带栓钉波形钢板混凝土组合构件粘结滑移性能与承载力试验研究

通过11个带栓钉的波形钢板混凝土组合构件在单调荷载下的推出试验和1个自然粘结构件的对比试验,研究带栓钉波形钢板混凝土组合构件的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、波形钢板应变分布和承载力等。结果表明:带栓钉波形钢板混凝土组合试件的破坏形态以混凝土劈裂为主。试件的荷载-滑移曲线由上升阶段、下降阶段、残余阶段三个部分组成。由于混凝土和栓钉的组合作用,波形钢板自由端存在受拉区,产生过零点现象。带栓钉波形钢板混凝土组合试件的抗剪承载力随栓钉直径、数量的增长呈线性增长,而在一定条件下,栓钉长度、钢板厚度对抗剪承载力影响不大,另外在200 mm范围内适当增大栓钉间距对抗剪承载力也有提高。基于试验结果和力的扩散原则,分别提出了考虑栓钉影响的波形钢板混凝土界面粘结滑移本构模型以及带栓钉的波形钢板混凝土推出试件的承载力计算公式,所提模型与试验结果吻合良好,承载力公式计算结果与试验结果总体相符且偏于安全。

波形钢板混凝土黏结滑移性能试验研究与数值模拟分析

通过波形钢板混凝土推出试验,对波形钢板混凝土黏结滑移受力机理、黏结强度和黏结滑移本构关系等关键问题进行研究。设计8个推出试件,主要研究波角和波谷长度因素对黏结滑移性能的影响,考察波形钢板波角、波脊和波谷处混凝土黏结性能。结果表明,对于波谷和波脊尺寸相同的波形,当波角为钝角时,黏结强度随着波角的增大而增大;当波角为锐角时,黏结强度随着波角的增大而减小。同时,对于相同波角的波形,黏结强度随着波谷的增大而减小。在微滑移阶段和滑移阶段,波形钢板应变沿埋置长度方向呈指数分布;波脊和波角处的应变要大于波谷轴心处的应变;在破坏阶段、荷载下降阶段和残余阶段,波形钢板应变分布复杂,并且在埋置长度上有过零点现象。根据所有试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线试验结果,利用统计回归的方法得到波形钢板混凝土特征黏结强度的计算公式。通过建立力学平衡方程,得知波形钢板黏结应力沿着锚固深度呈指数分布,进一步建立考虑位置函数的黏结滑移本构模型。基于ANSYS有限元软件分别从基准黏结滑移本构关系、考虑位置函数的黏结滑移本构关系对试件进行数值模拟,结果表明考虑位置函数的黏结滑移本构关系更具有准确度。

波形钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

为研究轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的影响,利用ABAQUS有限元软件对不同轴压比的竖向、水平波形钢板混凝土组合剪力墙进行非线性分析,以考察轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的滞回性能、变形能力、抗侧承载力、抗侧刚度及耗能能力的影响,并对其分析结果进行了试验验证。有限元分析结果表明:当轴压比在0.15~0.45范围内且逐步增大时,竖向波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力和耗能能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱;当轴压比超过0.6时,剪力墙的抗震性能表现较差。当轴压比在0.15~0.30范围内且逐步增大时,水平波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱,但对耗能能力影响不显著;当轴压比超过0.30时,剪力墙的抗震性能表现较差;当轴压比超过0.6时,其极限状态下的位移角低于位移角限值要求。轴压比在0.15~0.30范围内,当竖向、水平波形钢板混凝土组合剪力墙的轴压比相同时,前者表现出更好的抗震性能。为了确保有限元分析结果的可靠性,后续对两个剪力墙试件进行了拟静力试验,结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合度较高,因此,有限元分析所得结果可为后续实际工程提供参考。

波形钢板-混凝土组合桥面板焊接残余应力与疲劳性能研究

为了解波形钢板-混凝土组合桥面板中考虑残余应力时波形钢板-横隔板焊接部位的疲劳性能,采用热-结构顺序耦合法对波形钢板-横隔板焊缝的焊接及冷却过程进行有限元模拟,研究焊接及冷却过程后所产生的残余应力场,并基于应变能的评估方法对组合桥面板波形钢板-横隔板焊接区域疲劳寿命进行评估。结果表明:波形钢板-混凝土组合桥面板中波形钢板-横隔板焊接区域在焊接过程中焊缝的温度急剧变化,温度最高可达到1439 ℃,热源作用位置附近的温度梯度较大;起弧和落弧位置残余应力分布较为不均匀,应力梯度较大;其中横隔板上焊缝的下部水平段处竖向残余应力最大(400 MPa)因此应考虑焊接残余应力对结构受力的影响;波形钢板组合桥面板波形钢板-横隔板焊接部位最不利疲劳易损细节为第2纵肋左侧下部倒角波形钢板焊趾处,基于考虑焊接残余应力的应变能的评估方法计算得出波形钢板-混凝土组合桥面板最不利疲劳易损部位的疲劳寿命为60年,小于100年的设计使用寿命,因此采用波形钢板-混凝土组合桥面板的桥梁在运营60年后应在加强波形钢板-横隔板焊缝处疲劳破坏的监测。

