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。

集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响

通过对5根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁和1根普通混凝土T形梁进行四点弯曲试验,研究了翼缘宽度和厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响,以及与普通混凝土T形梁的差异。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁的抗弯极限荷载、屈服荷载、裂缝行为及失效模式与普通混凝土T形梁相似,且延性更优,但其跨中受拉纵筋应变较大,刚度、开裂荷载和最大裂缝宽度限值下的承载力较低。随着翼缘宽度从200 mm增大到500 mm,地聚物混凝土T形梁的刚度、屈服荷载、抗弯极限荷载、延性和在最大裂缝宽度限值下的承载力均增大,跨中受拉纵筋应变减小,开裂荷载无明显变化,但越宽的翼缘宽度能有效承担荷载的也只是靠近腹板的一部分宽度。增大翼缘厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响与增大翼缘宽度基本一致,但其对最大裂缝宽度限值下的承载力提高效果显著。规范GB 50010—2010和ACI 318—19的正截面受弯承载力设计公式适用地聚物混凝土T形梁,GB 50010—2010的预测更精确,ACI 318—19的安全储备更高。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响

为探究翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响,对1根普通混凝土和4根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁进行了集中荷载下的抗剪试验;试验获得了T形梁试件的承载力、挠度、钢筋应变、破坏模式及裂缝的开展等相关参数。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁具有与普通混凝土T形梁相似的裂缝扩展、破坏模式及抗剪承载力,但其刚度和斜截面开裂荷载较低,跨中纵筋和箍筋的应变较大;将翼缘厚度与截面有效高度比值从0.24增大到0.48时,地聚物混凝土T形梁的刚度增大、跨中纵筋应变减小,抗剪承载力提高了12.7%,地聚物混凝土的归一化抗剪强度增大了25.3%;当翼缘宽度超过两倍腹板宽度时,继续增大能减小跨中纵筋应变,但地聚物混凝土T形梁的刚度、抗剪承载力及地聚物混凝土归一化抗剪强度不再增大。规范ACI 318—19和Eurocode 2的计算结果明显低估了地聚物混凝土T形梁的抗剪承载力,GB 50010—2010较接近试验值。为更好预测地聚物混凝土T形梁的计算抗剪承载力,建议在抗剪承载力计算公式中增加翼缘有效受剪面积所提供的剪力。

钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合曲梁局部承压承载力试验研究

为研究钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合曲梁(CIG-CFTF-CW)在局部压力作用下的承载力,设计制作了3根曲梁试件,包括2个CIG-CFTF-CW和1个平板翼缘-波纹腹板曲梁(CIG-CW),对其进行局部承压破坏试验研究。通过分析试件的破坏形态、荷载-位移曲线和关键区域的应变发展规律,研究了试件的失效机制和承载力。将试验结果与已有文献中的钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合直梁(SIG-CFTF-CW)的局部承压试验结果进行对比,并结合有限元分析,研究了初始曲率对CIG-CFTF-CW的局部承压承载力的影响。研究结果表明:新型组合曲梁试件的局部承压承载力为CIG-CW试件局部承压承载力的1.98倍;受压翼缘的抗弯、抗扭强度和波纹腹板的波形对CIG-CFTF-CW的局部承压承载力影响较大;当新型组合曲梁的圆心角不大于0.6 rad时,初始曲率对承载力的影响较小。

基于板-梁理论的集中荷载下带侧向弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的弯扭屈曲分析

基于板-梁理论和能量变分原理,建立集中荷载下跨中布置侧向弹性支撑的矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁的弯扭屈曲总势能方程,其中位移和转角模态试函数选用6项三角级数形式。引入无量纲参数并依据势能驻值原理,获得弯扭屈曲无量纲临界弯矩解析解。采用1stOpt数学优化分析软件,拟合矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁无量纲临界弯矩计算公式,并与ANSYS有限元解进行对比。结果表明:拟合的无量纲临界弯矩计算公式具有可靠的精度,误差在5%以内,可为工程设计提供参考。

矩形钢管混凝土翼缘及波形腹板的工字型梁承载力研究

提出一种新型工字梁——翼缘为矩形钢管混凝土的波形腹板工字梁(CFTFGs-CW).采用有限元软件ANSYS对CFTFGs-CW及翼缘填充混凝土的普通平腹板工字梁(CFTFGs)的静力承载力进行分析.通过与试验结果的对比,验证了有限元模型的可靠性.在此基础上,运用所提出的有限元模型研究了CFTFGs-CW随着几何参数波深hr和波宽b的不同,梁的极限承载力的变化规律.结果表明,与CFTFGs相比,CFTFGs-CW具有更高的承载力和更好的稳定性,是一种静力性能优异的构件.

