Experimental research on shear carrying capacity of H-steel concrete composite beam with small shear span ratio

In order to investigate shear carrying capacity of H-steel concrete beam with small shear span ratio,shear test on 5 H-steel concrete composite beams with small span ratio (from 0.7 to 1.1) are reported,including test design,test scheme,test method,failure characteristics and test results. Influences of shear span ratio,web of H steel and concrete on shear carrying capacity of this kind of beam are investigated. The main components comprising shear bearing capacity are analyzed. The results show that with the shear span ratio increasing,the contribution of web of H steel and concrete on shear carrying capacity decrease. Based on test data,the calculation formula of shear carrying capacity for this beam is established by curve fitting.

嵌入式H型钢梁柱节点受力性能研究

为解决传统标准梁柱节点施工复杂、节点强度低等一系列问题,提出一种嵌入式H型钢梁柱节点结构形式,并设计4个梁柱节点试件(1个标准现浇梁柱节点试件,3个嵌入式H型钢梁柱节点试件)进行试验研究,设置型钢翼缘宽度、剪跨比为主要参数,对4个试件的破坏形态、承载力、变形能力进行对比分析。结果表明:嵌入式H型钢梁柱节点试件的节点核心区柱端混凝土裂缝较少,裂缝分布和破坏位置基本上发生于梁端,充分满足了“强柱弱梁”的设计要求;相较于标准现浇梁柱节点试件,嵌入式H型钢梁柱节点试件峰值承载力、极限承载力、变形能力均显著提高,当型钢翼缘加宽时,试件峰值承载力和极限承载力提升较为有限,当剪跨比大于2.7时,承载力将会明显降低。

预制UHPC永久模板钢筋混凝土组合梁抗剪性能有限元分析

为了研究预制超高性能混凝土永久模板钢筋混凝土组合梁抗剪性能,选取合适的U型UHPC预制单元本构关系,建立了钢筋混凝土梁的有限元永久模型,并与已有的试验数据进行比较,验证了模型的可靠性,并分析配箍率、剪跨比等参数对超高性能混凝土组合梁抗剪性能的影响。结果显示:超高性能混凝土预制单元可显著提高斜向开裂荷载和极限荷载;预制单元会限制箍筋的作用,所以配箍率对组合梁影响小;剪跨比对组合梁抗剪性能影响大,但是和配箍率一样都会影响其延性。

不同剪跨比下低矮开洞剪力墙抗震性能试验

核电厂房的剪力墙具有剪跨比低和配筋率高的特点,为满足人员通行以及设备管道的布置,需要在剪力墙中开设洞口,然而,关于低矮开洞剪力墙抗震性能的研究比较有限。为此,设计3个1∶2.7的大比例尺低矮钢筋混凝土剪力墙试件,通过拟静力试验研究剪跨比对此类剪力墙抗震性能的影响。研究内容包括试件的破坏模式、滞回曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力和变形能力等方面的分析和讨论。结果表明:低矮开洞剪力墙的破坏主要是由墙肢的斜向主裂缝宽度明显增大引起,导致承载力快速下降;剪跨比的减少使得低矮剪力墙的承载力、刚度和单圈耗能效果增加,但变形能力和极限位移显著降低,从而导致累计耗能较小;剪跨比较小的试件容易在洞口上方产生塑性铰,随后连梁的转动会导致洞口附近的混凝土压碎,且剪切效应较显著。此外,小洞口的存在会产生严重的不对称性,影响其抗震性能。

边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究不同剪跨比、不同边缘构造形式对边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙抗震性能的影响规律,进行了3个C50再生混凝土剪力墙低周往复荷载试验,包括1个现浇高剪力墙、1个现浇中高剪力墙、1个装配式中高剪力墙。分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力。结果表明:边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙破坏形态均以弯曲破坏为主,各试件滞回曲线较饱满,耗能能力较好;中高剪力墙的承载力和刚度比高剪力墙明显提高,但延性系数降低;装配式再生混凝土中高剪力墙在达到峰值荷载之前整体性良好,但由于后浇结合面相对薄弱,试件破坏相对较早,承载力下降较快,延性稍差。基于试验结果,建立了边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土中高及高剪力墙承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明:1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,3个桥墩均处于严重损伤的阶段。当发生罕遇地震时,3个桥墩出现完全破坏的概率为6.4%、0和1.4%,小剪跨比圆端铁路桥墩在强震作用下具有一定的抗震安全储备。

