钢结构课程“三维度衔接式”实践教学

结合创新应用型钢结构工程人才培养需求,创建钢结构课程“三维度衔接式”实践教学模式,形成稳定知识体系,达成知识输出能力,“虚实结合,校企合作”多路径实现实践教学效果。

高强型钢混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究圆截面Q460高强钢混凝土组合柱在小偏压作用下的受力性能,进行了两根组合柱的工程性试验,对其破坏过程及特征进行分析,结果表明,钢骨有效限制剪切斜裂缝的发展,组合柱发生弯曲破坏,表现出良好的延性;采用有限元方法分析钢骨应力分布与变化规律,结果表明,混凝土压溃失效引起钢骨应力重分布,加剧了钢骨部分承担轴力和弯矩;对型钢屈服强度、含钢率进行有限元参数分析,结果表明,采用高强钢可有效提高承载力,同时控制构件截面尺寸与自重;对计算SRC柱压弯承载力的两种主要方法进行了比较分析,提出等效矩形概念的简化计算,为圆截面SRC柱设计提供依据.

装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能研究

为进一步研究装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能,以装配式钢管柱-组合螺栓连接节点试件为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其进行了低周往复荷载作用下的抗震性能数值模拟分析。基于数据的整理和对比,分析节点试件的破坏模式、耗能能力、承载力、延性、刚度退化等力学性能。研究结果表明:由于对穿螺栓具有将钢梁上、下翼缘轴力直传至钢管柱对面的作用,在循环往复荷载作用下,钢管柱柱壁均出现"对称凹屈"现象,随后以梁端出现塑性铰丧失承载能力而破坏;节点承载力较高且耗能能力强,等效黏滞阻尼系数平均大于0.4;具有一定的塑性变形能力,延性系数均在3.0以上,表明该节点具有良好的抗震性能;节点的屈服和极限承载力会随着内套筒厚度的增加而显著增加,但同时也会降低节点延性、增大节点刚度退化程度;梁翼缘与外伸端板组件采用高强度螺栓连接会降低节点承载力和延性,增大耗能能力。研究成果将为装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的研发和相关工程应用提供参考。

圆截面Q460高强钢SRC柱轴心受压力学性能研究

为研究圆截面Q460高强钢-混凝土组合柱(SRC柱)在轴心受压作用下的承载力性能以及现有理论计算方法的适用性,对2根实际工程构件缩尺模型进行轴心加载试验,研究SRC柱的破坏方式、裂缝发展及承载力,并通过有限元分析研究了SRC柱加载过程中混凝土部分和钢骨部分的应力变化。对型钢屈服强度、翼缘厚度、腹板厚度以及箍筋间距的变化对SRC柱承载力影响进行有限元参数分析。结果表明:内置钢骨能够有效分担轴力,同时提高组合柱的承载力和延性。对中、欧、美规范理论计算的承载力的比较结果表明,由于未考虑箍筋对混凝土的约束作用,理论值相比有限元结果偏小。根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》对混凝土强度增大系数的规定,将其计算方法与JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》中方法结合来计算轴压承载力,计算值误差控制在10%以内,更适用于高性能钢和高含钢量SRC柱轴心受压设计。

高强型钢混凝土柱抗震性能影响因素研究

通过对已完成试验的7根型钢混凝土柱在低周反复荷载下的受力性能模拟分析,验证OpenSees非线性有限元软件能够对高强钢混凝土柱截面的抗震性能进行分析。采用OpenSees软件建立了考虑型钢和箍筋对混凝土约束作用的有限元分析模型,以剪跨比、轴压比、配箍率和含钢率为参数,对21个高强型钢混凝土压弯滞回试件进行抗震性能影响因素参数分析。结果表明,大剪跨比、低轴压比、高配箍率及高含钢率的高强钢SRC柱试件滞回环更趋于较为饱满的梭形,试件极限变形能力更强:随着剪跨比的提高,试件极限承载力显著下降,延性性能先大幅提高再逐渐降低;随着轴压比的增大,试件极限承载力小幅下降,而延性性能下降显著;随着配箍率和含钢率的提高,试件的极限承载力和延性性能均有所提高,且变化幅度均较小。

