两边连接木盖板屈曲约束钢板剪力墙抗侧力性能试验研究

从环保角度提出一种钢木组合形式的两边连接防屈曲钢板剪力墙。基于已有的研究成果,设计两个试件,一个是没有木盖板约束的钢板剪力墙,另一个是覆盖木板作为钢板面外屈曲约束的钢板剪力墙。对试件采用位移控制加载方式进行拟静力试验,得到试件的滞回曲线。根据试验结果,分析了试件的骨架曲线、刚度退化和耗能能力。试验结果表明,木盖板抑制钢板屈曲效果较好,能够有效减小鼓曲声音;与无木盖板试件相比,有木盖板试件具有更高的承载力和更强的耗能能力。在试件破坏后,对试件进行拆卸,发现钢板腹部木盖板覆盖区域能够保持平整,拆卸后的木盖板在加载后也能保持完整。采用软件ABAQUS进行有限元分析,模拟结果和试验结果吻合,验证了模型的可行性。

2022年北京冬奥会国家雪车雪橇中心遮阳棚结构体系设计研究

国家雪车雪橇中心是中国首次设计建造的雪车雪橇项目场馆,是2022年北京冬奥会设计难度最高、施工难度最大的项目之一,是世界上首个设置于山体南坡的雪车雪橇场馆。国家雪车雪橇中心由遮阳棚、赛道、基础三部分组成,遮阳棚为整个赛道的遮阳系统,也是一个主要设计亮点。为解决山体南坡太阳辐射的问题,实现建筑外观、功能与结构的有机统一,首次采用了新型大悬挑钢木组合遮阳棚结构。对该新型结构体系的选型、构造、受力机理及设计流程进行了研究,并通过整体数值分析及局部精细有限元分析,探究了该新型结构在不同设计工况下的受力响应,并验证了该新型结构体系的可行性。

结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究

为了研究螺栓连接及结构胶+螺栓复合连接方式下型钢-胶合木组合梁的受力性能,通过建立有限元三维实体模型进行参数化分析,改变螺栓间距、设置加劲肋及翼缘连接方式等参数,研究其对组合梁刚度、承载力和变形能力的影响规律和破坏机制。结果表明:钢-胶合木组合梁的破坏特征主要包括端部界面脱胶翘起、螺栓剪切及翼缘木材螺孔塑性变形和钢板局部屈曲;在组合梁上下翼缘外表面受拉压应力集中现象较为明显,施加荷载过程中,螺栓孔洞处会改变临近钢材和木材应力应变传递和分布路径,且容易首先发生屈服破坏;结构胶+螺栓复合连接可以有效增强组合梁的整体刚度,屈服荷载增幅为30.65%,可充分发挥翼缘承载能力。

基于安全目标的钢、木梁挠度限值

在既有结构可靠性评定和结构健康监测中,梁挠度既是构件正常使用性能的直接体现,也能反映构件的安全状况。以构件安全性控制为目标,证明梁挠跨比与最大拉应变和挠跨比综合系数成正比,并用钢、木梁受弯性能试验文献中的数据对挠跨比综合系数进行了验证。混凝土楼板与钢梁的协同作用使其挠跨比受截面高度增大、截面中和轴高度变化、混凝土翼板与钢梁之间滑移及负弯矩区刚度变化的影响,综合影响系数为0.64~0.83。木楼板与木梁的协同作用对挠跨比的影响不大,但木材蠕变引起木梁长期挠度显著增长。建立了基于最大拉应变限值的梁挠度分级控制方法。与现行标准中的挠度限值进行了比较,结果表明:建议的挠度限值具有明确的安全性控制目标,并根据梁的具体受力特征变化而有显著不同,比现行标准的限值范围更宽、适应性更强且更精确,可供既有结构可靠性鉴定和结构健康监测参考。

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。

第十三届中国(徐州)国际园林博览会综合馆暨自然馆钢木混合体系的工程应用

第十三届中国(徐州)国际园林博览会综合馆暨自然馆是一座独具特色展览建筑。通过介绍大跨钢木混合结构体系、钢木组合节点以及钢木结构防火防腐技术在项目中的应用,为大跨空间设计提供创新解决方案。

