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。

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。

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。

基于机器学习的单钢板混凝土组合板冲击响应预测及优化

单钢板混凝土组合(half steel-concrete composite,HSC)板的抗冲击性能十分出色,可有效抵挡落石冲击。在符合相关规范要求的前提下,可通过设计降低HSC板在落石冲击作用下的变形,以最大限度地保护山区基础设施和人民的安全。为快速、准确地处理HSC板的变形和设计参数之间的复杂非线性关系,基于三种机器学习算法分别建立冲击作用下HSC板最大变形的预测模型,并通过有限元结果对模型进行验证;在此基础上,以落石冲击下HSC板的最大变形、自质量和造价为优化目标,采用遗传算法对某山区建筑中某HSC屋面板进行优化设计,求解HSC屋面板的厚度、连接件尺寸等设计参数的最优解集。研究结果表明,高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型对HSC屋面板变形的预测精度最高,可代替复杂耗时的有限元计算,有效提高目标方程的计算效率,且最终的优化结果给出了多种优化方案,可有效降低HSC屋面板变形,为工程设计提供参考。

单钢板混凝土组合板冲击响应的数值模拟及计算方法

采用LS-DYNA软件建立了冲击作用下单钢板混凝土组合板(Half-SC板)的有限元模型,根据现有试验结果验证了模型的准确性,并进一步分析了冲击物质量、冲击速度和钢板厚度对Half-SC板位移响应的影响规律。在此基础上,推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式,提出了Half-SC板的抗力函数,并建立了计算Half-SC板位移响应的等效单自由度模型。研究结果表明:Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力阶段,混凝土冲切开裂阶段,水平钢筋断裂阶段;冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最大,冲击物质量次之,钢板厚度的影响最小;所提出的等效单自由度模型能够很好地预测Half-SC板的位移时程。

接触爆炸作用下双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

相较于普通的双钢板混凝土组合板,双波纹钢板混凝土组合板具有更大的平面外抗弯刚度、抗压承载力与抗剪承载力,在超高层建筑、海洋平台等结构中具有广泛的应用潜力。首先建立了双波纹钢板混凝土组合板有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA非线性软件对双波纹钢板混凝土组合板的破坏模式和爆炸响应进行了数值分析,并与双钢板混凝土组合板接触爆炸试验进行对比,验证了数值分析方法的准确性。参数化分析了波纹对齐方式、波纹深度和波纹密度对双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能的影响规律。结果表明,接触爆炸作用下,双波纹钢板混凝土组合板的抗爆性能优于普通双钢板混凝土组合板的抗爆性能,钢板采用螺栓间上凸下凹形式,以及增加波纹深度和密度可以显著提高组合板的抗接触爆炸性能。

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。

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点抗震性能试验研究

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点是一种新型墙梁节点,设计并制作了四个足尺的外肋板式钢板混凝土剪力墙与钢梁节点模型试件进行低周往复加载试验,研究钢梁跨高比、外肋板宽厚比以及设置栓钉对试件的滞回性能、延性、耗能和刚度退化等抗震性能的影响。结果表明该节点具有良好的延性和耗能能力,外肋板对节点承载力有较大提升,跨高比较小的试件在弹塑性阶段具有更好的耗能能力,改变外肋板宽厚比和在墙侧设置栓钉对该节点初始刚度无明显影响,该节点荷载有两种传递方式,一种由外伸梁传至外肋板,再由外肋板传至剪力墙;另一种直接由外伸梁传递至剪力墙,前者占比更高。

L形截面单钢板连接钢管混凝土组合异形柱轴压承载力试验研究

设计了一种L形钢管混凝土组合异形柱,对单钢板连接异形柱进行轴压试验。试验结果表明,单钢板连接试件破坏时,柱肢钢管局部鼓曲现象较明显,单钢板连接各柱肢协同变形能力较弱,分析了应变沿柱截面的分布规律。

单面外包混凝土组合钢板剪力墙的混凝土板厚需求

外包混凝土组合钢板剪力墙抗剪承载力高、抗侧刚度大、耗能能力强,是一种有效的高层结构抗侧力构件。该构件利用钢筋混凝土板对钢板提供的侧向约束,使得钢墙板屈曲晚于剪切屈服。延性设计要求钢板进入剪切屈服后要有一定的变形耗能能力,混凝土板需达到一定的厚度才能保证钢板发生弹塑性屈曲。因此混凝土板厚需求是组合钢板剪力墙设计中的一个关键问题,但前人对于这方面的研究并不是很多。考虑栓钉间距、混凝土板厚度、钢板厚度、混凝土强度等级、墙板高宽比的变化对单面外包混凝土组合钢板剪力墙进行了弹塑性分析。基于有限元计算结果,提出了单面外包混凝土组合钢板剪力墙在层间侧移角小于0.4%时钢板不发生屈曲的混凝土板厚需求计算公式。

超薄型内嵌单片式钢板-混凝土组合剪力墙施工技术

当钢板剪力墙设计壁厚较薄且内嵌单片式钢板时,狭窄空间钢筋安装及混凝土浇筑成为施工难点。结合工程实践,应用超薄型内嵌单片式钢板-混凝土组合剪力墙施工技术,通过BIM技术深化设计,优化钢筋与钢板墙的连接节点,在钢板墙上增设耳板或留置穿筋孔位,将钢筋分段与钢板墙焊接连接,解决钢筋和钢板连接困难的问题。针对薄壁的特点,混凝土浇筑时提前设计下料及振捣通道,优化配合比,制定养护措施,避免结构出现有害裂缝,保证结构施工质量。

