波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁,以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验,分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化,通过有限元软件对节点进行模拟,并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明:试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区,节点核心区域未发生明显破坏,实现了塑性铰的外移;试件滞回曲线饱满,等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀,传力效果良好,节点核心区未屈服,梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变,节点工作性能良好,能有效传递弯矩以及剪力。

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复。

空心板梁桥桥面连续构造的受力特性试验

针对现有拉杆式桥面连续构造易发生开裂、渗水等病害,提出适用于空心板梁桥的拱型桥面连续构造形式,并用实桥荷载试验验证了抗开裂的有效性.通过理论计算和数值仿真,确定空心板梁桥拱型桥面连续构造的拱跨、矢高和分隔缝形式.在车辆荷载或负温度梯度作用下,梁端上翘不会引起拱型桥面连续上移,受拉连接钢筋使拱顶产生正弯矩,混凝土受压;在正温度梯度作用下,钢板分隔缝使桥面铺装压应力有效地传至桥面连续混凝土,抵消了拱顶负弯矩所产生的拉应力.试验结果表明,拱型桥面连续可以使拱顶混凝土达到受压状态,且压应力随荷载增大而增大,而拉杆式桥面连续混凝土始终为受拉状态,且拉应力随荷载增大而增大,无黏结钢筋与混凝土之间的滑移失效是拉杆式桥面连续混凝土受拉开裂的主要原因.

装配式预应力混凝土T梁极限承载力试验研究

通过对一片跨径20 m装配式预应力混凝土T梁的破坏性加载试验,详细探究预应力混凝土T梁由弹性阶段经过弹塑性阶段最后达到极限状态过程中的挠度、刚度以及跨中截面应变的变化,并对其中的现象和规律进行分析与总结,验证平截面假定在预应力混凝土T梁整个受力过程中的适用性并提出根据混凝土T梁中性轴位置和跨中截面极限应变推测梁承载力的简易方法。研究结果表明:大跨度装配式预应力混凝土T梁的力学性能、受力机理、弹塑性性能及极限承载力等基本受力特性,得到荷载与T梁的挠度、应力、中性轴等参数之间的相关关系,为预测T梁桥的极限承载能力提供理论依据。

内置约束拉杆横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能研究

为探究约束拉杆对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,采用有限元软件ABAQUS数值仿真模拟和轴压试验分析了内置横向拉杆的横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压性能,通过对比分析了内置横向拉杆的数量对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的荷载-轴向应变曲线、延性、屈服荷载以及核心混凝土约束效应的影响规律。研究表明,内置横向拉杆能够增强对核心混凝土的约束效应,提高横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压承载力和延性。

型钢混凝土柱的数值模拟分析

利用有限元分析软件ABAQUS对型钢混凝土(SRC)柱的受力性能进行了非线性数值分析,通过对比荷载—位移曲线发现,数值分析结果与试验结果吻合较好,表明有限元分析可以作为试验手段的有效补充,较好地模拟型钢混凝土柱的整个受力和变形过程。

型钢混凝土柱循环荷载下的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS建立两组钢骨混凝土柱与普通混凝土柱的对比分析模型,进行了单调加载与循环往复加载下的非线性有限元分析,分析结果发现,柱轴压力系数的变化对型钢混凝土柱的耗能有一定影响,计算结果对工程型钢混凝土柱的设计和应用有一定指导作用。

简支梁桥拱型桥面连续构造的受力性能

针对国内简支梁桥桥面连续混凝土开裂的现状,建立有限元模型分析桥面连续构造的破坏机理.分析结果表明:造成桥面连续混凝土开裂的主要原因是简支梁的纵向位移、转动及不均匀沉降引起的内力,直接作用于混凝土或通过纵向连接钢筋传递至混凝土,为了改变内力的传递方式,解决桥面连续混凝土的开裂问题,根据拱型结构拱脚受拉使拱顶产生正弯矩的受力特点,提出一种新型的拱型桥面连续装置.为了验证该装置的有效性,制作了拱型桥面连续和传统型桥面连续的模型并进行了设计荷载下的受力试验.试验对比结果及有限元计算表明:拱型桥面连续装置对混凝土的拉力有较好的分散作用,大大减小了桥面连续混凝土的纵桥向拉应力,有效地改善了桥面连续混凝土的开裂损伤.