正交胶合木环型耗能节点设计与抗剪试验研究

连接节点对正交胶合木墙体抗侧力机制的发挥、延性及耗能起着至关重要的作用。本文提出一种由U型阻尼器拼装而成的环形节点,连接正交胶合木墙体与基础钢梁,使墙体的损伤集中于耗能元件,实现地震作用下耗散能量,保护正交胶合木墙体,同时,实现承载力可预测且损坏后可更换。通过低周往复抗剪试验,研究了7个不同形状及厚度的环形耗能节点的受剪性能,并对其滞回曲线、破坏特征、承载力、刚度退化及耗能能力等进行研究,对比不同收腰程度与钢板厚度对抗剪性能的影响;结合Eurocode 5等标准理论,计算正交胶合木锚固端钢板螺钉连接的抗剪承载力,推导环形耗能节点的主要力学性能指标计算公式;并基于有限元Abaqus软件,开展耗能节点往复受剪数值模拟。结果表明:以试验研究为基础,提出的正交胶合木锚固端抗剪承载力计算公式、环形Q235阻尼器力学指标计算公式及开展的有限元分析,为正交胶合木耗能节点设计提供依据;除厚度为8 mm、收腰宽度为86 mm的试件以外,其余节点试件实现了对木材的损伤集中到耗能元件上;所建立的环形阻尼器的力学性能指标计算公式,可以较为准确地预测节点的屈服力、初始刚度与屈服位移;有限元模型可以较好地模拟耗能节点的抗剪行为;通过分析给出了厚度为8 mm、收腰宽度为55 mm的试件为抗剪方向承载力及耗能能力两方面最佳的耗能连接。研究成果为正交胶合木结构在抗震区工程中的应用提供技术支撑。

预应力钢-竹组合梁受弯挠度计算方法与试验研究

为分析预应力钢-竹组合梁的受弯挠度,以加载方式、张弦位置、预应力度为变量,对12根组合梁试件进行了设计与试验研究。在此基础上,假定梁变形分布符合正弦半波曲线,并考虑梁加载过程中几何关系变化与预应力反拱的影响,采用弹性理论建立了组合梁中预应力筋应力增量的计算方法,推导得出一点或两点加载、一点或两点张弦时,组合梁受弯挠度计算的统一公式。试验与理论计算结果的对比表明:该文提出的挠度计算方法可较好的预测组合梁在正常使用阶段的挠度;随着预应力度的增加,组合梁的等效抗弯刚度不断提高,且两点张弦时可获得更高的等效抗弯刚度。此外,对于初始预应力为零的试件,需采用可靠预紧措施,以保证体外预应力筋能够有效发挥作用。

钢-LVL组合工字形梁受剪性能研究

将单板层积材(LVL)和冷弯薄壁型钢通过结构胶复合形成工字形截面的组合梁,以组合梁的剪跨比、腹板和翼缘LVL厚度为参数,对9根钢-LVL组合工字形梁进行受剪性能试验,观察其在不同荷载作用下的破坏现象、破坏形态、应力变化及挠度的发展,对受剪承载力的影响因素进行分析,并提出组合梁的跨中挠度及受剪承载力的计算方法.试验结果表明,钢-LVL组合工字形梁的整体工作性能较好,组合效应显著,其受剪承载力与剪跨比、腹板厚度及翼缘厚度有关.当剪跨比小于2.5时,试件表现为明显的剪压破坏,腹板厚度、翼缘厚度的增加以及剪跨比的减小,可以有效地提高其极限受剪承载力.提出了组合梁的跨中挠度和受剪承载力计算模型,与试验结果吻合良好,实测挠度与计算挠度误差在8%以内,受剪承载力试验值与计算值平均误差不超过10%.

珠海十字门国际会展中心二期双层大跨结构设计

针对会展中心双层大跨重载的特点,采用了刚度大、净空大、现场焊接量少、舒适度更好的钢箱梁方案。为避免腹板壁厚过大,创新性的采用了加劲薄腹板钢箱梁,提出“翼缘屈服先于腹板、腹板屈服先于屈曲”的延性破坏模式,并用有限元和足尺试验验证其可行性。考虑大跨梁轴力、大跨钢牛腿向下偏移等影响,确定了大跨梁、钢支座、钢牛腿、落地支承柱等关键构件的设计方法和内力。利用大跨钢箱梁刚度大、整体性好、现场焊接量少的优势,施工单位创新性的将轻钢屋面系统、主结构系统、机电管线系统全部在地面拼装集成好,然后再一并整体提升,为大跨项目装配式提供了新思路。通过概念设计与分析计算相结合的方法,使结构各项指标及构件内力均控制在合理范围内,结构抗震性能良好。