多腔钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为研究高层或超高层大楼中拟采用的多腔钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对其进行拟静力试验及有限元模拟,分析了腔数对该类组合剪力墙的破坏模式、承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及耗能能力的影响。试验现象表明试件的破坏模式均为上部混凝土压碎、角部钢板屈曲。通过分析试验结果发现,该种类形式的组合剪力墙在较高轴压力作用下仍具有良好的水平变形能力和较强的耗能能力,3个试件的极限位移角平均值为1/61,且单腔长宽比的减小会降低试件的承载力、增加试件延性。通过有限元软件建立的该类组合剪力墙模型证明该计算结果与试验值吻合良好,同时发现当单腔长宽比减小到1.94时,组合剪力墙的极限承载力基本不变。

闭口型压型钢板-混凝土组合板的刚度计算

闭口型压型钢板 -混凝土组合板的挠度控制是这种新型组合楼板设计中的一个重要因素。在12块闭口型压型钢板简支组合板试验研究的基础上 ,建立了闭口型压型钢板 -混凝土组合板的刚度计算方法 ,针对ASCE标准提出了适合这种新型组合板刚度计算的修正建议。

闭口式压型钢板-混凝土组合楼板耐火试验研究

对闭口式组合楼板进行了耐火试验 ,结果表明 ,在标准升温情形下这种压型钢板 混凝土组合板具有较好的吸热性能和耐火性能 ,可达到一级建筑楼板的耐火极限 ( 1 5h)

闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳性能试验研究

为研究闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳性能,完成14块闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳试验研究。试验主要考察组合板端部栓钉布置、组合板板厚、疲劳荷载水平及组合板加载剪跨比等4个主要因素对组合板疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合板在各个关键阶段的动挠度、动滑移、压型钢板及混凝土应变、组合板残余挠度及组合板剩余承载能力等参数进行测量和分析。在试验研究基础上,根据组合板疲劳破坏形态及损伤发展情况,着重对组合板的疲劳性能进行较全面研究,初步提出组合板疲劳性能水平评估方法及组合板疲劳设计建议。试验研究结果表明,无栓钉组合板的疲劳性能明显差于带栓钉组合板,布置栓钉可大大提高组合板疲劳性能;无栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为40%的静力极限荷载,而带栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为60%的静力极限荷载。研究结果为闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳设计计算提供有利依据。

弧形双钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

依据规范设计了3种不同连接件的弧形双钢板混凝土组合板,基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序研究了弧形双钢板混凝土组合板在近场爆炸作用下的损伤模式、跨中位移变化以及能量消耗状况等,对比研究了3种不同板的耗能状况及损伤机理。以背爆面钢板跨中位移为指标,分析了用药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对弧形双钢板混凝土板抗爆性能的影响规律。结果表明:在近场爆炸作用下,弧形板均保持良好的整体性,没有出现混凝土飞散现象,仍具有持续承载能力,比传统平面双钢板混凝土组合板具有更加优异的抗爆性能;重叠栓钉的连接性能强于栓钉,稍弱于对拉螺栓;提高混凝土强度不能改善混凝土的损伤状况,但能减小跨中位移;增加钢板厚度能显著减小钢板跨中位移,提高弧形双钢板混凝土组合板的抗爆能力。

缩口型压型钢板-混凝土组合板的承载力及变形(一):试验研究及纵向抗剪承载力

共进行了8块组合板试验,研究了缩口型压型钢板-混凝土组合板的破坏特征、纵向抗剪、抗弯等力学性能。试验结果表明,对组合板承载力起控制作用的是纵向剪切破坏和弯曲破坏,对于端部无栓钉的组合板,随剪跨比Ls/dp的增大,破坏形态会逐渐由纵向剪切破坏向弯曲破坏过渡;端部栓钉可以有效改善组合板在极限状态时的受力性能。在试验研究的基础上,分别采用m-k法和部分剪力连接法回归得到了计算该类型压型钢板组合板纵向抗剪承载力的必要参数,同时分析了端部栓钉的有利作用。两种方法均能较准确地预测板的极限承载力。

按部分剪力连接计算压型钢板-混凝土组合板承载力的简化方法

提出多种荷载作用下,简支压型钢板-混凝土组合板承载力的部分剪力连接简化计算方法。分析组合板纵向剪切破坏的部分剪力连接理论模型,阐明组合板纵向剪切破坏的机理,以及控制截面位置和极限荷载的求解思路。通过公式推导,分别得到了组合板在两点对称荷载和均布荷载作用下的承载力计算公式。在此基础上,提出点荷载和均布荷载共同作用下的组合板承载力计算方法,通过参数分析,对该方法进行简化,得到多个荷载作用下组合板承载力的简化计算公式。结合12个简支组合板的静力试验结果,进行公式验证,计算结果与试验值吻合良好。通过小比例滑块试验得到压型钢板与混凝土的界面强度参数,即可用该方法计算组合板的承载力。

缩口型压型钢板-混凝土组合板的承载力及变形(二):考虑滑移效应的折减刚度

压型钢板与混凝土之间的相对滑移对压型钢板-混凝土组合板的变形影响较大。现行有关规范在计算组合板挠度时,未考虑滑移效应,导致变形计算值偏低,偏于不安全。在钢-混凝土组合梁挠度计算的折减刚度法基础上,考虑组合板自身的受力特点,提出了考虑滑移效应的组合板折减刚度公式。试验结果表明,该法能较准确地预测组合板在正常使用状态下的挠度。

压型钢板-混凝土组合板的受力性能及其计算

压型钢板 混凝土组合板的承载能力主要由其纵向抗剪能力控制 ,同时与其竖向抗剪能力及抗弯承载能力也有一定关系。纵向抗剪能力的影响因素众多 ,综述有关的研究成果。结合算例 。