钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比(b_(f)/L_(0))和高厚比(h/h_(f))对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明:不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当b_(f)/L_(0)<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤b_(f)/L_(0)≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的公式进行了对比。对比结果表明:相较于《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。

外包钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土柱节点的试验研究

外包钢-混凝土组合梁是一种新型组合梁,在负弯矩作用下具有良好的工作性能,其与柱连接节点的构造还有待合理设计并试验验证。采用两种不同的构造形式,设计4个外包钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土柱的连接节点,并对其进行低周反复荷载作用下的试验研究。对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性和钢筋、钢板的应变等性能进行分析,结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土柱的连接节点具有较好的受剪承载力、延性和耗能能力,能够满足工程要求。在此基础上对节点的受力机理进行探讨,提出节点核心区受剪承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合良好。

外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱连接节点试验研究

介绍了2个外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱的连接节点,并对其进行了低周反复荷载作用下的试验研究.对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性和钢筋、钢板的应变等性能进行了分析.试验结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱的连接节点具有较强的受剪承载力、较好的延性和耗能能力,能够满足工程要求.在此基础上对节点的受力机理进行了探讨,提出了节点核心区受剪承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合良好.

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式:隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明:楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。

U型外包钢-混凝土组合梁延性的试验研究

为探讨U型外包钢．混凝土组合梁的延性，对9根U型外包钢-混凝土组合梁进行了试验研究，研究了其延性与破坏类型之间的关系,根据试验结果，用灰色系统理论对影响U型外包钢-混凝土组合梁延性的主要因素——混凝土翼缘板宽度、剪力连接系数、混凝土强度、横向配筋率和底部钢板的屈服强度——进行了分析，并在此基础上用有限元软件ANSYS对上述5个因素对组合梁延性的影响规律进行了定量分析．最后，基于试验和数值模拟结果，建立了U型外包钢,混凝土组合梁位移延性系数的计算公式,试验和数值分析结果表明：U型外包钢,混凝土组合梁的延性主要取决于它的破坏类型，其位移延性系数为2．4～4．3；发生延性破坏的U型外包钢，混凝土组合梁的位移延性系数高于相同用钢量的钢筋混凝土梁。

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁隔板贯通节点抗震性能研究

在钢管混凝土柱与钢梁连接节点形式的基础上,结合外包U形钢混凝土组合梁的构造和受力特点,提出两种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式:隔板贯通部分钢筋贯穿式节点和隔板贯通钢筋截断式节点。设计多个节点试件,并利用软件ANSYS对节点试件进行低周反复荷载作用下的非线性有限元分析,研究两种不同构造形式节点的抗震性能。研究结果表明:两种节点的受力特征和破坏模态基本一致,均为梁端塑性铰破坏,其中钢筋截断式节点承载力略大于部分钢筋贯穿式节点;两种节点的滞回曲线形态相似,滞回环较饱满,节点的等效黏滞阻尼系数均大于0.35,节点具有良好的延性和耗能能力。

方钢管混凝土柱与外包钢-混凝土组合梁外伸内隔板式节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢-混凝土组合梁连接节点形式——外伸内隔板钢筋截断式节点。基于"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计原则,设计3个试件,并对其进行低周反复荷载试验研究,分析节点的破坏特征,考察节点区的剪切变形,深入研究节点的滞回曲线和骨架曲线,进而研究节点的承载能力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能。研究结果表明:各试件的破坏主要集中在靠近柱壁的梁端区域,而钢管柱和节点区的变形和应力很小,基本处于弹性阶段;由于梁内混凝土及翼板的组合作用,各节点的滞回曲线呈不对称的纺锤形,无明显捏缩现象,比较饱满,耗能性能良好;各节点试件的位移延性系数和等效粘滞阻尼系数明显大于普通钢筋混凝土结构的相应指标;在整个加载过程中,刚度退化稳定。

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。

新型外包钢-混凝土组合结构的优越性和带来的经济效益

本文介绍一种新型外包钢-混凝土组合结构形式,经理论和试验研究,证明这种结构优越的性能,以及它所带来的巨大的经济效益,符合我国目前提倡的建筑施工工厂化制作、快速施工、经济节约、环保的要求,值得在我国中高层建筑推广应用。

新型外包钢-高强混凝土组合梁的试验研究

针对普通混凝土组合梁在理论及工程应用上存的问题,首先提出了新型外包钢-高强混凝土组合梁,进行了8根足尺简支梁的试验研究,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等,分析了外包钢-高强混凝土组合梁试件荷载-位移曲线,荷载-应变关系和应变沿截面高度的分布,认为外包钢-高强混凝土组合梁具有较优越的力学性能和良好的工程应用前景。与一般的组合梁比较,其抗弯承载能力更高,延性好,施工方便,耐久性更高,整体经济效益优良,适用于跨度较大的结构。采用三维实体模型,对外包钢-高强混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合。

