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.

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。

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。

考虑剪切变形的连续钢-混组合梁动力特性分析

考虑剪切变形和剪切滑移的影响,提出了一种适用于分析连续钢-混组合梁(steel-concrete composite continuous beams, SCCCBs)动力特性的理论模型。把连续钢-混组合梁的n-1个中间支撑代替为未知反力Ri(i=n-1),从而连续组合梁的动力学问题退化为承受未知荷载的简支组合梁动力学问题。通过Laplace变换和逆变换,得到包含未知反力的振型函数。代入梁端和中间支撑边界条件,即可获得关于n-1个未知反力的线性方程组,由其系数矩阵行列式不为0即可求得自振频率。模型中把混凝土子梁和钢梁分别按照独立的Timoshenko梁单元考虑,相比于子梁同剪切转角假设模型和不考虑剪切变形的模型,具有更高的计算精度。最后,分析了剪切变形、边中跨比和跨高比等因素对连续钢-混组合梁自振特性的影响。结果表明:该理论计算结果具有更高的计算精度;当L/(nh)>10时,可忽略剪切变形对连续钢-混组合梁自振频率的影响。

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%.

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。

剪跨比对CFRP加固RC剪力墙抗剪承载力及加固效率影响分析

为探究剪跨比对外贴碳纤维增强聚合物(CFRP)布加固钢筋混凝土(RC)剪力墙抗剪性能及破坏机制的影响规律,建立了考虑Hashin损伤准则及Cohesive内聚力作用的三维数值模型。利用已有的试验数据验证了该文数值模拟方法的准确性,研究了剪跨比对不同加固方式下剪力墙的破坏模式、抗剪承载力和延性系数等力学性能的影响,并进一步分析了剪跨比及加固方式对CFRP抗剪贡献及加固效率的影响规律。结果表明:随着剪跨比的增大,CFRP加固RC剪力墙的抗剪承载力降低,CFRP的抗剪贡献与加固效率被大幅削弱;此外,在同一剪跨比下,相较于双面加固及全包裹加固方式,采取水平条带加固剪力墙将提高1.0倍~3.0倍的抗剪承载力加固效率,延性系数提高效率增大0.8倍~2.4倍。

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。

双钢板-混凝土组合剪力墙变形特性的有限元分析

建立了双钢板-混凝土组合剪力墙的精细化有限元模型,在模型中采用了基于断裂能和单元特征长度的混凝土应力-应变关系,有限元分析获得的墙体侧向力-侧向总变形关系、弯矩-曲率关系与已有的他人试验结果吻合较好。对曲率二次积分求得弯曲变形,将总变形分解为弯曲变形和剪切变形两部分。结果表明,破坏模式为弯曲控制的双钢板-混凝土组合剪力墙在加载过程中弯曲刚度和剪切刚度均有退化,其剪切变形不宜采用弹性方法计算,且剪切变形占总变形的比例在变形过程中基本上为常数。对剪切变形在总变形中所占的比例进行了参数分析,结果表明,剪跨比显著影响剪切变形的所占比例,轴压比的影响可忽略。最后,提出了该比例的实用计算公式。

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017−2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。

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。

新型钢-混凝土组合梁抗剪性能试验

提出了一种新型钢-混凝土组合梁,即取消传统钢-混凝土组合梁钢部件的上翼缘,在腹板上开洞,并在混凝土翼板中布置蛇形钢筋;对3根不同剪跨比的新型钢-混凝土组合梁的抗剪性能进行了试验研究,并与1根普通栓钉组合梁进行了对比;分析了剪跨比对新型钢-混凝土组合梁的破坏形态、变形能力及抗剪承载力的影响,并对新型组合梁的破坏机理和受力特点进行了详细阐述。结果表明:新型钢-混凝土组合梁相对于栓钉组合梁具有较高的抗剪承载力和变形能力。

