预应力矩形钢管混凝土梁力学性能研究

研究预应力矩形钢管混凝土梁极限承载力实用计算公式及有限元计算方法 ,并对混凝土强度等级、含钢率、预应力等参数进行分析。计算结果表明 ,矩形钢管混凝土梁受拉区配筋可以大幅度提高构件极限承载力 。

矩形钢管混凝土梁承载力的试验和模拟分析

通过对6个宽厚比大于55的钢管混凝土纯弯构件的试验研究和模拟分析,研究钢管混凝土梁的受力性能及影响因素。研究结果表明:钢管混凝土受弯构件具有较高的抗弯承载力和较好的延性,即使跨中挠度达到L/20,作用在试件上的外荷载仍能有所增加。构件的宽厚比对抗弯承载力的影响比高宽比的影响要显著。采用SAP2000模拟钢管混凝土梁受力的全过程,与试验结果吻合较好。

带约束拉杆预应力矩形钢管混凝土梁承载力分析

提出带约束拉杆预应力矩形钢管混凝土梁并分析其优点,设计9根带约束拉杆预应力矩形钢管混凝土梁和3根预应力矩形钢管混凝土梁共12根试件,开展单调静力加载试验,得到荷载-挠度曲线。同时,对上述试件拓展参数范围,通过有限元软件进行模拟,并与试验结果进行对比,数据吻合较好。最后分析钢板厚度、约束拉杆直径、约束拉杆轴向间距等参数对带约束拉杆预应力矩形钢管混凝土梁抗弯能力的影响。结果表明,约束拉杆对于使用薄钢管的预应力矩形钢管混凝土梁抗弯能力的改善更具优势,约束拉杆的直径、约束拉杆间距只要满足构造要求的情况下对带约束拉杆预应力矩形钢管混凝土梁的抗弯性能影响不大。

翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁受弯性能研究

为了研究翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁的受力性能,进行了7根钢管混凝土梁的四点弯曲试验,试件的变化参数为钢管上、下翼缘厚度和混凝土强度。结果表明,钢管上下翼缘厚度之比越小,承载力极限状态下的截面中性轴越靠下,表明参与工作的混凝土越多,组合截面承载性能越好;当上下翼缘厚度之比约为1/3时,通过提高混凝土的强度能有效增大构件的受弯承载力。采用有限元软件ABAQUS对受弯试验进行了全过程模拟,得到的结果与试验结果吻合。模拟分析还表明,优化后的翼缘非等厚矩形钢管混凝土截面不仅增大了钢管分担的弯矩,同时也增加了混凝土的工作面积,两者共同作用提升了构件的受弯承载力,当含钢率约为0.2时,承载力相较于等壁厚构件可提升15%以上。在平截面假定的基础上推导了翼缘非等厚矩形钢管混凝土组合截面受弯承载力的解析表达式,并探讨了对构件截面的优化问题,特别对含钢率较高的高强混凝土构件,优化截面的承载力提高效果显著。研究结果表明,翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁具有良好的承载性能和变形性能。

矩形钢管混凝土翼缘梁与柱节点的火灾滞回性能

地震时火灾往往对钢结构力学性能产生严重影响,因此钢结构耐火是结构领域研究热点。为了研究矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点火灾过程中滞回性能,根据标准升温曲线ISO834,对矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点、纯钢节点进行热力耦合数值模拟,得到了火灾中的滞回性能。研究结果表明:滞回曲线随温度升高越来越水平,塑性出现越来越早;升温过程中,矩形翼缘组合梁节点的滞回性能优于纯钢节点;钢材和混凝土性能受温度变化影响机理不同,应加强上翼缘钢管的耐火方法研究。由上述结果得出:对于处于高烈度区有火灾隐患的结构可采用矩形翼缘组合梁,且应加强矩形翼缘组合梁耐火的深入研究。

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点力学性能试验研究

针对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点在高层建筑工程中存在传力不直接,施工难度大,施工质量难以保证的问题,结合北京CBD核心区Z13地块超高层项目,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点,对不同配筋率的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能、破坏形态、耗能能力和延性等力学性能。并与传统的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁焊接牛腿式连接节点和矩形钢管混凝土柱-混凝土梁套筒牛腿式连接节点进行性能对比。在试验基础上,对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点受力性能进行理论分析并推导适用的设计公式。结果表明:矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点与另外两种类型节点相比有较强的承载能力,能够满足“强节点,弱构件”及传递竖向荷载的结构设计要求,并且便于施工、质量可靠。在此基础上进行理论分析,提出节点受弯承载力设计公式并推荐型钢牛腿截面按照承担梁端剪力80%进行截面设计,为矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点设计提供技术支撑。

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析。分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系。分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩—跨中挠度曲线等。计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的。

两种人行桥的人致振动性能的仿真与比较

为了验证以钢管混凝土材料代替传统钢材用于人行桥主梁能否进一步改善钢结构人行桥的人致振动性能,以现有的一座由H型钢梁和钢筋混凝土板组成的简支单跨人行桥为原型,按照刚度等效原则将钢梁桥的主梁替换为钢管混凝土梁,然后运用有限元软件对两种桥分别建模,并对模型进行人群荷载作用下的时程分析,以峰值加速度和均方根加速度为指标比较两者的振动性能。结果显示钢管混凝土梁人行桥的振动响应加速度最大值和均方根值都比钢梁桥的小的多。可见以矩形钢管混凝土构件为梁的人行桥比钢梁人行桥具有更优越的人致振动性能。