胶合竹-混凝土组合结构形式试验研究及应用

胶合竹材是一种新型的建筑材料,具有良好的力学性能、加工性能及环保特性,可以作为一种结构用材应用于建筑结构、桥梁等领域。现代竹结构就是应用现代竹结构理论且以胶合竹材为主要材料的一种新型结构,胶合竹-混凝土组合结构形式也应运而生。目前,对胶合竹-混凝土组合结构的研究还刚开始,因此研究胶合竹-混凝土组合梁基本力学性能,选取能够应用于该组合结构的连接方式便具有重要的理论意义与实用价值。

型钢-钢纤维混凝土局部组合梁受力性能

为解决型钢混凝土结构的施工困难,充分发挥各部分材料的性能优势,将钢筋笼离散化为随机分布的钢纤维,并将钢纤维混凝土集中应用于受压区,形成型钢-钢纤维混凝土局部组合梁。对18根不同钢纤维体积率(ρ_(sf))、剪跨比(λ)、型钢受压翼缘上下部混凝土保护层厚度(C_(ss)、C_(sv))和型钢规格(I_(s))的组合梁试件进行四点弯试验。分析试验参数对破坏模式、荷载-挠度曲线以及破坏对称性的影响。结果表明:增大ρ_(sf)对小剪跨比试件(λ为1.5或1.7)的界面黏结性能具有积极改善作用,试件破坏模式由界面破坏转为弯扭破坏;混凝土保护层厚度须随I_(s)同步增大,确保混凝土保护层对型钢提供足够的“握裹效应”,避免或削弱弯扭变形的不利影响。通过高斯分布拟合,得到试件整体性能开始出现严重退化时的挠度退化系数,进而对构件整体性能开始出现严重退化时的挠度进行预测。

钢-混凝土组合框架结构倒塌动力响应特征及参数分析

为研究钢-混凝土组合框架结构中一些参数对其倒塌动力响应特征的影响,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了11个组合框架子结构模型,并采用瞬时加载法模拟关键中柱的突然失效,分析不同参数下该类结构的位移响应曲线和损伤形态。结果表明:组合梁跨高比、栓钉纵向间距、混凝土翼板宽度、板中纵筋配筋率、水平纵向约束和荷载大小都会显著影响结构的非线性动力反应;在悬链线效应开始作用后,混凝土翼板中部会产生因剪力滞后效应造成的纵向裂缝,应对关键节点两侧横向钢筋的受剪性能予以关注;以线弹性静力方法分析钢-混凝土组合框架的动力效应时可乘以1.7~1.8的修正系数,而以塑性铰破坏机制评估组合框架的静态极限荷载时可乘以1.02~1.17的修正系数以考虑结构的非线性动力倒塌特性。

销栓型竹-混凝土组合结构的力学性能

为了研究销栓型竹-混凝土组合结构的组合效应,进行了竹-混凝土剪力连接件与竹-混凝土组合梁的力学性能试验与理论分析。研究结果表明:销栓型剪力连接件承受荷载时表现出较大的滑移变形能力,属于延性破坏,对于3个具有相同参数的销栓型竹-混凝土剪力连接件,其荷载-滑移曲线变化趋势具有较好的一致性,荷载-滑移曲线表现为弹性、弹塑性、完全塑性3个阶段;竹-混凝土组合梁的破坏模式表现为竹梁底部的竹纤维断裂,在加载后期,截面的界面上、下存在应变差,表现出部分组合界面滑移的特征,组合梁相对于对比竹梁,其极限荷载提高了89%,对应跨中位移为跨度1/250时的荷载提高了274%,归因于竹材和混凝土共同工作形成了组合截面,其承载力和截面刚度大幅度提高。基于试验结果,提出了销栓型剪力连接件荷载-滑移曲线模型,能够描述荷载-滑移曲线3个阶段的明显特征,可用于该类型竹-混凝土组合梁受力全过程的精细化数值分析,考虑剪力连接件的剪切滑移刚度,建议采用等效截面刚度法预测竹-混凝土组合梁的位移。结果表明,将等效截面刚度折减0.8的系数,荷载-位移曲线计算结果与试验结果吻合较好,研究成果为新型竹-混凝土组合结构的设计与应用提供参考。