波形钢板-混凝土组合剪力墙的非线性有限元分析

以波形钢板-混凝土组合剪力墙的试验研究为基础,利用ANSYS建立了考虑黏结滑移的有限元模型;分析了混凝土墙体和波形钢板在试件加载过程中的受力性能,通过将有限元模型计算与试验所得的荷载-位移曲线进行对比分析,得出计算结果与试验结果吻合较好的结论。研究了栓钉对波形钢板和混凝土变形协调的影响,结果表明:墙体下部栓钉滑移量大于上部栓钉滑移量,可增大下部栓钉强度,以改善波形钢板和混凝土墙体的变形协调关系。分析了不同参数对波形钢板-混凝土组合剪力墙受力性能的影响,包括栓钉直径、栓钉间距、钢板厚度、墙体厚度、轴压比等。分析结果表明:增大栓钉间距会降低组合墙承载力和延性;栓钉直径、波形钢板厚度、配筋率对试件承载力影响不大;波形钢板厚度为2mm或轴压比为0.40时,试件延性明显降低;型钢厚度、墙体厚度、轴压比、剪跨比对试件承载力影响较大。

波形钢板-混凝土组合墙浇筑过程受力特性研究

采用试验实测、有限元分析与理论计算的方法,研究高度为12. 73,10. 87m的超高波形钢板-混凝土组合墙,在混凝土浇筑阶段钢板承受的侧压力。通过比较试验数据和计算结果发现,自密实混凝土对模板的侧压力只在浇筑初期的很短时间段内较大,初凝后侧压力迅速降低到较小水平。波形钢板的对拉螺栓受力随高度增加以指数形式降低,表示模板底部所受侧压力随高度变化以指数形式降低。设计模板和对拉螺栓时,可按公式F=γcH计算最大侧压力。

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大。此后,在CPCSW的墙趾处安装了刚度匹配的拉压型可更换波形钢板阻尼器,得到了可恢复波形钢板组合剪力墙RCPCSW,并对其进行罕遇地震作用下的抗震性能试验,结果表明,RCPCSW在承载力与刚度下降不多的条件下,能减小剪力墙应力,将塑性应变集中于可更换阻尼器的耗能腹板上。对RCPCSW已损坏的阻尼器进行更换,重新加载至结构破坏,结果显示,RCPCSW再次加载时各项抗震性能曲线与初次加载基本一致,证明RCPCSW在罕遇地震作用后可通过更换墙趾阻尼器使抗震性能快速恢复。通过有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,骨架曲线与试验结果接近,说明有限元模型具有一定的可靠性;通过von Mises应力云图及PEMAG等效塑性应变云图对结构受力状态进行分析,说明阻尼器可集中应力及塑性应变,减小主体结构的损伤,使主体结构可在低损伤状态下经历多次地震而保持正常工作状态,提高主体结构抗震韧性。

T形截面波形钢板-混凝土组合墙研究进展

介绍了T形截面波形钢板-混凝土组合墙承载性能的研究进展,包括截面强度承载力、整体稳定承载力以及相关的试验研究和有限元分析。由于其优越的承载性能,波形钢板-混凝土组合墙在高层建筑中有广阔的应用前景。T形截面波形钢板-混凝土组合墙由翼缘墙肢、腹板墙肢和矩形钢管混凝土边缘构件组成。其承载力设计包括波形钢板受压局部屈曲、双向压弯荷载作用下的截面强度以及轴心压力和腹板平面内压弯荷载作用下的整体稳定。其在试验中的破坏模式包括矩形钢管和波形钢板的局部屈曲、组合墙的弯曲失稳以及往复荷载作用下的受弯破坏,可采用精细和简化有限元模型分析其承载性能和抗震性能。所述部分设计算式为T/CECS 624—2019《波形钢板组合结构技术规程》所采纳,相关试验研究和有限元分析为标准编制提供了依据。

墙趾可更换组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究墙趾可更换组合剪力墙的抗震性能,设计并制作了2片带有可更换墙趾构件的波形钢板-混凝土组合剪力墙试件。采用拟静力试验和ABAQUS有限元软件模拟的方法,分析了内置波形钢板波纹方向对墙趾可更换组合剪力墙抗震性能的影响。试验结果表明:各试件墙趾构件先于主体构件破坏,且在达到极限位移角前其破坏主要集中于可更换墙趾构件;墙趾可更换组合剪力墙其内置波形钢板竖向波纹与横向波纹相比,抗侧承载力提高18.3%,延性系数提高28.69%,累积耗能量提高3.3倍,且具有更低的承载能力退化速率、刚度退化速率、等效黏滞阻尼系数减小比和刚度退化比,并且初始刚度有略微提高,即内置竖向波纹钢板组合剪力墙具有更优的受力性能和抗震性能;通过ABAQUS有限元模型分析与试验过程对比,其破坏形态与试验现象基本吻合,说明本文所建立的有限元模型具有一定的可靠性。