不锈钢槽式预埋组件受剪性能研究

为研究不锈钢槽式预埋组件在剪力作用下的破坏模式和承载性能,完成了3组9个带混凝土基材的不锈钢槽式预埋组件试件的受剪试验。试验结果表明,平行受剪工况下破坏模式为齿牙剪切破坏,垂直受剪工况下破坏模式为混凝土边缘破坏及槽道卷边受弯破坏。在试验的基础上,通过ABAQUS软件建立了有限元分析模型,并验证了模型的准确性。通过数值分析研究了齿牙尺寸、混凝土强度、边缘距离、锚件中心线间距及预埋槽道有效埋深等参数对极限承载力的影响。结果表明,平行受剪工况下,平齿型槽道的齿牙数量、宽度及厚度的增加均可提高极限承载力,齿牙高度对极限承载力影响较小;垂直受剪工况下,平齿型和燕尾型槽道的混凝土强度及边缘距离的增加均可提高极限承载力,而锚件中心线间距的增加则使极限承载力降低,预埋槽道有效深度对极限承载力影响较小。给出了不同破坏模式下的受剪承载力计算公式,通过试验结果与有限元模拟结果的对比,验证了承载力计算公式的有效性。

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点受剪承载力计算方法

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

不同类型钢纤维UHPC无腹筋梁受剪性能试验

基于单点加载下4根超高性能混凝土无腹筋梁构件受剪破坏试验结果,研究其受剪性能,以钢纤维类型为主要研究参数,分析钢纤维类型对无腹筋梁的受剪承载力、裂缝发展形态、挠度和韧性等发展规律。结果表明:端钩型钢纤维对提高超高性能混凝土无腹筋梁的受剪承载力、阻滞裂缝发展及控制试件变形能力作用优于光滑平直型和波浪型钢纤维,而端钩型Ⅱ钢纤维优于端钩型Ⅰ钢纤维;端钩型Ⅰ和光滑平直型钢纤维增韧效果较好,但分担纵筋拉力较少;波浪型钢纤维分担纵筋拉力较多,提高超高性能混凝土无腹筋梁抗裂性的效果较好,但增韧效果较差。经对比分析,陈璇公式计算值精确度较高,离散程度小。

非对称集中荷载下无腹筋RC梁受剪性能试验研究

非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁具有两个不同的剪跨比,而两剪跨段受剪承载力与剪力作用之间的相对大小存在不确定性.通过开展6根非对称和4根对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁受剪性能试验研究,获取了破坏形态、荷载-跨中位移曲线和纵向受拉钢筋应变,并分析了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式、修正压力场理论、基于截面应变分析的抗剪模型和Zsutty统计公式的适用性.结果表明,对于小剪跨比恒为1.0的无腹筋简支梁,大剪跨比为2.0~4.0的梁均在大剪跨段发生剪切破坏;当大剪跨比由3.0增大至3.5时,梁的极限承载力出现由大剪跨段控制转变为小剪跨段控制的现象《.混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)预测非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁发生剪切破坏的位置与试验结果相反,而Zsutty统计公式的预测效果最好.

预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁受剪性能

将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁,再与整体现浇的混凝土板组合成的组合梁,称为预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁(PUCS-MCS组合梁)。它是一种能充分发挥不同材料的性能、施工方便且整体性能好的新型桥梁结构。为探究其抗剪性能,开展了9根模型梁的试验。分析了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件变形、破坏模式、抗剪承载力的影响;基于试验研究结果,提出了PUCS-MCS组合梁抗剪承载力计算方法。结果表明:PUCS-MCS组合梁均为剪压破坏,所有梁在开裂前的荷载-挠度曲线差异不大,在开裂后刚度不断下降;PUCS-MCS组合梁的抗剪承载力随接缝处剪力键数、UHPC钢纤维掺量、配箍率和纵筋率的增大而增大,随干接缝数量增加和剪跨比的增大而减小,其中影响最显著的是干接缝和剪力键,影响最小的是钢纤维掺量和配箍率,因此PUCS-MCS组合梁可不配箍筋,并可采用较低钢纤维掺量的UHPC。