基于施工全过程健康监测的装配式部分包覆钢-混凝土组合结构体系动力特性研究

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合结构的动力特性,基于世博文化公园双子山项目,采用全过程健康监测手段对装配式PEC结构体系施工全过程的应力、加速度进行监测,研究其阻尼比和自振频率在施工过程中的变化情况,将实测结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:结构应力计算值、自振频率计算值等均与实测值吻合较好,验证了结构施工全过程仿真模拟计算的合理性。施工过程中PEC框架梁柱及节点后浇区的型钢及混凝土应力实际监测结果均满足强度要求。节点后浇区混凝土浇筑前后,结构自振周期和阻尼比差别较小;结构顶部覆土恒载施加完成后,结构的自振周期和阻尼比均较之前有所增大。结构设计时阻尼比取0.04,小于施工完成后的阻尼比实测值最小值0.046,阻尼比取值偏于安全,设计阻尼比取值合理。

钢-混凝土结构界面粘结滑移性能影响因素综述

界面粘结性能是实现钢-混凝土组合结构共同作用抵抗外部荷载的重要桥梁。本文对钢-混凝土界面粘结滑移性能主要试验方法及影响钢-混凝土结构界面粘结滑移性能的主要因素(混凝土保护层厚度、横向配箍率、混凝土强度、埋置长度及钢表面情况)进行总结。同时说明了钢-混凝土结构粘结滑移性能的国内外研究现状,为以后对钢-混凝土结构界面粘结滑移性能研究提供参考。

胶合竹-混凝土组合梁RPC-钢复合连接件试验研究

针对现有凹槽连接件与销连接件性能上的不足,提出了一种适用于装配式胶合竹-混凝土组合梁的活性粉末混凝土(RPC)-钢复合连接件,复合连接件由带轴向开孔的螺杆外包RPC组成.对6组复合连接件开展了推出试验,研究参数包括外包RPC厚度和螺杆直径.获取了荷载-滑移曲线、抗滑移刚度、抗剪承载力等力学指标.试验结果表明,外包RPC对复合连接件的抗滑移刚度有显著贡献,对抗剪承载力也有一定的提高作用,但复合连接件的抗剪承载力主要取决于螺杆直径.相比于凹槽连接件,复合连接件的单位面积受力效率更高;相比于销连接件,复合连接件的抗滑移刚度显著提高.复合连接件结合了凹槽连接高刚度与销连接高延性的优点,且便于现场装配,在性能上具有突出优势.基于试验结果,提出了复合连接件的设计原则与尺寸范围.

正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点抗火性能研究

为研究火灾下正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点单剪受力性能,设计并制作了9组共27个胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点试件,分别进行常温下和火灾下加载试验和数值模拟分析。试验结果表明,常温下螺钉的钻入角度对试件典型破坏模式具有重要影响。受火90min及以内各试件组的破坏模式均为凹槽附近混凝土截面的脆性剪切破坏;受火接近120min的试件破坏模式为凹槽附近木材损伤十分严重(炭化和脱落)和凹槽下方木材的顺纹受压屈服,同时自攻螺钉附近部分混凝土被压碎。随着受火时间的逐渐增加,多数试件组的抗剪承载力逐渐降低,最大降低幅度为28.1%。荷载比对试件耐火极限具有重要影响:随着荷载比的不断增加,试件耐火极限最大降幅为50.7%。除试件组SFL3和SFL4外,有限元模型的计算结果与试验结果较为接近,预测误差在15%以内,满足工程精度要求。

胶合竹-混凝土组合梁研究进展

对胶合竹-混凝土组合梁(BCC梁)的发展和研究现状进行阐述,并对国内外的研究成果进行分析和总结。对比分析了木-混凝土组合梁(TCC梁)和BCC梁剪力连接件的抗剪性能,并对足尺梁的破坏模式、组合效应进行分析和总结。最后,根据EN:1995-1-1:2004中已有的有效刚度公式进行理论推导。综述发现,国外TCC梁的试验研究已开展较多,国内BCC梁的研究正在兴起,但针对不同种类剪力连接件的BCC梁的破坏模式和受力机理仍缺乏系统的总结。此外,BCC梁的研究迫切需要一套能满足设计要求的计算理论和设计方法。

