双钢板混凝土组合结构起波钢筋连接件的拉伸力学性能研究

提出将起波钢筋作为双钢板混凝土组合结构的连接件,并设计开展12个组合板单元体试件的拉伸试验,研究了直径和起波角度对起波钢筋连接件拉伸力学性能的影响。研究结果表明:连接件的破坏模式分为拉直后断裂和未拉直即断裂两种,当起波钢筋连接件在拉直后发生破坏时,变形能力和耗能能力得到大幅提高;随着连接件直径和起波角度的增大,破坏位移、拉断力和耗能能力也增大,但起波角度对拉断力影响较小;提出起波钢筋连接件强度的计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。结合试验结果,对双钢板混凝土组合结构起波钢筋连接件的设计提出了合理化建议。

焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

大多数双钢板-混凝土组合剪力墙采用螺栓连接或焊接肋的方式使钢板和混凝土协同工作。然而,这种连接方式可能导致整体性和塑性变形效率较低,且制作复杂,焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙能够有效地避免这些问题。为了深入研究焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,基于约束混凝土真三轴塑性-损伤本构模型和钢材弹塑性混合强化-韧性损伤本构模型,建立了组合剪力墙的精细化三维实体-壳模型,将模拟所得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、弹性刚度、承载力、累积耗能、等效阻尼粘滞系数和延性系数与已有拟静力试验结果相比较,发现两者吻合较好。分析结果表明:轴压比对组合剪力墙模型算例刚度和承载力的影响较小,而随剪跨比增大,组合剪力墙模型算例的刚度和承载力呈线性降低;轴压比对组合剪力墙模型算例总塑性耗能的影响较小,而剪跨比的影响较大,剪力墙总塑性耗能随剪跨比增大而降低;轴压比和剪跨比都不会改变算例各部件的耗能分配机制,即组合剪力墙模型算例以外钢板和内隔板耗能为主。

近场爆炸下波纹双钢板混凝土组合墙板的损伤破坏及抗爆性能

相对于传统的钢筋混凝土墙板和平面双钢板-混凝土组合墙板(profiled double-skin composite wall,PDSCW),波纹双钢板-混凝土组合墙板(concrete-infilled double steel corrugatedplate wall,CDSCW)具有更高的轴向抗压承载力、更大的侧向抗弯刚度以及良好的抗冲击和抗震性能,在船舶和军事领域有广阔的应用前景。制作2种CDSCW试件,通过近场爆炸试验对比分析了2种试件的损伤模式及动态响应;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了CDSCW和PDSCW的有限元模型,研究了近场爆炸下2种混凝土组合墙板的损伤机理和爆炸响应,并与试验结果进行对比分析;分析了混凝土厚度、钢板厚度、药量对CDSCW抗爆性能的影响。结果表明:近场爆炸作用下,相较于PDSCW,相同混凝土方量和尺寸(长、宽)的CDSCW具有更大的抗弯刚度、更强的抗变形能力以及更优的抗爆性能;增加波纹深度能有效提高CDSCW的抗爆性能,可为抗爆构件设计和相关工程研究提供参考。

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

基于施工全过程健康监测的装配式部分包覆钢-混凝土组合结构体系动力特性研究

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合结构的动力特性,基于世博文化公园双子山项目,采用全过程健康监测手段对装配式PEC结构体系施工全过程的应力、加速度进行监测,研究其阻尼比和自振频率在施工过程中的变化情况,将实测结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:结构应力计算值、自振频率计算值等均与实测值吻合较好,验证了结构施工全过程仿真模拟计算的合理性。施工过程中PEC框架梁柱及节点后浇区的型钢及混凝土应力实际监测结果均满足强度要求。节点后浇区混凝土浇筑前后,结构自振周期和阻尼比差别较小;结构顶部覆土恒载施加完成后,结构的自振周期和阻尼比均较之前有所增大。结构设计时阻尼比取0.04,小于施工完成后的阻尼比实测值最小值0.046,阻尼比取值偏于安全,设计阻尼比取值合理。

双钢板混凝土组合墙偏心受压性能试验研究

为了研究双钢板混凝土组合墙在偏心受压荷载下的结构性能,设计制作了5个试件,以偏心距离和墙板厚度作为研究参数,进行偏心受压试验.利用ABAQUS软件对试件进行有限元分析,并采用截面分析法计算试件在轴力与弯矩共同作用下的截面承载力.试验结果表明,试件最终出现钢板局部屈曲与混凝土受压破坏.根据试验荷载-位移曲线,计算得到试件延性系数为1.28~1.92.墙厚相同时,随着加载偏心距离的增加,承载力逐渐下降.偏心距离相同时,增加墙体厚度可以有效提高试件承载能力.偏心受压试件的截面应变分布满足平截面假定.承载力试验值与有限元模型计算值和理论计算值的最大误差分别为4%和9%.

