各参数对高强混凝土剪力墙受力性能的影响效果,得出高强混凝土剪力墙承载力随各参数变化的规律。

一端固定另一端简支钢梁在均布荷载作用下整体稳定计算的研究

目的编制工程设计应用的一端固定另一端简支热轧普通工字钢梁在均布荷载作用下的稳定系数φb表.方法进一步验证文献[1]提出的一端固定另一端简支钢梁在均布荷载作用下临界荷载计算式的适用范围,采用此计算式计算φb的数值并进行归并.结果验证表明,上述临界荷载计算式适合于用来计算均布荷载作用下一端固定另一端简支的各种跨度的双轴对称工字形等截面钢梁的临界荷载,取qk4作为这种梁整体稳定承载力的依据满足工程设计的精度要求.编制了热轧普通工字钢梁的整体稳定系数φb表,阐述了表中φb的应用方法.结论编制的热轧普通工字钢梁的整体稳定系数φb表具有足够的精度,可供工程设计参考.