高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱的抗震性能,设计了轴压比为0.8和1.0的两个试件进行低周往复荷载试验,得到了高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线和承载能力,计算出位移延性系数、刚度退化和累计耗能等抗震性能指标。研究结果表明:试件的破坏形态为弯剪破坏,剪切破坏发生在波纹侧板及核心混凝土,方钢管主要破坏特征为受压鼓曲和受拉断裂;试件的滞回曲线比较饱满,耗能性能良好,刚度退化稳定;随着轴压比的增大,试件的位移延性系数变小。总体来看,波纹侧板-方钢管混凝土柱在高轴压比下仍然能保持较好的抗震性能,可为后续的理论研究及实际工程应用提供依据。

横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴压受力机理研究

横肋波纹钢板-钢管混凝土柱(CFHCST)是由四角方钢管与侧壁波纹钢板焊接形成的多腔体与混凝土组合而成。为研究其受力机理及轴力分配规律,本文采用ABAQUS建立了CFHCST的分析模型,并基于得到的试验数据验证了该模型的准确性。在此基础上,从构件的荷载-纵向应变曲线、各钢材组分的应力-应变曲线发展规律及混凝土的纵向应力分布等多方面进行了分析,同时评价了不同参数对其承载力、延性及承载力提高系数的影响。研究结果表明:波纹钢板几乎不承担轴向荷载,构件承载力的大小主要由核心混凝土和方钢管混凝土决定;构件截面的强约束区主要集中在核心混凝土的截面核心处以及方钢管角部;波纹钢板表面受力不均匀,波峰与波中处钢材均表现为双向受拉,且波峰对混凝土的约束效果最好。在结合现有规范以及有限元参数分析结果的基础上,建立了CFHCST承载力计算公式。公式计算结果偏于安全,可为工程设计提供参考。

新型外包波纹钢板-混凝土组合梁负弯矩受力性能研究

基于课题组提出的新型外包波纹钢板-混凝土组合梁以及对其正弯矩受力性能的研究,以下翼缘钢板厚度为参数,进行了2根新型组合梁的静力加载试验,以研究其负弯矩受力性能。在试验研究的基础上,推导出新型外包波纹钢板-混凝土组合梁负弯矩区抗弯承载力计算公式,并用有限元对公式进行验证,计算值与试验和有限元值吻合良好,可供工程应用参考。

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。

横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压力学性能研究及承载力计算

为研究横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱的双向偏压力学性能,对两根横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱试件展开了双向偏压加载试验,探究了不同偏心距对试件在双向偏压荷载下的荷载-变形曲线、破坏模态和截面应变发展状况的影响,分析了波纹板与钢管、混凝土之间的相互作用机理。在试验基础上运用有限元模拟,分析了偏心距、加载角度、钢管厚度、波纹板厚度等多种参数对横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压荷载下承载力、延性、刚度等力学性能的影响规律,得出钢管厚度增大柱的极限承载力显著提高,加载角度对极限承载力影响不大等主要结论。最后,参考欧洲《EC4》规范钢混组合柱承载力的计算方法,提出了横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压承载力实用计算公式,以期为工程实践提供参考。

玻璃瓷粒轻骨料混凝土力学性能试验及配合比优化分析

为探究一种以玻璃瓷粒作为粗骨料的轻质混凝土材料的力学性能,通过正交试验对轻骨料混凝土进行了试验研究,分析了粗骨料类型、胶凝材料用量和水胶比等因素对混凝土力学性能的影响并进行了配合比优化。试验结果表明:玻璃瓷粒轻骨料混凝土的抗压强度和比强度均高于陶粒混凝土。其次,基于优化后的最佳配合比,测定玻璃瓷粒混凝土的坍落度、表观密度,并研究其抗压强度和抗拉强度。研究发现:玻璃瓷粒混凝土密度和力学性能均满足相关规范的要求,且抗压强度为陶粒混凝土的1.4倍。此研究可为玻璃瓷粒轻骨料混凝土的实际推广提供理论依据。