矩形钢管混凝土上翼缘梁静力性能分析

增加工字形梁上翼缘宽度是提高其稳定承载力普遍使用的方法。本文改进了这种方法,提出一种新型工字形梁——RCTFB,其上翼缘采用矩形钢管混凝土。本文利用ANSYS有限元软件对RCTFB的静力性能进行了分析。结果表明,RCTFB是一种承载力高、刚度大、材料利用效率高、性能优异的抗弯构件。

集中荷载作用下矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁屈曲分析

为获得矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁的屈曲荷载和屈曲模式,文中共设计14根简支梁,考察主要参数为混凝土强度等级、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度。利用ANSYS软件建立有限元模型,对14根简支梁开展特征值屈曲分析,获得组合梁的前5阶屈曲荷载和模式,明确混凝土强度、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度对屈曲荷载的影响规律。结果表明增加钢管翼缘高宽比、减小跨度及设置加劲肋均会显著提高梁的屈曲荷载,增加腹板的厚度对梁的屈曲荷载影响不明显,增加腹板高度和提高混凝土强度并不能有效提高梁的屈曲荷载。为进一步开展该类组合梁的非线性屈曲分析奠定基础。

矩形钢管混凝土上翼缘梁静力性能参数分析

利用有限元软件ABAQUS对集中荷载作用下矩形钢管混凝土上翼缘梁(RCFSTB)的静力性能进行分析,并对主要几何参数和材料参数变化对静力性能的影响进行了研究.研究结果表明:增加腹板厚度和上翼缘高度、提高钢材强度可以显著增强承载力和减小变形;砼强度对于梁稳定承载力和破坏变形没有明显的影响;梁跨度增大时,梁的稳定性降低.

矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。

带内隔板的方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁节点抗震性能研究

梁柱节点作为结构受力的关键部件,对结构体系的受力和抗震性能至关重要。在合理选取混凝土及钢材材料模型的基础上,本文采用ABAQUS有限元软件建立了方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁(RBS)内隔板式节点数值分析模型,分别进行了单调加载和往复加载下滞回性能的数值模拟,并将有限元模型计算结果与已有试验结果进行了对比,总体上吻合良好。基于此数值模型,对该类节点在低周往复荷载作用下的滞回性能进行了分析对比,并研究了翼缘削弱深度对RBS节点抗震性能的影响。结果表明,对梁翼缘进行削弱,不仅符合"强柱弱梁"的设计要求,还能明显改善普通钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点的延性,提高其抗震性能。并根据计算结果,本文对翼缘削弱深度的取值给出了初步建议。

隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数分析

采用有限元软件ANSYS对隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数进行分析。在参照SAC推荐标准的基础上,验证隔板贯通式节点狗骨处参数的取值范围,并细化。结果表明:狗骨处的三个参数——削弱深度c、削弱端至焊缝的距离a和削弱长度b对节点的极限承载力的影响依次降低。当a=(0.5～0.65)bf;b=(0.65～0.85)db;c=(0.20～0.25)bf时,该节点的性能最优。