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。

双钢板-混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验

对4个双钢板-混凝土短肢组合剪力墙试件进行了试验,考虑了单调、循环两种加载方式以及1.0、2.0两种剪跨比,研究了该类墙体的破坏模式、延性、刚度、承载力、耗能等抗震性能指标.试验结果表明:组合剪力墙在加载过程中经历了混凝土的开裂和压溃、钢板的屈曲和屈服甚至断裂,其破坏模式属于典型的弯曲控制型破坏;组合剪力墙的位移延性系数均超过3.0,试件具有较好的变形能力;剪跨比为2.0的组合剪力墙具有更好的延性;循环加载组合剪力墙表面钢板的屈曲和混凝土的严重损伤,致使其耗能较差;循环加载组合剪力墙的极限荷载、延性系数较单调加载组合剪力墙均降低10%以上.提出限制表面钢板屈曲的优化建议.

拉-弯-剪复合作用下型钢混凝土柱抗震性能研究及损伤量化分析

为研究拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的抗震性能,以剪跨比、轴拉比、偏心距为变化参数,设计13个型钢混凝土柱试件进行低周反复试验,观察试件的破坏过程与破坏形态,得到了试件的荷载-位移曲线以及试件的特征点参数。基于试验数据,详细分析了拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的承载力、位移延性、能量耗散、刚度退化等抗震性能以及损伤指标。结果表明:型钢混凝土柱的主要破坏形态为弯曲破坏、拉弯破坏以及弯剪破坏;其滞回曲线饱满,位移延性系数均超过6.0;破坏时损伤指数在0.804~0.963;随剪跨比的增大,各试件延性及耗能能力不断增加,极限承载力下降明显,损伤指标最大减小11.55%;随轴拉比以及偏心距的增大,各试件极限承载力逐渐降低,延性及耗能能力逐渐减小,损伤指标不断增大。总体上看,在拉弯剪复合受力状态下型钢混凝土受拉柱具有较好的抗震性能,可将其运用在实际工程中。

钢板-混凝土组合板在横向集中荷载作用下的破坏模式分析

采用ANSYS有限元与试验相结合的方法,研究了板件截面抗弯承载力与抗剪承载力随剪跨比变化的趋势,分析了在跨中单点(两点对称)加载下剪跨比对板件破坏模式的影响规律.结果表明:钢板剥离破坏仅发生在抗剪连接件不完全剪力连接时的板件;在跨中单点(两点对称)加载下,剪跨比小于7.5(7)时,截面抗弯承载力较抗剪承载力充足,试件发生剪切破坏;剪跨比在7.5(7)与10(9)之间时,截面抗弯与抗剪承载力均不足,试件发生弯剪破坏;剪跨比大于10(9)时,截面抗弯承载力较抗剪承载力不足,试件发生弯曲破坏.

拉-压杆模型RPC梁抗剪承载力试验研究

为了研究高强钢筋活性粉末混凝土无腹筋梁的抗剪承载力,进行不同剪跨比条件下HRB500级钢筋活性粉末混凝土无腹筋简支梁的结构试验,构建基于由桁架模型演化而来的拉—压杆模型高强钢筋活性粉末混凝土无腹筋梁抗剪承载力计算公式,并引入拱体效应系数进行修正。研究结果表明:由于HRB500级钢筋和活性粉末混凝土的材料强度更高,试验梁的延性更好,其拉—压杆效应更加明显;将公式的计算值与试验值进行比对分析,其吻合程度较好,说明所推导的计算公式具有一定的实用性,可为同类研究提供参考。

低剪跨比带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究低剪跨比带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对6个带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行了滞回加载试验,研究了低剪跨比情况下包含不同参数的组合剪力墙的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化曲线以及累计耗能曲线.然后,采用Open Sees程序对带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件和普通钢筋混凝土剪力墙分别进行了数值模拟分析.研究结果表明:在低剪跨比情况下,带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能良好;减小约束拉杆间距和端部增设型钢构件均可提高试件的承载力并改善其延性;与普通钢筋混凝土剪力墙相比,组合剪力墙的承载力和耗能能力显著提高.