一种新型拼缝叠合楼板受力性能的有限元分析

针对钢筋桁架叠合楼板预制底板处外伸的弯起钢筋与其它预制构件的预留钢筋相互碰撞的所引发的楼板施工安全性问题,设计出一种具有新型拼缝形式的叠合楼板:将弯起钢筋较为集中的分布在预制底板拼接边的中部,而底板的两端不出筋,从而减少与其他结构预留钢筋的接触。本文利用ABAQUS有限元软件对此种新型拼缝叠合楼板进行仿真模拟试验,探究其不同位置的承载能力、底部混凝土应力应变变化、内置钢筋的受力性能等基本力学特性。结果表明:新型拼缝叠合楼板表现出较好的受力性能,且拼缝处的构造能够较好的保证预制底板间的传力。本文的研究内容为新型拼缝叠合楼板在工程实际中的应用提供了理论支持。

基于ABAQUS的粘钢加固混凝土梁的有限元分析

为深入探讨粘钢加固法对钢筋混凝土梁受力性能的因素,采用ABAQUS有限元软件对粘钢加固钢筋混凝土梁进行了非线性有限元数值模拟计算,通过建立8个分析模型,对比分析了加固钢板长度和钢板厚度对钢筋混凝土梁加固后的极限承载力和刚度的影响。结果表明:大于梁纯弯区长度的加固钢板能够显著提高加固后钢筋混凝土梁的极限承载能力,并有助于提升梁加固后的初始刚度及刚度退化率。在粘钢加固长度一定的情况下,适当增加钢板厚度,可以使加固后梁的极限承载力、刚度及其变化有所提升,为进一步探究粘钢加固钢筋混凝土梁的工程实践提供一定的参考。

粘钢加固法加固钢筋混凝土梁的数值模拟研究

为研究粘钢加固后钢筋混凝土梁的受力性能变化,采用ABAQUS有限元程序对钢板加固的矩形截面钢筋混凝土梁和未加固梁进行了非线性有限元数值模拟计算,计算结果表明:钢板加固后的钢筋混凝土梁截面符合平截面假定,且与未加固梁相比,具有更高的极限承载力和刚度。

外包钢加固钢筋混凝土柱的数值模拟研究

为研究外包钢板加固后钢筋混凝土柱的受力性能变化,采用ABAQUS有限元程序对外包钢板加固的矩形截面钢筋混凝土柱和未加固柱进行了非线性有限元数值模拟计算,并研究了不同钢板粘贴方式、钢板的间距等设计参数对加固效果的影响。计算结果表明:外包钢板加固后的钢筋混凝土柱的承载力和刚度有了明显提高,且钢板用量相同时,钢板宽度越小、间距越小的加固柱的承载力越高。

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。

混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁节点抗震性能研究

基于课题组研发的外包波纹钢板混凝土组合梁,提出了一种新型混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁连接节点形式,并进行了该类节点试件的低周往复荷载加载试验,对该类节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性与耗能、变形组成成分与变化规律进行了研究。结果表明:试件最终在梁端理想塑性铰区发生弯曲破坏,实现了塑性铰外移,滞回性能较好,具有良好的延性与耗能性能,梁塑性变形引起的层间位移达到68%。通过有限元软件对低周往复荷载作用下节点的受力性能进行模拟,结合试验结果验证了有限元模型的有效性,并建立混凝土柱-外包钢混凝土组合梁节点模型进行对比分析,进一步通过改变梁柱线刚度比探究节点的破坏模式,所得的梁柱线刚度比值可为工程设计提供参考。