螺栓连接的H型钢-竹集成材组合结构连接件推出试验

将H型钢翼缘与侧压竹集成材通过螺栓连接形成一种钢-竹组合结构,完成了5组共15个试件的静态双面剪切推出试验,以研究其屈服模式和破坏特征,探讨螺栓直径和竹集成材厚度对钢-竹组合结构的力学性能影响。试验结果表明:钢-竹组合结构破坏时,若竹集成材较厚,试件会发生双铰屈服,螺栓在竹集成材孔内以及H型钢翼缘孔内形成2个塑性铰,且螺栓直径较小时,会发生螺栓端头断裂;若竹集成材较薄,试件会发生单铰屈服,螺栓在H型钢翼缘孔内形成一个塑性铰,在竹集成材内保持刚直,且竹集成材会先于螺栓产生劈裂破坏。随着螺栓直径的增加,推出试件的屈服荷载、极限荷载和剪切滑移刚度均呈线性比例增加,延性无显著变化;试件的屈服荷载、极限荷载和延性随着竹集成材厚度的增加而增大,竹集成材厚度对剪切滑移刚度无显著影响。依据Johansen屈服模式Ⅲs和欧洲规范Eurocode 5考虑绳索效应,提出了适用于型钢-竹集成材螺栓连接的抗剪承载力公式,其计算值与试验值误差为12.92%,抗剪承载力计算值与试验值较吻合。

装配式钢-竹组合结构施工技术的应用

为提升装配式钢-竹组合结构建筑的施工效率和质量,促进我国建筑业的可持续发展及技术进步,对装配式钢-竹组合结构施工技术的应用进行了分析。首先围绕组装钢框架、安装钢-竹组合工字形梁柱、以及铺设防水PVC膜三大施工环节,进行了全面的技术分析和质量控制探讨,确立了关键的施工技术和质量管理策略。随后,结合实际工程案例,探讨了装配式钢—竹组合机构技术的应用效果。结果显示,该技术的应用可以显著提升施工效率,并具有良好的经济效益、节能效益与环保效益,证明了其具有良好的应用效果和实用性。

竹-混凝土组合结构螺钉剪力连接件推出试验研究

为了充分利用环境友好型材料竹材,文中提出了竹材-混凝土组合结构桥面板,即以抗拉强度较高的竹胶板作为受拉区,而以抗压强度较高的混凝土作为受压区,2种材料界面处采用螺钉剪力连接件而形成竹-混凝土组合结构板.为了掌握竹-混凝土组合结构螺钉剪力键的抗剪承载能力等基本力学性能,完成了9组共27个推出试件的推出试验,综合研究了螺钉的直径、钉入角度、顺纹向排列间距对螺钉连接件抗剪承载能力的影响,并对推出试验数据进行了拟合处理分析,提出了该螺钉剪力键的抗剪承载能力、抗剪刚度计算公式,以及螺钉剪力键荷载-滑移曲线的函数表达式,为该类型剪力连接件在竹-混凝土组合结构的实际应用提供必要的前提.

超高层建筑型钢-混凝土组合结构复杂节点施工技术

随着城市空间不断被开发,出现了越来越多更高、更大的建筑工程,型钢-混凝土组合结构,因其良好的受力性能和抗震性能在超高层建筑中被广泛应用。以某超高层酒店为例,采用参数化和半参数化建模技术、碰撞检测技术、三维可视化交底技术、动画模拟技术,优化了型钢-混凝土组合结构梁柱节点部位构造复杂、钢筋安装空间有限、型钢与钢筋之间穿插关系复杂等问题,并成功应用于型钢柱与型钢梁安装、钢筋安装、混凝土浇筑和养护等各施工阶段,可为类似超高层建筑型钢-混凝土组合结构复杂节点施工提供参考。

钢-混凝土组合结构桥梁拼宽设计与成桥试验研究

采用钢-混凝土组合结构对既有桥梁进行拼宽可有效缩短施工周期、降低整体梁高并减少墩柱数量,在城市繁忙交通路口的建设环境下综合效益明显。本文以实际工程为依托,对既有混凝土高架桥采用钢-混凝土组合结构展开拼宽设计,建立空间有限元模型展开拼宽桥梁的力学性能分析,并采用成桥试验研究手段研究桥梁的整体受力性能与工作状态,结果表明,采用钢-混凝土组合结构拼宽后的桥梁整体工作状态良好,实测结果与理论分析模型接近,结构体系安全可靠。

