Double⁃Shear Experiments of Cold⁃Formed Steel Stud⁃to⁃Sheathing Connections at Elevated Temperatures

The behavior of cold⁃formed steel(CFS)stud⁃to⁃sheathing connections at elevated temperatures is an important parameter for the fire resistance design and modeling of mid⁃rise CFS structures.In this paper,three kinds of sheathings,namely,medium⁃and low⁃density calcium⁃silicate boards and oriented strand board,were selected for double⁃shear experiments on the mechanical properties of 253 screw connections at ambient and elevated temperatures.The effects of the shear direction,screw edge distance and the number of screws on the behavior of the connections were studied.The results showed that the shear direction and the screw edge distance more significantly influenced the peak deformation,while their impacts on the peak load varied with the type of sheathings.Compared with the single⁃screw connections,the peak loads of the specimens with double⁃screw connections obviously increased but did not double.Finally,a simplified load⁃displacement curve model of stud⁃to⁃sheathing connections at elevated temperature was generated first by establishing the prediction formula for characteristic parameters,such as the peak load,the peak deformation and the elastic stiffness,and then by considering whether the curves corresponded to stiffness increase phenomena.The present investigation provides basic data for future studies on the numerical modeling of CFS structures under fire conditions.

An experimental study of shear strength of gas-hydrate-bearing core samples

The shear strength of gas-hydrate-bearing reservoirs is one of the most important parameters used to study mechanical properties of gas-hydrate-bearing reservoirs. The shear strength of gas-hydrate- bearing reservoirs changes with filling and cementation of gas hydrates, which will affect the wellbore and reservoir stability. Traditional shear tests could not be conducted on gas-hydrate-bearing core samples because the gas hydrates exist under a limited range of temperature and pressure conditions. This paper describes a novel shear apparatus for studying shear strength of gas-hydrate-bearing core samples under original reservoir conditions. The preparation of gas-hydrate-bearing core samples and subsequent shear tests are done in the same cell. Cohesion and internal friction angle of the core samples with different saturations of gas hydrates were measured with the apparatus. The effect of gas hydrates on the shear strength of reservoirs was quantitatively analyzed. This provides a foundation for studying wellbore and reservoir stability of gas-hydrate-bearing reservoirs.

Theoretical Analysis and Experimental Verification of Crack Initiation Characteristics of Compression-Shear Plane Crack with Hydraulic Pressure

In this paper, the crack initiation characteristics of compression-shear plane crack with hydraulic pressure were studied by using theoretical analysis and experimental verification methods. The formula derivation process of stress intensity factor of crack tip and open-type crack initiation angle and initiation strength was expounded in detail. Cement mortar specimens prefabricated with open-type crack were made for biaxial compression test. The results show that the mode I stress intensity factor is inversely proportional to the dip angle of pre-exciting crack, water pressure and crack width. The fracture toughness is most easily achieved when the dip angle of pre-exciting crack is 60°. The mode II stress intensity factor is symmetrically distributed with the dip angle and independent of the water pressure and crack width. For open-type crack, the crack initiation angle decreases with the increase of the dip angle of pre-exciting crack, water pressure and crack width;the crack initiation strength is inversely proportional to the water pressure and proportional to the lateral pressure. The research results can provide ideas for the study of crack initiation under the coupling of ground stress and osmotic pressure in tunnel engineering.

薄钢板机械咬合螺栓抗剪连接试验与计算方法

为探究薄钢板机械咬合螺栓抗剪连接的受力性能,设计了12个具有不同垫圈形状和预拉力的机械咬合螺栓连接试件和普通螺栓连接试件,并开展了受剪破坏试验。试验结果表明机械咬合螺栓连接试件的薄钢板在咬合部位发生受拉破坏,而普通螺栓连接试件的薄钢板出现孔壁承压破坏,且机械咬合螺栓连接的受剪承载力显著高于普通螺栓连接的受剪承载力。分别建立了机械咬合螺栓连接和普通螺栓连接的精细有限元模型,根据受剪试验结果验证了模型的准确性,进一步探究了垫圈直径、螺栓直径、钢板厚度和咬合深度对机械咬合螺栓连接受剪承载力的影响规律。最后开展了机械咬合螺栓连接的受剪承载机理分析,提出了能够准确预测其受剪承载力的计算公式。