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。

装配式混凝土墙板新型键槽接缝受剪性能研究

为研究适用于低多层装配式混凝土(PC)墙板的新型键槽接缝界面的受剪性能,设计并制作2组共8个键槽式接缝连接的PC墙板试件,开展单向推剪加载试验和扩展参数数值分析,分别探讨轴压比、结合面砂浆强度及键槽构造形式等因素对键槽界面受剪性能的影响;提出新型键槽接缝界面的受剪承载力计算公式,并构建键槽接缝界面的剪力-滑移模型。研究结果表明:轴压比对接缝破坏形态和受剪承载力均具有显著影响,增大轴压比后,裂缝发展更为充分,局部混凝土出现剥落甚至压溃,接缝的受剪承载力与轴压比近似呈线性关系。提高结合面砂浆强度可较大幅度地提升接缝的受剪承载力,对比普通填充砂浆,采用高强砂浆连接试件的受剪承载力提高了57.2%。合理的键槽界面构造可有效提高接缝的受剪承载力,相较于传统的平直缝界面,深度为50 mm、倾斜倒角为11.3°的键槽界面的受剪承载力提升了16.5%。本文所提公式受剪承载力计算结果与试验结果吻合较好,所提模型能准确预测键槽界面的受剪行为。

钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的影响因素研究

影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的因素较多,斜截面受剪承载力大小对梁的斜截面的破坏形态有着重要影响。基于斜截面受剪承载力计算方法,通过工程实例分析,对各因素作用下梁斜截面受剪承载力的变化规律进行研究,并进一步探讨了各因素对梁斜截面受剪承载力的影响程度。结果表明:随着混凝土强度等级、纵筋的配筋率及截面高度的增加,梁斜截面受剪承载力随之增加,两者表现出显著的线性正相关关系。剪跨比与梁斜截面受剪承载力之间呈现明显的线性负相关关系,梁斜截面受剪承载力随箍筋配筋率增加而显著提高。箍筋配筋率对梁斜截面受剪承载力的影响最为显著,是在截面尺寸受限的情况下提高梁斜截面受剪承载力的首要措施。

拉-压变轴力下小剪跨比RC剪力墙受剪试验研究

近年来,高层建筑中底部剪力墙因受拉,处于拉-压变轴力和水平荷载耦合受力的问题得到了广泛的关注。为了研究拉-压变轴力下小剪跨比钢筋混凝土(RC)剪力墙的受剪性能,该文完成了3个剪跨比为1.0的RC剪力墙在拉-压变轴力下的往复受剪试验,研究参数为拉-压变轴力变化幅值和加载路径。结果表明:不同加载路径下RC墙均在压剪方向发生剪压破坏,压剪方向极限位移角为1.2%~1.4%;拉-压变轴力变化幅值改变墙体拉剪和压剪承载力,加载路径对墙体的拉剪强度有一定的影响,但对压剪强度影响很小;拉-压变轴力下剪力墙的滞回曲线呈现明显不对称现象,拉-压变轴力的变化幅值对滞回曲线的形状影响较小,但加载路径改变滞回曲线的形状;拉-压变轴力的变化幅值将增加剪力墙拉剪与压剪刚度的差别,在双肢墙结构中可能导致更多的剪力从受拉墙体转移到受压墙体;基于OpenSees建立了可准确模拟拉-压变轴力下RC剪力墙受剪行为的有限元模型。

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型(Modified simplified softened strut-and-tie model,MSSSTM).采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明:MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05,变异系数分别为0.04、0.09;按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好,离散性较小,且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.

