外包U形钢混凝土组合梁承载力计算研究

外包U形钢混凝土组合梁是一种新兴的组合梁形式,该组合梁承载力的计算是组合梁应用的前提和基础。文章基于塑性理论和叠加原理对完全抗剪连接外包U形钢混凝土组合梁正、负弯矩作用下的极限受弯承载力、竖向抗剪承载力以及纵向抗剪和纵向抗滑移承载力的计算进行理论研究,探讨组合梁各承载力的计算方法,建立了相应承载力的计算公式,并通过试验验证了公式的适用性。结果表明:提出的极限受弯承载力计算公式可以较好地预测组合梁的受弯承载力;组合梁竖向抗剪承载力的计算为U形钢侧板和U形钢内混凝土两部分承载力的叠加;提出的组合梁纵向抗剪和纵向整体抗滑移的计算方法和公式,能保证组合梁在弯曲破坏之前不会发生纵向水平剪切破坏和纵向整体滑移破坏。

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U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点抗震性能试验研究

为了研究不同连接方法对外包U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点性能的影响,设计、制作了3组6个节点试件,完成了梁端加载拟静力试验,分析了试件的破坏形式、荷载、位移、应变等.结果表明,试件破坏位置均为梁端,组合墙无损伤.正向加载时,钢板开裂引起承载力与延性降低,延性系数为1.56~2.12;负向加载则不受此影响,延性系数为2.55~2.79.6个试件的强度退化系数最小值为0.7.正向与负向加载时,分别有94%和97%的组合梁钢腹板达到屈服强度.采用截面塑性方法计算承载力时,试验值与理论值之比为0.88~1.08.设计的6个节点均可有效连接组合梁与组合墙,且采用U形连接板后破坏位置外移,可以更好地保护墙体.

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明:4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θy为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θu为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζeq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。

部分包覆T形蜂窝钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

进行了2个主钢件为T形蜂窝钢的部分包覆钢-混凝土组合梁(PECCS-T梁)的静力单调弯矩加载试验研究,并将其与已有的部分包覆H形蜂窝钢-混凝土组合梁(PECCS梁)的试验研究结果进行对比,考察主钢件受压翼缘对组合梁受弯性能的影响,并研究用钢量相近情况下增大蜂窝式主钢件截面扩张比对PECCS-T梁受弯性能的影响。研究结果表明:PECCS-T梁的破坏模式与PECCS梁的破坏模式不同,表现为受拉钢翼缘屈服后受压区混凝土被压碎。组合梁中的受压钢翼缘能有效地约束混凝土,显著提高组合梁的抗弯承载力、变形能力和延性。PECCS-T梁按主钢件最大削弱截面计算得到的理论值Mu与试验值Mtest比较接近。增大T形主钢件的截面扩张比,能够有效提高PECCS-T梁的抗弯承载力,且保持变形能力不降低。

外包U形钢与混凝土组合梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析

对外包U形钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱的连接节点进行有限元分析,采用ANSYS有限元分析软件对组合结构一种节点形式进行三维实体建模,研究其在低周反复荷载作用下的延性性能、耗能能力,得到构件的应力分布、节点的极限承载力、滞回曲线等计算结果。结果表明,组合节点承载能力强,刚度大,稳定性好,破坏形式为正截面受弯破坏,但耗能能力不强。

新型装配式外包U形钢-混组合梁抗剪性能试验研究

U形钢-混组合梁凭借承载力高、抗扭刚度大、延性好等优点在工程中广泛应用。但传统外包U形钢-混组合梁由于下部U形梁截面未闭合,导致其对内部混凝土的约束作用有限。同时,组合梁上部面板一般采用混凝土现浇,与装配式建筑发展趋势不契合。针对以上问题,提出了一种适用于装配式建筑的新型外包U形钢-钢筋桁架混凝土组合梁。对其具体构成进行了详细介绍,通过推出试验对该新型组合梁中U形钢梁与混凝土板的剪切破坏机理及协同工作性能进行了深入研究,可为此新型外包U形钢-混凝土组合梁的进一步研究和实际工程应用提供依据。

方钢管混凝土柱-外包U形钢混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

为了研究外包U形钢混凝土组合梁和方钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了5个外包U形钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点的拟静力试验,包括2个外环板节点和3个内隔板节点。通过研究节点试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和核心区剪切变形等,进一步分析节点试件的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能。研究表明：节点试件加载过程中经历了由弹性、弹塑性到塑性的发展过程;核心区混凝土密实节点试件的滞回曲线更为饱满,延性较好,耗能能力强;外环板节点试件延性要优于内隔板节点试件,耗能能力更强;核心区混凝土不密实的内隔板节点试件具有良好的延性,但承载力显著降低,施工中应严格控制核心区混凝土的浇筑质量,或者在节点核心区采用厚度较大的钢板来提高其延性和承载力。

外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究

对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律。试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性。有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20%;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏。