效率何为?——抗战大后方建筑设计化用传统木构之思

效率作为建筑实践最重要的议题之一,长期被建筑历史与理论研究者忽视。与此相应,抗战大后方建筑长期未受学界足够重视。战时建筑讲求多快好省,是研究建筑效率问题的绝佳样本。文章以效率问题为切入点,研究抗战大后方建筑,基于档案查阅和田野调查所获一手史料,梳理抗战大后方化用传统木构的诸多案例,包含不同类型的42款屋架,归纳其技术类型和特征;重点研究位于重庆的三个项目,运用结构力学方法分析其技术特征,以实践逻辑剖析设计者在空间效率、结构效率、材料与构造效率之间的复杂权衡,初步建立起建筑效率理论框架,揭示抗战时期中国建筑的“效率转向”,并指出其当代意义——关注建筑效率的设计思维在任何时代都不会无足轻重。

钢木结构连廊纠偏加固施工技术分析

目前连廊天桥采用钢木结构形式较多,但在实际使用中由于结构材料线膨胀系数不同,在温度作用下出现变形协调,导致连接处位移不一致常发生立柱倾斜开裂。对钢木结构倾斜现状进行纠偏、复位,并加强木连廊柱脚和梁柱节点(榫卯处)的强度。纠偏加固后,立柱垂直度均在1cm以内,满足立柱倾斜度要求。柱脚加固后,与钢结构有效地可靠连接。根据木结构施工规范,木构架恢复原位,木柱垂直度符合要求,木廊亭构件间隙均匀,修缮部分妥善解决了钢木组合结构在温度作用下的变形协调性。

轻型钢木混合楼盖水平荷载转移性能

通过水平集中荷载作用下一层两跨的钢木混合结构拟静力试验,研究轻型钢木混合楼盖弹性状态下平面内刚度及其对水平荷载的分配.为了量化楼盖平面内刚度对水平荷载分配的影响,定义了楼盖水平荷载转移能力系数β,探讨了楼盖平面内刚度与竖向抗侧力构件抗侧刚度比值α与β的关系,并根据α及β数值大小定义刚性楼盖.试验结果表明,轻型钢木混合楼盖在仅铺设SPF（云杉-松木-冷杉）规格材面板且竖向抗侧力构件仅为钢框架时,α在0.5～1.0之间,β为64.0％左右,楼盖已能较好地分配水平荷载;铺设水泥砂浆面层后,α增至3.0以上,β增至90.0％左右,结构有很强的空间协同作用,楼盖为刚性楼盖;当竖向钢框架间加上轻型木剪力墙后,α下降至1.0～2.0之间,β下降至78.0％左右,楼盖不再为刚性.

钢-竹组合结构体系设计方法

为了充分利用中国的竹资源优势,促进绿色建筑结构体系的建立和推广,提出了一种全新的轻型、低排、节能建筑组合结构体系——钢-竹组合结构体系,包括压型钢板-竹胶板组合墙承重的箱式结构受力体系和钢-竹组合梁柱结构构件受力体系;给出了钢-竹组合结构体系各个构件的制作方法和截面构造要求,指出了在钢-竹组合结构体系设计时应注意的各构件连接部位的构造要求及其现场施工安装方法。所得结论可为钢-竹组合结构体系在设计和安装过程中提供技术借鉴和参考。

钢-竹组合工字形梁界面滑移及变形分析

基于初等梁变形理论和界面滑移与应变差关系,建立了钢-竹组合工字形梁界面相对滑移微分方程,推导出3种常见荷载作用下的组合梁钢-竹界面滑移和应变差解析解,在此基础上依据虚功原理提出了界面滑移引起的跨中附加挠度理论计算公式,从而形成了钢-竹组合工字形梁考虑滑移效应的跨中挠度计算方法,进一步通过6根梁的模型试验,探讨了界面应变差、界面滑移分布以及组合梁变形,并与试验结果进行了比较。理论分析和试验研究结果表明:钢-竹界面应变差的理论计算值与试验结果吻合较好,受压区和受拉区应变差分布基本相同;组合梁的纯弯区段,界面滑移曲线斜率增大,而弯剪区段则逐渐减小,界面滑移在梁端达到最大值,且在整个弯剪区段保持较大水平,因此在该区域布置连接件,可有效提高组合梁的整体工作性能;考虑界面滑移效应后的理论分析结果与未考虑滑移效应的换算截面法相比,更接近组合梁真实的变形,平均误差由11.5%减小为1.64%,随着变形的增大,基于界面滑移效应的钢-竹组合梁变形分析方法的优越性将更为突出。