外包钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善小跨高比连梁的抗震性能,采用高延性混凝土(HDC)代替混凝土,设计了2个外包钢板-HDC组合连梁、1个外包钢板-混凝土组合连梁和1个内置钢板-HDC组合连梁试件。通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:采用HDC代替混凝土可提高外包钢板组合连梁的变形能力和耐损伤能力;HDC与钢腹板的协同工作性能较好,有利于钢腹板抗剪作用的发挥;外包钢板-HDC组合连梁的耗能能力明显高于外包钢板-混凝土组合连梁和内置钢板组合连梁;外包钢板-HDC组合连梁的剪压比设计值为0.65～0.70,其剪压比明显高于内置钢板组合连梁。因此,采用外包钢板-HDC组合连梁,可提高小跨高比连梁的剪压比限值,解决连梁设计中剪压比超限的问题。

外包钢-混凝土组合梁受扭性能

为了研究外包钢-混凝土组合梁的扭转性能,对8根外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭实验。研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态,工作机理以及裂缝发展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝之间的相互关系。通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式,理论公式计算结果与试验结果吻合良好。

新型外包钢-混凝土组合梁的技术经济性能比较研究

设计了新型外包钢—混凝土梁、传统的I型钢—混凝土组合梁、普通钢筋混凝土三种形式的结构体系,通过MATLAB计算软件和EXCEL数据分析软件比较研究在不同跨度和跨高比条件下,三种梁的抗弯承载力、抗剪承载力、抗弯刚度、跨中挠度和造价曲线,为新型外包钢—混凝土梁结构体系实际应用提供依据。

新型PBL键外包钢-混凝土组合梁抗弯承载力简化计算

基于理论分析,建立了新型PBL键外包钢-混凝土组合梁抗弯承载力计算的基本假定和计算模型,推导出组合梁抗弯承载力的简化计算公式,并采用有限元分析软件ANSYS14.5对组合梁进行了非线性有限元分析。对比分析表明:新型PBL键外包钢-混凝土组合梁抗弯承载力的试验值、简化计算值和模拟分析值吻合较好。

新型外包钢-砼组合梁滑移及变形性能的试验

为研究新型外包钢-砼组合梁的钢-砼交界面相对滑移及变形性能,设计4根不同剪力连接系数足尺简支梁,其中1根为完全剪力连接组合梁,其余为部分剪力连接组合梁。通过对4根简支梁的试验研究,得到组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度关系曲线。根据试验结果分析新型外包钢-砼组合梁交界面相对滑移发展的过程和分布规律。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的交界面相对滑移性能进行了非线性有限元分析,提出剪力连接系数的合理范围。在基于现行规范的基础上提出了组合梁跨中挠度的建议计算公式。把有限元模型和建议公式的计算结果与试验结果进行比较,三者吻合良好。

新型U形外包钢-钢筋砼T形截面组合梁的试验

对新型U形外包钢-钢筋混凝土组合简支梁在施工状态下及在正常使用(组合)状态下的性能进行了试验。试验观察到的结构工作性能与试验前对其工作性能的预测基本一致。该组合梁在施工状态下,外部U形钢板独自承担着来自预应力砼预制板构件的偏心荷载,在该偏心荷载作用下,构件产生很小的变形。对于跨度为6m的边梁,在施工过程中需要在梁的跨中截面处设置一个临时支撑,用来阻止U形外包钢的侧边钢板的扭转屈曲变形。在正常使用(组合)状态下,该组合梁的抗剪承载力试验值大大超过有限元软件的理论计算值。试件的荷载-位移曲线表明,该组合梁结构具有很好的延性。在试件破坏前,组合梁中的混凝土和U形外包钢截面之间具有较好的粘结性能。

新型外包钢-砼组合梁的受力性能分析

针对普通钢-混凝土组合梁存在的一些问题,提出了一种新型的组合梁外包钢 -混凝土组合梁。为了研究其受力性能,进行了三根足尺简支梁的试验研究,并通过对构件荷载 -位移曲线、荷载-应变曲线和应变沿截面高度分布的分析,认为外包钢 -混凝土组合梁有较优越的力学性能和良好的应用前景。基于组合梁弹塑性理论,推导出梁的正截面承载力的计算公式,与试验结果比较吻合。最后,为了便于其工程中的应用,根据试验结果,提出了适于该种组合梁的一些构造措施。

部分剪力连接新型外包钢-砼组合梁的滑移性能

针对典型的钢-砼组合梁的不足,提出一种新型外包钢-砼组合梁.为研究其钢-砼交界面相对滑移及变形性能,通过4根足尺简支梁的试验研究,得到组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度关系曲线.根据试验结果分析了新型外包钢-砼组合梁交界面相对滑移发展的过程和分布规律.利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的交界面相对滑移性能进行了非线性有限元分析,提出剪力连接系数的合理范围.在基于现行规范的基础上提出了组合梁跨中挠度的建议计算公式.把有限元模型和建议公式的计算结果与试验结果进行比较,三者吻合良好.

体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的承载力分析

对体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的弹性阶段和极限状态进行了受力分析,考虑了预应力以及预应力筋内力增量对连续组合梁弯矩分布的影响。以力法原理为基础,分别建立了预应力加固连续组合梁在对称集中荷载作用下负弯矩区和正弯矩区屈服荷载以及极限荷载的计算公式,计算结果与两根试验梁的试验结果吻合较好。计算公式可供设计参考。