火灾下双钢板-混凝土组合墙抗冲击机理分析与挠度预测

双钢板-混凝土组合墙(steel-concrete composite wall,SC wall)常用于核电站、超高层等重要结构的承重构件,其在偶然荷载作用下的力学性能也是其推广应用的关键指标。为此,针对火灾下SC墙的抗冲击性能进行研究并给出相关设计建议。首先建立了SC墙在火灾与冲击耦合作用下的有限元模型,在验证模型可靠性基础上,开展了火灾下SC墙抗冲击机理的分析;然后研究了轴力、受火时间、材料强度、冲击能量与抗剪连接件形式等参数对SC墙在火灾下抗冲击性能的影响规律;最后给出了该类构件在耦合工况下跨中峰值挠度的预测公式。结果表明:随着受火时间的增加,SC墙受冲击变形模式由局部冲切逐渐转变为整体弯曲破坏;火灾下,混凝土为SC墙受冲击的主要耗能部件;混凝土强度、轴力与抗剪连接件形式对SC墙在高温下的抗冲击性能影响显著,钢板强度的影响则较小;建议的公式可较合理地预测火灾下SC墙受冲击后的跨中峰值挠度。

新型高延性混凝土-压型钢板组合楼板承载力试验研究

为推动新型农村建设装配式体系研发,提出一种外包高延性混凝土夹芯压型钢板的全预制新型组合楼板,并推导相应受弯承载力和挠度的理论计算方法。设计3种不同跨度的新型组合楼板,并将试验结果与理论计算进行对比。结果表明:计算结果与实测结果拟合良好;在正常使用阶段,新型组合楼板的变形表现为理想的弹性效果;新型组合楼板具有良好整体性和组合效应并具有较高承载力,且满足规范要求。可为进一步理论研究提供可靠依据。

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。

土中钢板-混凝土筒结构抗爆性能研究

为探究地下爆炸荷载作用下土中钢板-混凝土筒结构的抗爆性能,采用多物质流固耦合计算方法,揭示了冲击波在土体介质中的传播规律,分析了钢板-混凝土筒结构的动力响应与损伤机理,开展了爆炸模型试验,获得了筒体附近的土压力分布及其迎爆面的变形时程曲线,并验证了数值模拟的准确性。在此基础上,与传统钢筋混凝土筒结构抗爆性能对比,分别评价了两种结构形式的破坏模式与损伤程度。结果表明,同等用钢率下,钢板-混凝土筒体抗冲击性能更好。

在役型钢再生混凝土组合结构损伤智能监测系统关键技术研究

再生粗骨料由于其自身的局限性对型钢再生混凝土组合结构的长期使用性能存在一定的影响,对在役型钢再生混凝土组合结构的长期性能需进一步探究。基于此,本文在计算机视觉技术的基础上建立型钢再生混凝土组合结构外观损伤(裂缝)识别模型,将超声检测技术与深度学习方法相结合建立在役组合结构内部损伤变化和损伤位置监测,并基于BIM平台构建型钢再生混凝土组合结构长期使用过程结构损伤智能监测系统。该研究为型钢再生混凝土组合结构长期使用性能的监测与预测提供了新方法。

钢板-混凝土组合剪力墙裂缝控制及监测分析

以实际工程为背景,对1.7 m厚钢板-混凝土组合剪力墙的裂缝控制及监测进行分析。大体积混凝土构件,由于其水化热比较高容易产生温度裂缝,基于此首先对原材料及配合比进行优化设计,降低混凝土水化热。然后对大厚度组合剪力墙浇筑后采取合理的养护措施控制其内部温度以及对裂缝发生情况进行实测分析,最后经过一系列针对性的裂缝控制措施及监测结果表明,采用优化设计对大厚度组合剪力墙的裂缝控制优于同类工程的裂缝控制效果。

型钢混凝土组合结构施工技术在房建工程中的应用

型钢混凝土组合结构在济南市轨道交通R3线一期工程中济南东车辆段梁、柱安装工程得到应用。应用中形成以下经验:型钢柱的安装中,由于受力大,其安装的位置、标高及垂直度控制十分重要,要通过经纬仪做好观测,其标准应从地面引测,而不能从下节柱顶引上,避免累积误差;焊接质量决定了钢柱强度,其控制关键在于焊接工艺评定、焊后外观和无损检测;型钢的钢筋绑扎涉及到主筋、箍筋节点较多,重点做好主筋穿插、箍筋焊接等,严格按照设计图绑扎;型钢构件支模考虑型钢梁结构的摆放形式,为有利于钢筋绑扎,应先安装底模,再绑扎钢筋,最后支设侧模,确保钢筋绑扎效率和支模质量;型钢浇筑环节,要重点考虑浇筑的密实度和均匀性,要在浇筑时按照预留灌注孔浇筑,确保梁、柱底部填充到位;并按照分层浇筑、对称捣鼓的原则,确保填充密实、均匀。