胶合木-混凝土组合结构的应用分析

胶合木-混凝土组合结构是一种新型的结构形式,顺应国家低碳环保、绿色节能、保护环境的政策,对于以后结构的发展具有更强大的推动作用。文章阐述了胶合木-混凝土组合结构的组成和特点、国内外研究现状、以后胶合木的发展、混凝土的发展和胶合木-混凝土组合结构的应用。

叠加空腹桁架的钢-钢骨混凝土组合转换桁架设计分析与监测

针对某上弦为钢骨构件、腹杆及下弦为型钢的钢-钢骨混凝土组合转换桁架结构,采用PKPM软件对组合转换桁架和其上空腹桁架进行了多个整体模型的弹性对比分析及静力推覆分析。结果表明,施工模拟方式、楼面板刚度模拟方式、混凝土空腹桁架构件徐变、中大震下出铰情况对转换桁架和空腹桁架分担的转换荷载计算值均有较大影响,相关因素应予包络、准确地考虑。对多个子结构组合而成的结构体系,应明晰各子结构在整体中发挥的作用,以及各子结构在相关因素变动情况下的定量变化情况,以保证各子结构性能稳定性和整体结构的安全。工程施工阶段监测表明,叠加空腹桁架的组合转换桁架结构变形及构件应变基本与设计预期相符,转换结构安全合理。

深中通道钢壳-混凝土组合沉管浇筑变形研究

深中通道沉管管节采用钢壳-混凝土组合结构形式,通过向空钢壳浇筑混凝土预制而成。为评估沉管管节施工后的整体变形,建立了热-结构顺序耦合的分析框架,基于ANSYS APDL及UFPs二次开发模块,分别建立了考虑水化度、日照辐射、大气温度变化的精细温度场模型和考虑混凝土硬化及收缩特性的结构分析模型。通过对足尺管节的温度及应变模拟结果与监测数据的对比,验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,分析了日照辐射、大气温度变化等对于管节温度场的影响,同时分析了管节的整体变形模式,以及温度效应、混凝土收缩及自重三种因素对管节整体横向、纵向及竖向变形的影响。结果表明:管节施工过程的温度场表现为时变和空间分布的特征,格仓边部温度受外界气温变化和日照辐射的影响存在周期性波动,而格仓中部温度峰值主要受混凝土自身水化放热特性的控制;管节最终表现为顶板横向及纵向内收,竖向下挠,底板横向及竖向变形不显著;太阳辐射对于结构温度场影响较日气温变化更显著,建议在混凝土温度峰值预测中予以考虑,而日气温变化可采用日平均气温值予以简化;温度效应及材料收缩对管节横向及纵向整体变形影响显著,自重因素导致的变形在横向及纵向的比例为44.3%、11.7%,而在竖向所占比例达92.5%,因而温度效应及材料收缩在管节横向及纵向变形分析中不可忽视;该分析方法可适用于大体积混凝土等结构的温度效应的预测和评估。

竹-木组合结构胶合剂筛优试验研究

现代竹-木组合结构是一种新型的结构体系,相比于目前常用的钢筋混凝土结构,竹-木组合结构充分利用于竹材和木材各自的优点,具有低碳、环保、符合现代社会发展需求等优点,有广泛的发展前景。在对竹-木组合结构的受力特点、应用情况和发展方向做了充分了解后,本文着眼于以胶合剂连接的竹-木组合材料,研究了4种常见胶合剂对竹-木组合结构承载能力的影响。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

新型FRP-竹-混凝土组合梁的力学行为

提出一种新型FRP-竹-混凝土组合结构,其由FRP、竹材及混凝土组合而成,混凝土与竹材通过连接件连接。对采用销钉型连接件的FRP-竹-混凝土组合梁的力学行为进行试验研究。研究结果表明：混凝土-竹材的界面表现出一定的滑移,FRP-竹-混凝土组合梁为一种部分组合结构,组合梁因底部竹材纤维拉断而达到极限承载力,FRP筋因失去外部竹材包裹黏结而退出工作,FRP筋达不到极限强度,相对于对比竹梁,极限荷载Pmax提高1.84-2.06倍,对应挠度限值L/250的荷载PL/250提高3.33-3.82倍,承载力和刚度得到大幅度地提高,新型组合梁的力学性能介于完全组合和无组合之间,可通过组合效率系数E定量反映,为减小或避免混凝土承受拉力,应尽量保证组合梁截面中性轴接近竹-混凝土组合界面。