过焊孔衬板对梁柱节点断裂性能影响的试验研究和力学性能分析

为研究过焊孔衬板连接焊缝对梁柱连接节点断裂性能的影响,设计了3个栓焊混合连接边柱节点试件进行低周往复加载试验,研究试件的断裂特性及极限承载能力,建立三维有限元计算模型,以Ⅰ型裂纹尖端应力强度因子KⅠ和J积分作为评价指标,对比分析了过焊孔衬板连接焊缝对节点断裂性能的影响。研究结果表明:过焊孔衬板带双边焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了29%、31%和23%;过焊孔衬板带四边围焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了70%、47%和33%。过焊孔衬板采用双边焊和四边围焊可以改善对接焊缝处的应力状态,将应力峰值外移至梁翼缘母材处,减缓对接焊缝的开裂;采用四边围焊对防止对接焊缝端部发生脆性开裂的效果更为明显,可显著降低缺陷尖端处的I型应力强度因子KⅠ值及JⅠ值。

Q460高强型钢-混凝土组合柱抗震性能试验研究

Q460钢是能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》屈强比和延伸率要求的高强度建筑结构用钢,对Q460高强型钢-混凝土组合短柱抗震性能进行试验研究,通过2根Q460高强型钢-混凝土柱1∶3缩尺模型的滞回性能试验,对Q460高强型钢-混凝土柱的承载力、刚度、延性和耗能性能等抗震性能指标进行研究。结果表明,Q460高强型钢-混凝土组合短柱在试验中表现出优良的抗震性能,试件层间弹性位移角和弹塑性位移角平均值分别为1/87、1/25,优于GB 50011—2010对于多高层钢结构在多遇和罕遇地震下的要求。

考虑应变时效影响的Q460C高强钢力学性能试验研究

为深入研究应变时效对Q460C高强钢基本力学性能影响,建立考虑应变时效影响Q460C高强钢应力-应变本构关系曲线,对经应变时效影响的Q460C高强钢进行了试验研究,分析了Q460C高强钢经应变时效后基本力学性能指标,采用修正Ramberg-Osgood模型对试验结果进行拟合。结果表明:Q460C钢经预应变后具有显著的应变硬化现象,屈服强度得到大幅提高,极限应变和断裂应变显著降低,屈强比接近1.0,结构发生脆性断裂的可能性增加;Q460C钢经时效后产生时效硬化现象,试件在各时效之间应力-应变曲线差别较小,经时效硬化后钢材的硬化程度低于应变硬化;采用修正的Ramberg-Osgood模型能够较为准确地拟合经预应变及时效影响后高强钢的应力-应变曲线,拟合结果与试验结果具有较好的一致性;研究内容可为相关工程应用和理论分析提供参考。

应变时效对Q345钢力学性能影响研究

针对Q345钢和对接焊缝试件开展了应变时效试验研究,分析了应变时效对钢材及焊缝力学性能的影响,采用Ramberg-Osgood模型对应变时效试件应力-应变曲线进行拟合。研究结果表明:预应变为12. 5%、时效为7 d标准试件的抗拉强度提高10%,断裂应变降低33%,增大了结构发生脆性破坏的可能性。应变时效提高了对接焊缝试件强度,降低了塑性和韧性。预应变为20%时,对接焊缝试件的断裂应变下降可达50%,应变时效后对接焊缝试件的变形能力显著降低,更易发生脆性破坏。采用Ramberg-Osgood模型可以较为准确地拟合应变时效后的应力-应变曲线,与试验结果吻合较好,适用于不同应变时效处理后的应力-应变曲线。其中,预应变和时效增加均能引起特征指数n增大,预应变对特征指数n的影响更显著。与时效影响相比,预应变对Q345钢和对接焊缝试件力学性能的影响更加显著。

高强钢-混凝土新型组合扁梁受力性能有限元分析

采用ABAQUS对一高强钢-混凝土新型组合扁梁的受力性能与传统组合扁梁进行对比,分析钢材强度对新型组合扁梁受力性能的影响。结果表明:与传统组合扁梁相比,新型组合扁梁受力性能更为优越,在截面高度和用钢量相同的条件下,新型组合扁梁承载力提高约9.7%,刚度提高约0.88%;钢材强度对新型组合扁梁承载力影响较大,对刚度影响较小。

高性能钢应用对钢-混凝土组合柱抗震性能影响

为研究高性能钢的应用对钢-混凝土组合柱抗震性能的影响,以实际工程构件的缩尺构件抗震性能试验结果为依据,建立Open SEES有限元分析模型。以型钢屈服强度、剪跨比、轴压比为研究参数,进行26个型钢混凝土压弯滞回构件有限元影响因素参数分析。结果表明:普通钢、高强钢SRC柱抗震性能变化趋势较为一致:剪跨比增大时,SRC柱承载力下降,延性性能先提高后降低;轴压比增加时,SRC柱承载力变化较小,延性性能显著降低;随着型钢屈服强度的提高,SRC柱极限承载力提高,但延性性能有下降趋势;为满足构件抗震性能,高强钢SRC柱剪跨比和轴压力限值应低于普通钢SRC柱。