考虑弯距影响的混凝土键齿接缝抗剪承载力计算方法

为建立能反映多键齿折减效应的混凝土接缝抗剪承载力计算公式,考虑弯矩对键齿剪切面正应力分布的影响,基于应力莫尔圆计算理论求得接缝面的剪应力分布,通过假设正应力中拉应力部分不提供承载力,提出了考虑弯矩影响的混凝土键齿接缝抗剪承载力计算方法,并采用既有试验对公式进行验证.结果表明:既有计算式对单键齿承载力存在不同程度的低估,AASHTO计算式虽能较好地预测单键齿接缝的承载力,但对多键齿干接缝的承载力存在明显的高估.相比AASHTO计算式,建议式针对单键齿干接缝承载力的计算结果较为保守,计算值与试验值比值的平均值为0.84;多键齿干接缝的计算值与试验值更加吻合,计算值与试验值比值的平均值为0.95;针对键齿胶接缝的计算结果与AASHTO计算式结果差别不大.所提方法能考虑不同键齿布置、键齿深度对承载力的影响,解释了多键齿干接缝的折减效应,适用于混凝土键齿接缝的抗剪承载力计算.

轻型钢木混合楼盖水平抗侧性能试验

对4.8 m×2.8 m轻型钢木混合楼盖平行及垂直于搁栅方向分别进行了水平往复加载拟静力试验研究,得到了其变形特征、破坏模式、强度、平面内刚度、耗能以及延性。结果显示平行及垂直于搁栅加载时,楼盖变形都以剪切变形为主,主要破坏模式都是两加载点以外的面板钉剪断。垂直于搁栅相比平行于搁栅加载具有更高的强度、平面内刚度、更好的耗能性能和延性。另外将这些参数与FEMA273、ASCE 41-06及NSZEE规范建议值作了比较。结果表明楼盖平面内刚度大大低于FEMA273建议值,高于ASCE41-06及NSZEE,但与ASCE41-06更接近。楼盖强度及延性均高于这些规范建议值。

钢木混合结构错列桁架体系受力性能

目的结合钢、木结构的特点设计一种新的住宅结构——钢木混合结构错列桁架体系,分析其在荷载效应基本与偶然组合下结构的受力性能.方法利用商用结构分析软件建立了钢木混合结构错列桁架体系的基本模型.建立了8个有限元模型,分析纵向支撑、桁架结构形式、桁架是否落地、膝撑的设置、结构高宽比等因素对结构受力性能的影响.结果该结构体系在荷载效应的基本组合,桁架弦杆、腹杆、框架柱、楼板搁栅的内力较小,横向平面内弯矩和剪力主要集中在桁架层,而框架柱中的剪力和弯矩很小,其主要承受轴向力,充分利用了钢材抗拉弯、木材的抗压,使两种材料均发挥了各自的长处;该结构体系在荷载效应的偶然组合下,以错列桁架为抗侧力体系,结构水平剪力大部分化作桁架斜腹杆的轴向力,柱子主要承受轴向力,使得结构侧移明显降低.结论钢木混合结构表现出了良好的抗震能力,模拟计算结构为实际工程提供理论依据.

钢-混凝土组合框架梁变形计算的有效翼缘宽度

由于剪滞效应的存在,组合框架梁的混凝土翼板不能完全参与共同工作,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的变形将得到不安全的计算结果。首先根据弹性理论推导传统的完全组合梁以及剪滞组合梁理论模型的基本方程,并采用有限元软件Msc.Marc对理论模型进行验证,理论结果与有限元计算结果吻合良好,说明理论模型的准确性及合理性。然后基于两个理论模型,提出一种物理意义更为明确的有效翼缘宽度系数的定义,直接用于组合梁的变形计算。研究楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比以及组合梁高宽比这4个无量纲参数对有效翼缘宽度系数的影响。研究发现,影响有效翼缘宽度系数的关键参数为楼板的宽跨比。在此基础上,提出有效翼缘宽度的计算公式,为组合梁的研究及设计人员提供参考。

有机聚合物剪力键的破坏机理及承载能力研究

为了解决金属剪力键存在初始裂缝、焊接残余应力、剪应力传递不均匀等缺陷,进行了有机聚合物非金属剪力键代替传统金属剪力键的研究.采用推出试验方法,设计、制作并测试了8组试件(共24个试件),在考虑有机聚合物剪力键的粘结厚度、弹性模量及界面处理工艺等影响参数的基础上,研究了这类剪力键的破坏机理和极限承载能力,同时,提出了预测界面极限抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:有机聚合物与混凝土共同被剪坏是主要的破坏形式;非金属剪力键界面极限剪应力分布在1.10~2.47 MPa之间,非金属剪力键与金属剪力键具有同等能力的界面抗剪水平.