部分预制预应力型钢混凝土梁受力性能试验与设计方法研究

为简化现场施工工序,创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中,提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验,研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响,并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明:预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小,不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内;预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著,其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%,而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

体外预应力UHPC无腹筋梁抗剪性能试验研究

为研究体外预应力超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)无腹筋梁的抗剪性能,设计了3片体外预应力UHPC无腹筋梁,剪跨比分别为1.44、2.56、3.67,采用四点加载的方式进行抗剪性能试验,获得了试验梁的荷载-位移关系、荷载-应变关系、破坏形态以及极限抗剪承载力。试验结果表明:体外预应力UHPC无腹筋梁的抗剪破坏方式均表现为脆性破坏,随着剪跨比的增大,试验梁破坏形态依次表现为斜压破坏、剪压破坏、剪拉破坏;剪跨比越大,斜裂缝的数量越少、倾角越小,试验梁的极限抗剪承载力越小,且减小趋势变缓。基于极限平衡法推导了体外预应力UHPC无腹筋梁的抗剪承载力计算公式,验算了14片无黏结预应力UHPC梁的抗剪承载力,该公式适用性良好。

模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

模块化防屈曲钢板墙抗震性能

考虑经济性和便利性,提出了模块化防屈曲钢板墙及其常用模数,然后基于已有的防屈曲钢板墙的简化计算模型,推导了在不同墙数量情况下,模块化防屈曲钢板墙充分发挥抗震性能时,周边梁的承载力和刚度需求,并提出了周边梁的设计方法.进而,对模块化防屈曲钢板墙和整体墙进行了对比验证试验及其有限元模拟分析.研究结果表明:模块化防屈曲钢板墙能够达到与整体钢板墙相同的抗震性能,且周边梁未发生明显转动和破坏,说明所提出的周边梁设计方法是合理的;在层间位移角为1/50时,防屈曲钢板墙上下周边梁均未进入塑性,且承载力和初始刚度等的有限元值与试验值误差小于6%,从而进一步验证了其抗震性能.

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。

自攻钉集块连接混凝土复合剪力墙抗震性能试验

提出了适用于装配式混凝土复合剪力墙结构的自攻钉集块连接构造,为研究自攻钉集块连接混凝土复合剪力墙的抗震性能,设计制作了3个剪跨比为1.39的足尺剪力墙试件,进行了低周反复荷载试验,主要变量包括自攻钉集块连接构造、自攻钉集块与后浇条带组合连接构造以及L形边框构造柱。分析了试件破坏模式、承载力、滞回特性、刚度及退化、变形能力、耗能性能和应变特征等。结果表明:自攻钉集块连接构造装配便捷,受力性能可靠;采用自攻钉集块与后浇条带组合连接构造试件的承载力及刚度相比自攻钉集块连接构造分别提高了8.54%和6.03%;设置L形边框构造柱的试件承载力、刚度及耗能分别提高了67.48%、129.33%和277.93%。自攻钉集块连接复合剪力墙具有良好的抗震性能,满足装配式低层住宅混凝土复合剪力墙结构的抗震设计要求,可用于实际工程。