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。

外包花纹钢-混凝土组合梁滑移性能分析

针对钢-混凝土组合梁抗滑移性能的不足,文章提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,利用外包钢梁的凸起花纹来增强钢梁与混凝土的共同作用;为研究抗滑移连接度对外包花纹钢-混凝土组合梁抗滑移性能的影响,共设计6根足尺简支组合梁;对试验所得的荷载-跨中挠度曲线、荷载-端部滑移曲线和滑移沿梁长分布曲线进行了研究分析,建立了外包花纹钢-混凝土组合梁的滑移简化计算模型,推导出滑移微分方程,求解了在不同荷载方式作用下的滑移理论计算公式;考虑到滑移效应引起的附加挠度,提出组合梁在滑移影响下的跨中挠度理论计算公式;将试验测得的数据与理论计算结果进行比较,两者吻合较好。

外包花纹钢-混凝土组合梁弹性受弯性能

文章提出了一种外包花纹钢-混凝土压型钢板组合梁,为研究其滑移影响下的弹性受弯性能,进行了6根足尺外包钢-混凝土简支组合梁的静力加载试验。对试件的荷载-滑移曲线和荷载-挠度曲线进行分析,探讨了抗滑移连接度对组合梁变形发展规律的影响;并根据是否考虑滑移效应分别推导出相应的弹性承载力计算公式。研究结果表明:随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载力和延性均随之降低;当不考虑滑移效应影响时,弹性承载力试验值与理论值比值的均值为0.92,计算结果偏于不安全;考虑滑移效应影响后,试验值与理论值比值的均值为1.02,计算结果偏于安全,且与试验结果吻合度较高。

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。

钢管混凝土柱-U形组合梁内隔板节点的性能分析

U形钢-混凝土组合梁是近年来出现的一种新型组合梁,其具有承载力高、装修方便等优点。目前对其研究较少,尤其在与框架柱的连接节点方面。采用Abaqus有限元软件对U形组合梁和方钢管混凝土柱内隔板形式节点进行了受力机理和参数化分析。分析结果表明,此类节点具有良好的变形能力;钢管柱壁宽厚比、组合梁截面高度和配筋率对节点承载力影响显著。

外包钢组合梁抗弯性能的仿真模拟

应用ANSYS软件对外包钢组合梁从加载到破坏全过程的受力性能进行了分析。计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析组合梁非线性问题是可行的。经过与普通钢筋混凝土的对比,证明了这种组合梁受力性能的优越性。

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明:该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出于安全考虑,抗弯刚度折减系数建议取值为0.55。

被动式节能钢-混凝土组合梁结构的受力性能研究

设计了4组外包花纹钢-混凝土组合梁,研究了组合梁的荷载-挠度、荷载-应变和应变沿截面高度的分布曲线,并进行了相应地受力分析。结果表明,4组外包花纹钢-混凝土组合梁的破坏形式都为受弯破坏,梁端未见明显滑移;CACC-1、CACC-2、CACC-3和CACC4组合梁混凝土翼板中钢筋屈服载荷作用时的实测挠度与组合梁极限载荷时的实测挠度的比值δut/δyt分别为1.698819,2.275和3.208,在负弯矩作用下,CACC4组合梁的延性相对较差;同一截面不同位置的荷载-应变曲线可以较好的吻合,表明加载过程中钢梁底板不同位置的受力分布较为均匀;4种组合梁在有效宽度范围内的剪力滞后现象并没有影响到混凝土翼板中受力钢筋的共同作用效果;组合梁中配筋率的增加对开裂载荷不会造成明显影响,但是在相同载荷条件下,配筋率的变化会影响裂缝的产生和发展,组合梁混凝土翼板中配筋率愈大则对跨中裂缝的束缚作用愈强。

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁,以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验,分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化,通过有限元软件对节点进行模拟,并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明:试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区,节点核心区域未发生明显破坏,实现了塑性铰的外移;试件滞回曲线饱满,等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀,传力效果良好,节点核心区未屈服,梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变,节点工作性能良好,能有效传递弯矩以及剪力。

U形钢-混凝土组合梁与外包钢板混凝土剪力墙连接的抗震性能试验研究

为研究U形钢-混凝土组合梁与外包钢板剪力墙连接的抗震性能,设计了2个足尺连接试件,对其进行低周往复加载试验。2个试件U形钢埋入外包钢板剪力墙的深度分别为500 mm和1000 mm,通过试验对试件的受力特征、破坏模式进行考察,对连接的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、承载力和刚度退化性能、耗能能力以及延性等抗震性能指标进行分析。结果表明:该类型连接的典型破坏形态为组合梁根部U形钢撕裂、U形钢腹板鼓曲以及混凝土翼缘板与钢板剪力墙连接处开裂;U形钢-混凝土组合梁与外包钢板剪力墙连接的峰值荷载随U形钢埋入钢板剪力墙的深度增大而略有增大,但在达到峰值荷载后,其耗能能力与位移延性系数随着U形钢埋入钢板剪力墙的深度增大而略有减小,2个试件的正向位移延性系数分别为2.69和2.50,在试验结束后剪力墙和组合梁连接处基本无破坏,连接性能良好,表现出较好的耗能能力,能满足工程应用要求。