钢纤维-GFRP箍筋混凝土梁受剪抗裂性能试验研究

为解决纤维增强聚合物(FRP)配筋混凝土梁的受剪抗裂性能不足和挠度过大等问题,在混凝土中掺入具有优良阻裂特性的钢纤维是一种有效途径。通过8根钢纤维—玻璃纤维增强聚合物(GFRP)箍筋混凝土梁的受剪试验,研究了钢纤维体积率(0.5%、1.0%、1.5%)和剪跨比(1.5、2.0、3.0)对试验梁斜截面抗裂性能的影响。结果表明:钢纤维能够有效抑制GFRP箍筋混凝土梁内部微裂缝的扩展,提高其整体刚度和抗裂性能。当剪跨比为2.0时,钢纤维体积率为1.5%试验梁的开裂剪力相对于未掺纤维对比梁增加了38.4%。随着剪跨比增加,试验梁受剪抗裂性能逐渐降低。基于试验数据和已有研究结果,提出了钢纤维-GFRP箍筋混凝土梁开裂剪力的建议计算方法,该方法的计算值与试验值吻合良好。

超高性能混凝土T形截面梁受剪性能试验研究

对9片超高性能混凝土(UHPC)T形梁设计进行了受剪性能试验,分析钢纤维掺量、配箍率和剪跨比等主要参数对试验梁破坏形态、裂缝开展过程和抗剪承载力的响应影响规律。基于公开发表的57片UHPC梁受剪实测数据,分析对比了既有多国规范的抗剪承载力计算方法。试验结果表明:UHPC-T梁具有较高的抗剪承载力和延性,2%~3%的配纤率有助于更好地发挥钢纤维的抗剪贡献,既有规范对UHPC-T梁的抗剪承载力计算偏保守,对钢纤维的贡献有待进一步研究。

考虑剪切效应的简支加固梁弯曲性能研究

为研究均布荷载作用下剪切效应对简支加固梁弯曲性能的影响。文中基于材料力学和弹性力学理论,运用解析法得到了均布荷载作用下,简支加固梁弯曲应力方程和挠曲线表达式,并利用ANSYS数值模拟法进行比较验证,同时讨论了剪切效应对加固梁弯曲变形的影响。结果表明文中方法对计算简支加固梁弯曲问题,具有计算简便、精度高等优点,能满足一般工程设计要求。同时,剪切效应对简支加固梁的弯曲变形有着较大的影响,且随着跨高比的减小,影响作用逐渐增加。

现浇边缘构件的装配整体式齿槽剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配整体式齿槽剪力墙的抗震性能及竖向接缝性能,对1片现浇剪力墙和3片齿槽剪力墙进行了拟静力试验,变化参数包括轴压比和剪跨比。试验结果表明:墙体发生弯曲破坏,齿槽剪力墙与现浇剪力墙承载力和刚度基本相当,具有良好的抗震性能,可满足“等同现浇”的性能需求;位移角为1/1000时,齿槽剪力墙竖向接缝保持完好;位移角大于1/500时,竖向接缝两侧墙体发生竖向错动变形。齿槽剪力墙滞回曲线饱满,位移延性系数大于5,具有良好的变形能力;提高轴压比、降低剪跨比,加速了竖向接缝开裂并促进竖缝两侧相对变形的发展;改变轴压比和剪跨比对齿槽剪力墙承载力和变形性能的影响规律与现浇剪力墙相同;较高轴压力作用时,墙体破坏集中于竖向插筋孔区域形成竖向裂缝,墙角压溃区域减小。采用ABAQUS软件进行有限元分析,模拟骨架曲线及破坏形态与试验结果吻合良好;改变轴压比、剪跨比对墙体性能的影响与试验结果一致,增加横向槽孔尺寸、减少横向槽孔内侧尺寸,对墙体力学性能基本无影响。