基于试验数据库的UHPC梁抗剪承载力计算方法

为研究钢筋UHPC梁的抗剪承载力计算方法,首先,建立了钢筋UHPC梁的抗剪试验数据库;然后,以此为基础对法国NF P18—710规范、瑞士SIA 2052指南、日本JSCE—2006指南、GB 50010—2010规范、JGJ/T 465—2019规范和DBJ 43/T 325—2017规程中的抗剪承载力计算公式进行评估和分析;最后,修正了法国NF P18—710规范的抗剪承载力公式。研究结果表明:各规范公式均不同程度地保守估计了钢筋UHPC梁的抗剪承载力,其中无腹筋UHPC梁的各规范ξ_(m)为1.71~2.71,有腹筋UHPC梁的各规范ξ_(m)为1.52~2.09;国外规范中,法国NF P18—710规范的ξ_(m)分别为1.52~1.71,预测结果误差最小且安全储备较合理;与法国NF P18—710规范预测结果相比,瑞士SIA 2052指南的ξ_(m)为1.70~1.95,预测结果更为保守;日本JSCE—2006指南对于无腹筋UHPC梁预测结果与法国NF P18—710规范相比较为接近,而对于有腹筋梁预测结果偏差较大;国内规范中,GB 50010—2010规范的预测结果最为保守,ξ_(m)为2.13~2.71;JGJ/T 465—2019规范和DBJ 43/T 325—2017规程在GB 50010—2010规范基础上考虑了钢纤维对抗剪承载力的影响,预测精度有所提高。其中,JGJ/T 465—2019规范的ξ_(m)为1.59~1.74,DBJ 43/T 325—2017规程的ξ_(m)为1.66~1.81。基于规范计算模型误差分析,提出了考虑剪跨比影响的UHPC基体抗剪承载力系数和考虑钢纤维影响的钢纤维抗剪承载力系数的取值方法,修正了法国NF P18—710规范的抗剪承载力计算公式,可较好地预测钢筋UHPC梁的抗剪承载力。

界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。

微生物固化土不排水剪切特性试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀为高效的土体加固技术,因其具有可快速增强土体强度和稳定性等特点逐渐在工程中得到应用。为探究围压和碳酸钙含量对微生物固化土力学性能的影响,对不同碳酸钙含量的饱和固化土进行不同围压作用下的三轴固结不排水剪切试验,研究固化土应力-应变、孔隙水压力-应变变化规律,分析碳酸钙含量对土体初始切线模量、破坏包络线和临界状态线的影响规律,并建立碳酸钙含量与试验参数之间的关系式。试验结果表明,碳酸钙可提高土体峰值强度,碳酸钙的填充作用使胶结后的土体残余强度高于未胶结土体。围压和碳酸钙含量对固化土孔隙水压力-应变关系的影响不同,随着围压的增大,孔隙水压力峰值增大,发生负孔隙水压力的轴向应变增大。随着碳酸钙含量的增加,孔隙水压力峰值增大,但发生负孔隙水压力的轴向应变减小,可知固化土更易发生剪胀。随着碳酸钙含量的增加,土体破坏包络线和临界状态线均发生上移。

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。

高阻尼厚层橡胶支座力学性能试验研究

为探究高阻尼厚层橡胶支座的力学性能,本文通过研究高阻尼厚层橡胶支座在竖向压应力作用下的水平剪切及竖向压缩的受力特征,建立了考虑水平剪切变形的力学模型,并提出了基于压应力变化的竖向刚度修正理论。为验证理论模型的准确性,分别设计了3种不同第一形状系数的高阻尼厚层橡胶支座来进行水平拟静力剪切和竖向压缩试验。结果表明:高阻尼厚层橡胶支座的等效水平刚度、等效阻尼比随内部钢板对橡胶的约束作用的变化而变化,在水平拟静力试验下,随支座水平剪切变形的增加呈现出先减小后增大的变化趋势,且随着竖向压应力的增大,水平等效刚度逐渐减小;在竖向压缩试验中,随着竖向压力的增大,竖向压缩刚度呈现非线性强化特征。通过理论与试验结果的对比分析可知:本文构建的水平剪切变形的力学模型可较好地描述高阻尼厚层橡胶支座水平剪切的力学性能,竖向刚度修正理论可以准确计算其竖向刚度,不同工况下与试验结果的偏差均在5%以内。