空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能分析

由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能进行模拟分析。分析结果表明,空间钢构架对混凝土梁的斜截面受剪承载力有利,随着剪跨比的减小、配箍特征值的增大其斜截面受剪承载力提高。基于已有的试验研究和模拟分析,采用极限平衡原理,考虑空间钢构架的有利作用,建立空间钢构架混凝土梁抗剪承载力的计算公式,公式的计算值与试验值吻合较好,可以作为空间钢构架混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。

螺纹牙环形受剪力学模型研究

以材料力学、弹性力学理论为依据,以试验结果为分析基础,根据GB/T 3098.2—2015《紧固件机械性能螺母》标准规定内螺纹高度(螺母厚度)H≥0.8D以及螺纹断裂形貌特征,对螺纹悬臂梁假设进行探讨。提出螺纹悬臂梁假设不符合材料力学、弹性力学悬臂梁结构定义,按悬臂梁假设采用材料力学的弯曲应力和剪切应力公式,不符合实验结果。在此基础上,提出螺纹环形受剪力学模型,认为螺纹主要受剪力,只校核切应力τ≤[τ]([τ]为许用剪切应力)即可满足螺纹设计要求。同时采用科学类比方法,发现内外螺纹(牙)受力等效于垫圈冲孔力学应力状态,可以借用垫圈冲孔来进行对比分析。通过材料力学解析,分析推导了螺纹(牙)环形受剪力学公式,提出旋拧过载时螺纹剪断还是螺杆断裂判决不等式。依据受剪公式及判决不等式发明了一种基于强度理论的自锁螺母,按国军标GJB 715.3A—2002《紧固件试验方法振动》进行振动试验,该螺母锁紧性能超过了标准要求,从而证明了螺纹(牙)环形受剪力学模型的正确有效性。

剪力键连接预制装配混凝土梁受剪性能数值模拟研究

基于ABAQUS软件建立了预制装配混凝土梁的精细化有限元模型,首先对比了灌浆套筒+剪力键连接、剪力键连接、现浇梁的抗剪性能与承载能力,发现界面性能是影响承载能力的关键,灌浆套筒+剪力键连接的梁承载能力接近于现浇梁。对剪力键形式进行参数分析后发现:剪力键倾斜角对抗剪承载能力的影响较小,d/h比和受剪面积是影响装配式钢筋混凝土梁粘结性能和抗剪能力的主要因素。尤其是剪力键参与受剪的面积,当受剪面积足够大时,预制装配混凝土梁的抗剪性能可等同于现浇,因此设计剪力键时应使剪力键参与受剪的面积足够大,同时尽量使d/h比设计接近1/3。

超高性能混凝土T形截面梁受剪性能试验研究

对9片超高性能混凝土(UHPC)T形梁设计进行了受剪性能试验,分析钢纤维掺量、配箍率和剪跨比等主要参数对试验梁破坏形态、裂缝开展过程和抗剪承载力的响应影响规律。基于公开发表的57片UHPC梁受剪实测数据,分析对比了既有多国规范的抗剪承载力计算方法。试验结果表明:UHPC-T梁具有较高的抗剪承载力和延性,2%~3%的配纤率有助于更好地发挥钢纤维的抗剪贡献,既有规范对UHPC-T梁的抗剪承载力计算偏保守,对钢纤维的贡献有待进一步研究。

全框支剪力墙结构层间刚度比及受剪承载力比分析

由于使用功能原因轨道交通车辆基地全框支剪力墙结构首层层高突变,导致首层与上一层(一般为转换层)的刚度比和受剪承载力比突变,而且超出规范限值较多。文中对现行规范关于楼层侧向刚度和受剪承载力的计算方法进行了讨论,对水平荷载作用下全框支剪力墙底部框架的受力特点进行分析,指出上述楼层侧向刚度和受剪承载力的计算方法不适用于全框支剪力墙结构。建议在保证上部剪力墙先于底部框支框架屈服的前提下,不控制车辆基地全框支剪力墙结构首层与2层的层间刚度比和受剪承载力比。