小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为

近年来钢筋混凝土(RC)墩柱遭受车船撞击的风险日益增加,且车船撞击一般发生在RC柱靠近地面或底部承台的位置,导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用,其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC柱的剪切损伤机理以及钢管对RC柱抗剪性能的增强效果,使用大型刚性摆锤装置分别对1根RC柱、内置钢管增强RC柱和外置钢管增强RC柱进行了侧向冲击试验,考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明:RC柱在承受两次冲击后发生剪切破坏,而两个钢管增强RC柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态,即钢管可有效提升RC柱的抗冲击性能;在相同截面配钢率下,外置钢管增强RC柱相比内置钢管增强RC柱整体上具有更强的抗冲击性能,但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤;由于外置钢管RC柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度,其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。

不同剪跨比下SFCB珊瑚混凝土梁受剪行为研究

珊瑚混凝土和钢-连续纤维筋(Steel-Fiber Composite Bar,SFCB)的结合可以解决岛礁工程建设中建筑材料短缺和筋材腐蚀的问题,研究珊瑚混凝土结构的力学性能,对完善珊瑚混凝土结构理论、推进珊瑚混凝土应用研究进展具有重要的工程实用意义。本文对5根SFCB珊瑚混凝土梁进行斜截面抗剪试验,详细介绍了不同剪跨比下SFCB珊瑚混凝土梁裂缝发展过程,研究了不同剪跨比对SFCB珊瑚混凝土梁破坏形态、纵筋应变、内芯钢筋应变和跨中挠度的影响,并与现有不同筋材珊瑚混凝土梁抗剪性能进行探讨。试验结果表明:相同配筋的梁在不同剪跨比下破坏形态可分为斜压、剪压和斜拉破坏。混凝土梁内部珊瑚骨料均被剪断,混凝土压溃现象不明显,SFCB与珊瑚混凝土粘结良好。纵筋应变与挠度发展分为3个不同的阶段,弯剪区中心与跨中纵筋应变变化规律不同。SFCB珊瑚混凝土梁与钢筋、纤维复材筋珊瑚混凝土梁抗剪性能差异明显,将SFCB应用于珊瑚混凝土梁可以发挥其优良性能。

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。

全预制拼接槽形UHPC梁抗弯抗剪性能试验研究

为实现UHPC结构在房屋建筑中的应用,提出了一种全预制拼接槽形UHPC梁,该梁截面呈槽形,带螺栓肋且肋上设贯通螺栓孔,梁柱可由两片槽形带肋梁正拼接和反拼接形成工字形和回字形两种梁、柱全装配式组合连接模式.为研究全预制拼接槽形UHPC梁的抗弯抗剪性能,共完成3根梁抗弯试验,分别为现浇工字形梁、回字形拼接梁、工字形拼接梁.通过抗弯试验发现,拼接梁的刚度略高于现浇梁,而反接槽形拼接梁的抗弯承载力高于现浇梁,以此证明UHPC拼接梁的抗弯性能优于UHPC现浇梁.为研究工字形拼接梁的抗剪性能,设置了不同剪跨比和箍筋间距,通过正交试验设计完成了9根反拼接槽形拼接梁的抗剪试验研究,获得开裂和破坏荷载、变形和裂缝分布规律等.通过抗剪试验发现,在箍筋间距相同时,工字形拼接梁随剪跨比由1增大为2、3,破坏模式由斜压破坏转变为剪压破坏;对于有腹筋梁,箍筋间距相同时,剪跨比越大,槽形拼接梁承载力越低,延性越大,且有腹筋梁的箍筋对主裂缝的发展具有有效的约束作用.

圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析

为研究圆多腔体中空钢管混凝土柱的抗震性能,首先对圆实心分腔复式钢管混凝土柱试件的试验结果与有限元结果进行比对,确定了有限元模拟方法有效后,再利用ABAQUS建立了以轴压比(0.2~0.6)、剪跨比(3~5)、截面形式(圆多腔体中空截面与圆多腔体实心截面)为基本参数的12根柱模型,对其进行了低周往复加载,对比分析了剪跨比、轴压比、截面形式对模型滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力的影响规律。结果表明:剪跨比较小的模型,随轴压比的增大延性系数与耗能能力增幅明显,但轴压比对刚度退化的影响不明显;剪跨比较大的模型,在轴压比也较大时极限承载力、延性与耗能能力有显著衰减的趋势,刚度退化也对轴压比较为敏感;在轴压比较小时,圆多腔体中空钢管混凝土柱与圆实心分腔复式钢管混凝土柱相比耗能能力差异不大,但随轴压比增大,圆多腔体中空钢管混凝土柱滞回耗能有显著提高。