钢管混凝土翼缘组合梁振动特性

为研究大跨高架桥梁中钢管混凝土上翼缘钢混组合梁(以下简称钢管混凝土翼缘组合梁)的动力特性,采用有限元ABAQUS软件,建立钢管混凝土翼缘组合梁与等效截面工字钢梁的有限元模型,通过数值模拟,得出模型的振动频率,进行对比分析,依据《公路桥涵设计通用规范》中简支梁基频计算公式中对组合梁自振频率的计算,对比解析解与有限元模拟值,并分析不同构造形式对钢管混凝土翼缘组合梁振动特性的影响,得出如下结论:(1)钢管混凝土翼缘组合梁与等效工字形钢梁的横向一阶自振频率相差较小,管翼缘组合梁扭转一阶自振频率为等效工字钢相应自振频率的2.08倍,钢管混凝土翼缘组合梁因钢管混凝土翼缘降低了腹板的高度,提高了组合梁的抗扭性能;(2)钢管混凝土翼缘组合梁竖向自振频率规范公式计算值与有限元计算值差别较大,规范基频的估算公式不适用于组合梁竖向基频的计算;(3)增加下翼缘宽度,对提高钢管混凝土翼缘组合梁的横向刚度较明显,竖向和扭转刚度影响较小。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

UHPC梁带翼缘扭转特性及特征扭矩统一公式

文章开展2根配筋超高性能混凝土(UHPC)带翼缘箱梁纯扭试验,获得带翼缘配筋UHPC箱梁在纯扭转作用下的裂缝发展情况及破坏模式、扭矩-扭率曲线和扭矩-应变曲线等试验数据,分析带翼缘配筋UHPC箱梁扭转特性;收集47组包含矩形梁、箱梁、是否配筋、是否带翼缘UHPC试件扭转开裂扭矩和极限扭矩试验数据,结合文中试验结果,研究适用范围广的UHPC梁特征扭矩(开裂扭矩和极限扭矩)统一公式。结果表明:带翼缘的配筋UHPC箱梁破坏时主裂缝呈典型的空间螺旋形;相比于普通混凝土构件,其平均裂缝间距更小,平均裂缝宽度更小;翼缘板裂缝为部分腹板裂缝的延伸,但翼缘板裂缝倾角更大,裂缝宽度更小;因翼缘板的增强作用,配筋UHPC箱梁抗扭承载力显著提高。矩形、箱形、是否带翼缘等截面形式的UHPC梁开裂扭矩公式系数可统一取为0.6;矩形、箱形、是否带翼缘等截面形式的配筋UHPC梁极限扭矩计算可统一采用Kwahk公式,但其中的壁厚需采用文中的有效壁厚替代。

翼缘削弱对钢管混凝土外加强环节点受力性能的改善

对加强环式节点进行低周反复加载非线性模拟分析,发现在反复荷载作用初期,环板就出现贯穿的塑性带;通过节点域柱壁滞回曲线与梁端滞回曲线的对比,表明节点滞回曲线主要由柱壁变形而非梁端塑性变形所贡献。为了改变这一不利特征,对钢梁翼缘进行定向削弱,模拟分析发现,节点受力情况得到明显改善:①环板上应力分布得到明显缓和,转角处的应力集中程度明显降低;②通过改变环板尺寸或者翼缘削弱程度可以保证塑性铰先出现在梁根部而不是环面上;③在弹性受力阶段节点刚度没有下降;④在反复荷载作用下,节点域变形很小,环面上的塑性扩展不明显。由此可见,通过翼缘削弱可以明显改善外加强环式节点的受力性能,从而达到"强节点"的要求。

翼缘对预应力混凝土梁斜截面抗裂强度的影响

本文较深入地讨论了截面形式对梁的斜截面抗裂强度Q_∫的影响,在试验研究的基础上提出了一个新的截面形状系数计算式,弥补了彭天明"集中荷载预应力混凝土梁斜截面抗袭强度计算"(河海大学学报1987年第4期)一文的不足.与试验结果的比较表明:本文提出的公式能更好地反映出Q_∫随截面形状变化的规律性.

预应力混凝土梁板体系有效翼缘的理论分析及试验

研究了变分法分析预应力框架梁的解析解,结合较为典型的预应力框架结构的试验,探讨预应力混凝土梁的有效翼缘宽度的取值。研究表明:预应力混凝土梁的等效宽度能够描述真实的受力状态,在实际工程中,预应力混凝土要进行短暂状态的应力计算;预应力会改变混凝土楼面荷载的双向传递规律。本文的结果能为预应力混凝土梁板体系的设计及计算提供参考。