多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。

H型钢部分包裹混凝土组合柱弱轴方向偏压性能试验研究

本文对7根PEC柱进行了弱轴方向偏心受压试验,主要考虑了翼缘宽厚比和偏心距这两种因素的影响.试验结果表明:随着偏心距的增大,偏心受压构件的极限承载能力降低;随着翼缘宽厚比的减小,偏压构件的极限承载能力有所提高;偏心距对构件的极限承载能力影响较大.

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件(RWUF)和全螺栓连接子结构试件(RWUT)。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明:两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段(梁机制与悬链线机制的混合阶段),且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。

垂直于弱轴动载作用下H型钢构件损伤域的影响因素

为研究垂直于弱轴方向动载下H型钢构件损伤域高度的影响因素,运用有限元分析软件ABAQUS,分别建立了板壳模型、纤维模型和多尺度模型,证实了兼顾计算精度和计算效率的多尺度模型在预测钢结构板壳节段损伤域高度方面的适用性。开展了36组H型钢构件的有限元分析,揭示了轴压比、长细比、腹板高厚比及翼缘宽厚比4个相互独立参数对损伤域高度的影响规律,提出了H型钢构件损伤域高度的计算公式。研究结果表明轴压比和长细比对H型钢构件损伤域高度有较大影响,而腹板高厚比和翼缘宽厚比影响较小。

与连续倒塌相关的T型钢连接破坏模式和梁柱子结构抗力机制研究

关于T型钢连接破坏的研究已有很多,但与连续倒塌相关且关注弱轴效应的并不多见。利用非线性有限元软件ABAQUS进行了数值模拟,探讨了与结构连续倒塌相关的T型钢节点的连接性能和梁柱子结构的抗力机制。考虑了材料塑性与损伤演化,力求准确预报T型钢连接梁柱子结构在中柱失效条件下的破坏行为,重点考察了弱轴方向节点连接类型、节点构造和连接板尺寸效应对结构破坏模式和抗力机制转换的影响。分析结果表明:弱轴方向采用梁-板连接类型可以明显提升结构抗连续倒塌性能;加肋型节点能有效提升节点的变形能力和承载能力,表现出良好的抗连续倒塌性能;为避免结构抗倒塌性能下降,应合理选择弱轴连接板厚度。

CLT楼板半层搭接节点的面外弯曲性能试验研究

为研究半层搭接节点对正交胶合木(CLT)楼板双向抗弯承载力的影响,分别对CLT楼板半层搭接节点试件沿强轴和弱轴方向进行面外加载弯曲试验.归纳了强轴和弱轴方向受弯的试验现象和极限状态的破坏模式,考察了螺钉直径、螺钉间距、搭接长度对抗弯极限荷载、跨中截面应变的影响.结合试验现象,总结了弱轴方向受弯极限状态时自攻螺钉的变形特征.提出了半层搭接节点弱轴方向抗弯承载力的计算方法,将其计算结果与抗弯极限荷载试验值作对比.研究结果表明:强轴方向受弯试件的破坏模式是混合模式(销槽承压破坏,以及木层板的受拉破坏或滚剪破坏);弱轴方向受弯试件的搭接上部有两种破坏模式,包括模式Ⅰ(销槽承压破坏和钉帽拉穿破坏)、模式Ⅱ(搭接上部半层层板顺纹劈裂和钉帽拉穿破坏).增大螺钉直径、减小螺钉间距对强轴方向抗弯承载力无显著影响,增加搭接长度、减小螺钉间距能够显著提高弱轴方向抗弯承载力.提出的计算方法能够合理地预测半层搭接节点弱轴方向抗弯极限荷载,可为推广CLT双向楼板的应用提供理论研究基础和结构设计参考.

钢网格盒式结构空腹桁架与柱弱轴相交节点抗震性能试验研究

为了研究钢网格盒式结构体系空腹桁架与柱弱轴相交节点的抗震性能,设计制作了2个边柱纯钢节点和1个带混凝土板的边柱组合节点,进行低周反复荷载试验,比较和分析节点的试验现象、破坏模式、承载力、滞回曲线、延性和耗能性能等指标,并利用ABAQUS进行详细计算和对比分析,并在此基础上对采用不同构造措施的节点试件进行有限元模拟分析。结果表明:钢网格盒式结构体系空腹桁架与柱弱轴相交的纯钢节点和组合节点具有良好的抗震性能,上、下弦间加劲肋有助于提高节点的延性和耗能能力,相对于方形加劲肋,圆弧形加劲肋节点的承载力和延性更加优越,组合节点由于混凝土层的抗压和钢筋的抗拉作用,其承载力和耗能性能均有一定程度的提高。

隐式框架钢结构宽钢管柱构件制作工艺

宽钢管柱构件由宽钢管柱(主体)、托座节点部件、其它零部件等组成,其制作工序复杂,容易产生焊接变形。以菏泽市东南湖区闽江路安置小区49号楼、51号楼为例,结合隐式框架钢结构住宅体系的特点,阐述了隐式框架钢结构体系中宽钢管柱构件的制作工艺,可为同类型钢构件生产制作提供借鉴。

铁杉正交胶合木板弯曲及剪切性能

为了评估基于铁杉胶合、组坯而成的正交胶合木(cross-laminated timber, CLT)的力学性能,通过试验分别测试了五层层板构造的铁杉CLT在强弱轴方向的弯曲及剪切性能,并分析了该板材的破坏模式。基于试验获取的荷载-挠度关系曲线,采用剪切类比法(shear analogy method),获取了该铁杉CLT板在强、弱轴方向的弯曲及剪切力学参数,并基于标准正态概率分布模型以及相关材料性能分项系数,计算了该铁杉CLT板在强、弱轴方向的抗弯、抗剪强度标准值和设计值。试验和数据分析结果表明:该铁杉CLT板在弱轴方向受弯曲和剪切作用时,其底层横纹层板对板材截面的抗弯、抗剪刚度几乎没有贡献;尽管受弯、受剪时的破坏模式在强弱轴方向有所区别,但均以较为突然的脆性破坏为主,设计时应采用经材料性能分项系数折减的强度设计值,即强、弱轴方向的抗弯强度设计值分别为10.7 MPa和2.2 MPa,强、弱轴方向的抗剪强度设计值分别为0.5 MPa和0.4 MPa。