BFRP筋局部钢纤维混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

为了研究BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面的抗剪性能,以BFRP筋钢纤维混凝土梁为研究对象,开展了9根BFRP筋钢纤维混凝土梁的斜截面抗剪承载力试验,分析了试验构件的破坏形态,探讨了剪跨比、BFRP筋配筋率、钢纤维体积掺量、钢纤维范围等参数对BFRP筋钢纤维混凝土梁抗剪性能的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维混凝土梁的破坏形态以剪切破坏为主;试验梁的斜截面抗剪承载力随着剪跨比的增大而下降,随着纤维掺量和BFRP筋配筋率的增大而提高;支座以内剪跨范围设置钢纤维能够较好地改善BFRP筋混凝土梁的斜截面抗剪性能。最后,由试验数据拟合得到BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式,公式计算值与试验结果吻合较好。研究丰富了FRP筋混凝土复合结构斜截面设计理论,对FRP筋钢纤维混凝土复合结构在实际工程的应用具有参考价值。

塑性铰区采用PVA纤维高强混凝土柱抗震性能

为了明确局部PVA纤维高强混凝土柱中轴压比、剪跨比和PVA纤维掺量对抗震性能的影响,对不同轴压比(0.2、0.3和0.4)、剪跨比(3.23、4.15和5.07)和PVA纤维体积分数(0、0.3%、0.5%和0.7%)的8根高强钢筋混凝土柱足尺试件进行了抗震性能试验,分析了PVA纤维掺量、轴压比和剪跨比等参数对于高强钢筋混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律.以有限元模拟软件OpenSees为平台建立试件模型,对轴压比和剪跨比进行扩展分析.研究结果表明,PVA纤维混凝土柱的延性、耗能能力明显更优,抗震性能更好;同时,轴压比和剪跨比对抗震性能影响显著,PVA纤维掺量对其影响较大;建立的有限元模型具有较高的准确性.

钢-竹组合箱形梁抗剪性能有限元分析

为研究钢-竹组合箱形梁的抗剪性能,使用ABAQUS有限元软件建立钢-竹组合箱形梁的三维模型,重点考虑竹胶板的各向异性和屈服准则,以及钢材的弹塑性,采用双线性内聚力模型模拟钢-竹界面滑移,并与试验结果对比,分析各变量参数对钢-竹组合箱形梁抗剪性能的影响。结果表明,钢-竹组合箱形梁有限元模拟与试验得出的荷载-位移曲线吻合良好,破坏特征相似,弯剪区主应力接近,证明钢-竹组合箱形梁有限元模型的可靠性以及采用双线性内聚力模型模拟胶层单元的有效性,并以该模型为基础,对剪跨比、竹胶板和冷弯薄壁型钢厚度进行参数分析,以期为钢-竹组合结构的有限元模拟提供参考依据。

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土梁抗剪性能

为了解决沿海城市和岛礁建设中河砂淡水资源短缺、建筑材料运输成本高以及钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用以及深入研究纤维复材筋增强构件的工作性能,开展玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土(BFRP-SSC)梁的抗剪性能研究。采用三点弯曲试验,通过对梁的破坏形式、荷载−挠度关系和抗剪承载力展开讨论,研究剪跨比(剪跨为400,500和600 mm)、养护环境(自然环境和海水浸泡环境)和混凝土碱度(普通SSC和低碱SSC)对梁抗剪性能的影响,并通过拟合试验数据修正了规范的抗剪承载力公式。研究结果表明:剪跨比对BFRP-SSC梁抗剪承载力有显著影响,剪跨比越小的试件其破坏程度越严重;随着剪跨比的增大,BFRP-SSC梁的开裂荷载、极限荷载逐渐减小,极限挠度逐渐增大。在55℃人工海水环境中浸泡60 d后,普通SSC试件的裂缝减少,抗剪承载力下降了33.13%,BFRP箍筋纤维-树脂界面分离;低碱SSC试件的抗剪承载力提高了21.65%,其BFRP箍筋几乎没有降解行为。由于FRP筋混凝土现有设计规范没有考虑剪跨比的影响,理论预测与试验结果相差60%以上;引入与剪跨比相关的参数修正规范公式,修正的公式预测值与试验结果吻合良好。研究结果可以为BFRP-SSC梁的设计和应用提供数据支撑和理论依据。