浅析钢板混凝土组合梁的加固

以钢板混凝土组合梁加固方法为主要的研究对象,总结了组合梁的类型和特点,归纳了国内相关研究学者对钢板混凝土组合梁结构承载力降低或由在外力作用下结构遭受破坏的情况下,包钢加固法,粘贴钢板法,锚粘(焊)钢板加固法等3种加固措施方法,为钢板混凝土组合梁加固提供理论基础和实践应用,同时提出了进一步的完善相关施工工艺规范或标准的建议。

钢板-混凝土组合结构桥塔研究及应用综述

桥塔是大跨缆索支承桥梁中重要的受力构件,尤其是多塔斜拉桥中塔对刚度和承载力同时提出了较高的要求。钢板-混凝土组合结构桥塔丰富了桥塔结构形式的选择,对于解决多塔斜拉桥中塔刚度不足等关键技术问题具有重要意义。首先对组合结构桥塔的整体应用现状进行调研汇总,目前组合结构在桥塔中多作为局部结构或以钢管混凝土结构形式应用于中小跨径桥梁,大跨径缆索支承桥梁中需要的大截面尺寸钢板-混凝土组合桥塔目前研究较为缺乏。对保证钢、混凝土协同工作性能的连接件及双钢板-混凝土组合结构形式的已有研究和现状进行了调研分析,现有小尺度组合结构试验及常规连接件研究成果不适用于组合桥塔,有待针对桥塔受力特性开展进一步研究。提出双钢板-混凝土组合结构桥塔及薄开孔板连接件,通过试验研究及理论分析研究给出了组合桥塔受力机理及设计理论。最后,结合依托工程南京五桥经验提出组合结构桥塔设计建议及方法,组合桥塔在算例分析中与混凝土桥塔、钢桥塔相比显示出了在受力性能、经济性能及施工便利性方面的优势。研究与实践均表明,新型组合结构桥塔体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为大跨缆索支承桥梁工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在桥梁工程中的应用。

高延性混凝土蒙皮压型钢板预制组合楼板的试验研究

基于高延性混凝土研发的新型预制组合楼板(上、下15 mm厚的高延性混凝土薄板夹压型钢板,沿跨度方向封边,形成的具有空间效应的组合楼板)具有耐火性好、自重余拱小且适应于大跨度结构等优势。通过足尺试件的均布堆载试验,研究了新型预制组合楼板在竖向荷载作用下的承载力、变形特征及破坏形态。结果表明:新型预制组合楼板为受弯破坏,受压区高延性混凝土未压碎,压型钢板未出现脆性断裂现象,破坏前有明显征兆,表现出较好的延性;有限元模型的计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模拟的可靠性。

钢板夹心混凝土组合剪力墙的变形能力研究

为研究钢板夹心混凝土组合剪力墙的变形能力,该文基于平截面假定推导了钢板夹心混凝土组合剪力墙的截面曲率延性系数,并利用等效塑性铰假定进一步得到其位移延性系数,通过已有试验结果验证了该计算方法的可靠性。利用该计算方法研究了轴压比、端柱套箍指标、剪力墙高宽比、钢板强度、混凝土强度等参数对钢板夹心混凝土组合剪力墙位移延性系数的影响。研究表明:通过控制剪力墙轴压比,适当提高端柱套箍指标,使用低强度钢材以及设置有效构造隔板可有效保证剪力墙的变形能力。

泡沫混凝土弹塑性损伤模型在组合式防护结构中的应用

为了将新型泡沫混凝土动态弹塑性损伤模型应用到防护结构中,首先开展组合式防护结构预制孔装药爆炸试验;随后利用新泡沫混凝土材料模型对试验进行数值模拟验证,并将新模型的模拟结果与LS-DYNA中Soil and Foam模型的模拟结果进行对比;最后,基于验证的数值模型,开展以梯度泡沫混凝土作为分配层的组合式防护结构预制孔装药爆炸的数值模拟,探讨梯度泡沫混凝土层界面层数和排列方式对组合式防护结构抗爆性能的影响。结果表明,新泡沫混凝土材料模型的模拟结果与试验结果吻合良好,与Soil and Foam模型相比,新模型在应力波传播和损伤破坏方面预测更好,泡沫混凝土层界面层数和排列方式对作用在主体结构上的应力以及分配层的损伤破坏情况有一定的影响。

单钢板-混凝土组合板承载性能分析

为研究单钢板-混凝土组合板在公路桥梁中的应用,提出一种新的钢板与混凝土板组合形式。通过对其进行仿真模拟结合静力试验,研究其裂缝发展模式和破坏形态,分析该模式组合板受弯承载性能。试验结果表明:试件破坏模式为弯剪混合破坏,在试验过程中,试件截面纵向应变沿组合板高度上基本符合平截面假定,在破坏前有明显的变形特征,且承载性能较好。可见该形式的组合板基本能满足使用需求,对实际工程组合板的选型有一定的参考意义。