基于光照技术的配称结构面有效受剪区域量化研究

结构面的有效受剪区域直接影响其抗剪性能,在以往结构面粗糙度和接触状态分析的基础上,结合结构面的形貌特征扫描和光照技术,对配称结构面有效受剪区域的量化分析方法进行了研究。结果表明:(1)在光源照射下,结构面上的光亮部分较好地反映了剪切过程中的有效受剪区域,对不同入射角下三维光亮面积百分比(BAP^(3D))的值进行了统计,随着入射角度的增大,结构面三维光亮面积百分比(BAP^(3D))整体呈近似S型的增长趋势;(2)将结构面有效受剪区域面积与结构面总面积的比值定义为有效受剪系数(JEC),结合Patton模型,从理论上分析确定了光源最佳入射角度φ_(B)=90°–(φ_(b)+i)(φ_(b)为结构面基本摩擦角,i为结构面平均起伏角),此时,光亮区域面积和实际有效受剪面积一致,对应BAP^(3D)即为所求的结构面有效受剪系数;(3)考虑有效受剪系数,对Barton剪切力学模型进行修正,建立了修正的结构面剪切力学模型,验证分析表明该模型能较准确地估算结构面的抗剪强度。

复合受剪钢纤维再生混凝土破坏机理及强度计算

为研究钢纤维再生混凝土在复合受剪状态下的力学性能,以取代率、法向应力和钢纤维掺量为变化参数,设计了102个标准立方体试件进行复合受剪试验。观察了钢纤维再生混凝土在直剪、压剪作用下的破坏形态,获取了其在直剪、压剪作用下的全过程剪切应力-位移曲线,深入分析了取代率、法向应力和钢纤维掺量对钢纤维再生混凝土剪切强度、峰值位移的影响规律。结果表明:随着法向应力的增大,剪切强度逐渐增大;随着取代率的增加,掺量为0%的钢纤维再生混凝土剪切强度随之减小,掺量为1%的钢纤维再生混凝土剪切强度先增大后减小;与掺量为0%的钢纤维再生混凝土相比,掺量为1%的钢纤维再生混凝土平均剪切强度提高了10.77%;提出了剪切强度公式,所得计算值与试验值吻合良好。

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁受剪性能试验研究

为研究结构空间约束对现浇楼盖梁受剪性能的影响,以剪跨比、面积配箍率、空间位置为变量,在足尺框架结构中开展12根楼盖梁受剪试验,并与对照试件简支梁试验结果进行对比。结果表明:结构空间约束可提高楼盖梁受剪承载力,削弱其变形能力;剪跨比和空间位置显著影响楼盖梁受剪承载力;剪跨比为0.7和1.0时,楼盖梁受剪承载力较简支梁平均提高至1.09和1.39倍;剪跨比0.7时,边框边跨和中框边跨位置的楼盖梁受剪承载力平均提高至1.10和1.25倍;剪跨比1.0时,边框边跨、边框中跨、中框边跨和中框中跨位置的楼盖梁受剪承载力平均提高至1.30、1.30、1.43和1.72倍。根据受剪试验结果修正考虑结构空间约束的楼盖梁受剪破坏数值模拟方法,数值模拟结果表明,楼盖梁在受剪过程中因空间约束产生约束轴力,约束轴力随跨中挠度增大而不断增大。

混凝土受拉边倾斜变截面梁受剪承载力数值分析

为研究混凝土受拉边倾斜变截面梁在集中荷载下的抗剪性能,首先,根据目前主流混凝土等截面梁受剪承载力模型,归纳了中国建筑科学研究院有限公司和Gulsan的试验中变截面梁临界斜裂缝的特点;其次,为克服有限元程序在模拟裂缝上的不足,建立了受拉边倾斜变截面梁的预设斜裂缝有限元模型,并对变截面梁的受剪破坏过程进行了模拟分析;然后,通过分析在极限荷载时临界截面上的应力状态规律,提出了受剪承载力模型假定,采用临界截面上的受压区混凝土剪压破坏准则,建立了受剪承载力计算方法;最后,收集了国内外40根变截面梁受剪试验数据,与本文方法、我国规范方法、Gulsan方法的预测值进行了统计分析.结果表明本文方法的计算精度更高,可为工程实践和规范修订提供参考.