压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪性能研究进展

压型钢板-混凝土组合板具有承载力高、自重轻、施工便捷等优点,广泛应用于工业厂房、高层建筑及桥梁中。压型钢板-混凝土组合板的纵向抗剪性能是一个重要的研究方向,通过其对理论研究、试验研究以及数值模拟研究三方面进行梳理,分析了目前国内外压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪性能的研究成果。结果表明:目前对组合板的纵向抗剪性能研究主要是以试验与数值模拟相结合的方式,基于试验结果建立的有限元模型,能够有效模拟组合板的受力状况。并基于研究现状,对压型钢板-混凝土组合板进一步的研究方向和思路提出建议,以期对下一步的研究应用提供参考。

侧压竹集成材抗剪强度试验研究

侧压竹集成材为天然竹片经精制、干燥、碳化、胶合压制而成的板材或枋材,是一种新型的绿色建材。为探究侧压竹集成材的抗剪性能,对4组60个侧压竹集成材清材小试件进行了抗剪强度试验,得到了其顺纹切向、顺纹径向、横纹切向、横纹径向的抗剪强度,分析了清材小试件在不同受剪方向的破坏特征、荷载-位移关系,提出了侧压竹集成材抗剪强度标准值和设计值的计算公式;同时进行了2组12个东北落叶松胶合木清材试件的顺纹切向和顺纹径向抗剪强度试验,并与侧压竹集成材的抗剪强度进行了对比。结果表明:侧压竹集成材具有良好的抗剪性能,顺纹剪切呈脆性破坏,横纹剪切具有比较好的延性;侧压竹集成材的抗剪强度平均值比东北落叶松胶合木高33.9%,其强度标准值和设计值可为侧压竹集成材的工程设计提供依据。

带接头PRC管桩抗剪性能试验研究

为研究接桩方式对混合配筋混凝土管桩(PRC管桩)抗剪性能的影响,考虑两种接桩方式(抱箍式和卡箍式)及钢套箍厚度为设计参数,对设计制作的3个带接头的PRC管桩和1个不带接头的PRC管桩进行四点弯曲试验。现行图集中抗剪承载力计算公式可用于PRC管桩抱箍式接桩验算,而卡箍式接桩方式易在端板与混凝土交接处形成应力集中,导致其受力性能变差。因此,接桩时建议采用抱箍式接桩方式,并避免采用卡箍式。

温控静动力直剪实验系统设计及实验教学应用

为加深土力学直剪实验教学中理论与实际的联系,设计了一套温控静动力直剪实验系统。该系统使用气缸和伺服电机在法向施加应力,在水平向产生剪切位移,使用循环恒温液体控制试样温度,使用数据采集系统实时采集数据并控制试验过程。结合能源地下结构应用过程中的实际问题,开展不同温度下的土体和土体-结构物界面剪切试验。该系统具有良好的适用性和准确性,升温对砂土以及砂土-钢板界面剪切特性的影响不明显,但是会提高黏土-钢板界面的剪切强度。该系统丰富了直剪实验教学的内容,有利于在实验教学中培养学生的工程意识,提高学生解决实际问题的能力。

钢桥面聚氨酯改性环氧树脂碎石黏结层材料设计

聚氨酯改性环氧树脂以较高的黏结强度及优良的变形性能成为钢桥面黏结层材料选择之一。根据钢桥面黏结层层铺法特点,制作了钢板+黏结层+SMA复合试件,以层间抗剪强度为评价指标,将黏结层各材料用量作为变化因素,采用正交试验方法进行五因素四水平试验设计和分析。结果表明:聚氨酯改性环氧树脂碎石与钢板间黏结强度高,复合试件破坏均发生在黏结层与上覆层SMA之间;热熔型改性环氧树脂用量对黏结层剪切强度影响最大,第一层碎石撒布量影响最小;热熔型改性环氧树脂、第二层碎石及聚氨酯改性环氧树脂用量3个因素变化时,层间剪切强度均先增大后减小,最佳用量分别为1.9 kg·m^(-2)、6.0 kg·m^(-2)和2.4 kg·m^(-2);第一层碎石撒布量建议为6.0 kg·m^(-2),聚氨酯改性环氧树脂用量应在小于2.1 kg·m^(-2)区间进一步试验确定。