双钢板混凝土组合墙偏心受压性能试验研究

为了研究双钢板混凝土组合墙在偏心受压荷载下的结构性能,设计制作了5个试件,以偏心距离和墙板厚度作为研究参数,进行偏心受压试验.利用ABAQUS软件对试件进行有限元分析,并采用截面分析法计算试件在轴力与弯矩共同作用下的截面承载力.试验结果表明,试件最终出现钢板局部屈曲与混凝土受压破坏.根据试验荷载-位移曲线,计算得到试件延性系数为1.28~1.92.墙厚相同时,随着加载偏心距离的增加,承载力逐渐下降.偏心距离相同时,增加墙体厚度可以有效提高试件承载能力.偏心受压试件的截面应变分布满足平截面假定.承载力试验值与有限元模型计算值和理论计算值的最大误差分别为4%和9%.

双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明:SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.

低速冲击下双钢板混凝土组合墙的力学性能研究

对8片双钢板混凝土组合墙进行了落锤冲击试验和数值模拟,研究了冲击能量和轴向压力对试件力学性能的影响。试验记录了冲击力、轴力、位移和应变等时程曲线,分析了试件的动力响应全过程。采用ANSYS/LS-DYNA建立了双钢板混凝土组合墙在冲击和轴力共同作用下的有限元模型,根据试验结果验证了计算模型的可靠性,并进一步探讨了轴力和冲击能量对墙体抗冲击性能的影响。研究结果表明:双钢板混凝土组合墙在低速冲击作用下的动力响应经历了五个阶段;采用本文建立的数值模型可以很好地模拟墙体的力学性能;轴压比超过一定临界值后将极大降低墙体的抗冲击性能。

钢板混凝土组合墙试验和有限元分析

设计制作了4个1/4缩尺模型的钢板混凝土组合墙试件,进行拟静力试验,通过改变墙体构造措施与含钢率来研究此类墙体的抗震性能.然后,采用ABAQUS软件建立非线性有限元分析模型,进行参数分析.试验结果表明,增加钢板厚度可明显增加组合墙体的承载力、耗能能力等.在含钢率相近的情况下,设置封板构造的组合墙体与含加劲肋的墙体具有相近的承载力,但前者的屈服荷载、延性性能及耗能能力明显更高.有限元参数分析结果表明,增加封板数量,提高了含钢率,增加了试件峰值荷载,而增设加劲肋可使试件各特征值明显提高;降低剪跨比能够提高试件的承载力,但试件延性降低,不利于抗震.钢板混凝土墙体不满足抗震性能要求时,可通过提高钢板厚度、增加加劲肋数量和采用腔体结构形式来提高墙体抗震性能.

型钢–钢板混凝土组合墙抗震性能试验研究

提出一种型钢–钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢–钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明:试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。

钢板混凝土组合墙超高层结构的抗震分析

结合江苏某56层钢管混凝土柱框架–核心筒结构的实际工程,设计了钢筋混凝土核心筒、内置型钢混凝土组合式核心筒和新式格栅式钢板混凝土组合核心筒等3种不同形式核心筒结构体系,进行了非线性动力时程分析,结果表明,钢管混凝土框架及新式格栅式双钢板混凝土组合墙结构体系两者刚度和延性具有良好匹配性,协同工作性能良好,在大震作用下格栅式双钢板混凝土组合墙结构体系能保持较大的承载能力、刚度退化缓慢。

某钢框架-钢板混凝土组合墙结构非线性地震响应研究

钢框架-钢板混凝土组合墙结构是一种适用于高层钢结构住宅的新型结构体系,目前国内规范还未对该体系进行相关规定。为研究该结构体系的抗震性能,以某高层住宅项目为例,建立了钢框架-钢板混凝土组合墙结构数值模型,采用静力弹塑性方法对该结构大震下的抗震性能进行分析。结果表明:该结构在整体与构件层次均满足抗震性能目标的要求;框架柱剪力分担率随结构塑性的发展而提高,结构塑性发展顺序符合预期,具有多道抗震防线;组合墙抗剪能力有较大富余,框架柱少量进入塑性状态。

火灾下双钢板-混凝土组合墙抗冲击机理分析与挠度预测

双钢板-混凝土组合墙(steel-concrete composite wall,SC wall)常用于核电站、超高层等重要结构的承重构件,其在偶然荷载作用下的力学性能也是其推广应用的关键指标。为此,针对火灾下SC墙的抗冲击性能进行研究并给出相关设计建议。首先建立了SC墙在火灾与冲击耦合作用下的有限元模型,在验证模型可靠性基础上,开展了火灾下SC墙抗冲击机理的分析;然后研究了轴力、受火时间、材料强度、冲击能量与抗剪连接件形式等参数对SC墙在火灾下抗冲击性能的影响规律;最后给出了该类构件在耦合工况下跨中峰值挠度的预测公式。结果表明:随着受火时间的增加,SC墙受冲击变形模式由局部冲切逐渐转变为整体弯曲破坏;火灾下,混凝土为SC墙受冲击的主要耗能部件;混凝土强度、轴力与抗剪连接件形式对SC墙在高温下的抗冲击性能影响显著,钢板强度的影响则较小;建议的公式可较合理地预测火灾下SC墙受冲击后的跨中峰值挠度。

钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明:4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。

基于BO-SVM算法的钢板混凝土墙高速冲击损伤模式预测模型

钢板混凝土墙(SC墙)在冲击作用下的局部损伤估计是在结构设计初始阶段需要重点考虑的任务之一。在面临导弹冲击荷载时,工程中常采用经验公式去判断其是否造成贯穿,但这些公式大多基于经验得来,其计算结果往往偏于保守。为快速、准确地获得导弹冲击下SC墙的局部损伤模式,利用贝叶斯优化(BO)的支持向量机(SVM)算法和SMOTE算法,将SC墙的局部损伤模式分为侵入、凸起、贯穿3类进行预测,应用Python语言建立基于BO-SVM的SC墙局部损伤预测模型,并与未贝叶斯优化下的SVM(有和没有过采样)模型、KNN模型、RF模型进行对比,研究了提出模型的预测能力。研究结果表明,提出的BO-SVM模型可以很好地预测SC墙的局部损伤模式,且预测速度快,精度高,为SC结构抗冲击设计提供了新的解决方案。

双钢板-混凝土组合墙局部屈曲性能试验

进行了4片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,分析钢板强度和距厚比(抗剪连接件间距与钢板厚度比值)对外钢板局部屈曲位置、临界荷载、破坏类型的影响规律。结果表明:在竖向的2个连接件和4个连接件中部位置的钢板容易发生屈曲,且钢材强度越高,防止试件发生屈曲先于屈服局部弹性屈曲破坏的距厚比限值越小;距厚比仅对构件的破坏类型、局部屈曲的临界荷载影响较大。在试验研究基础上,采用理论分析,推导了防止钢板发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值公式,并采用国内外试验研究数据和数值模拟分析方法对公式的适用性进行验证,进一步修正了防止双钢板-混凝土组合墙发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值设计公式。

新型双钢板-混凝土组合墙轴心受压性能研究

该文提出了适用于双钢板-混凝土组合墙的新型剪力连接件。采用槽钢连接的新型双钢板-混凝土组合墙,进行了6片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,研究了剪力连接件间距和混凝土材料对组合墙体轴心受压性能的影响。结果表明:连接件布置和混凝土材性对组合墙的受压力学性能有较大的影响;连接件间距的增大会降低组合墙的极限承载力和延性,对初始刚度影响较小;超高性能混凝土能显著提升组合墙的抗压承载力和初始刚度,但会导致结构延性降低。同时,该文将组合墙极限承载力试验值与中国标准和欧洲规范中的理论值进行比较,发现基于欧洲规范的承载力设计公式更加安全。

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。

混凝土墙及钢板桩组合围堰的应用研究

主要介绍混凝土墙及钢板桩组合围堰的结构设计及相关设计计算。潮漳高速公路韩江特大桥2#主墩处于岸边复杂的水域环境,常规形式围堰受地形条件影响,难以有效解决围堰入土、止水、受力等方面的问题。综合工程安全、工期和成本等因素,2#主墩围堰采用创新性的混凝土墙及钢板桩组合围堰的施工方法,在施工风险控制、工期及成本控制等方面都取得了理想的效果。

核电工程双钢板组合墙-筏板基础插筋式锚固节点拉拔性能试验研究

双钢板混凝土组合结构结合了钢与混凝土两种材料的优势、力学性能以及耐久性优越,且施工快速便捷,正越来越广泛地应用于核电工程中。双钢板混凝土组合墙与钢筋混凝土筏板基础的锚固节点是其优越性能充分发挥的关键之一。插筋式节点相较于传统嵌入式节点和埋件式节点可以显著提高施工效率,从而得到更多青睐,但是目前关于该类节点锚固性能的研究较少。该文设计了4个1∶2缩尺的双钢板混凝土组合墙-钢筋混凝土基础插筋锚固节点,对其进行静力单调拉伸试验。通过对试件承载力、刚度、裂缝形态、钢筋及钢板应变等开展分析,探究了搭接钢筋布置方式以及对拉钢筋配置对于节点锚固性能的影响规律,并针对可能的破坏模式提出了相应的设计方法。试验结果表明:该类节点可以实现等强连接,且延性较好;对拉钢筋对控制裂缝发展,提高节点整体性具有重要作用,且沿长度方向对拉钢筋应变呈非线性分布;随着搭接钢筋与钢板距离的增大,钢筋与钢板间的不平衡力矩增加,导致对拉钢筋应变增大,但搭接钢筋的滑移有所降低。该文研究结果为插筋式节点的锚固设计提供了重要依据。

核电站用钢板混凝土组合结构的线弹性设计方法探讨

对美国《核设施相关钢结构设计规范》(ANSI/AISC N690-12)提出的钢板混凝土组合墙(SCS组合墙)的线弹性设计法进行了适用性分析。基于等效刚度的模型将钢板与混凝土等效为线弹性材料并进行了有限元分析。通过对文献中的3片SCS组合墙进行计算发现:该设计方法的等效刚度取值偏于保守,荷载-位移曲线与试验结果相比偏差较大;拉剪区单元控制墙体极限状态,而压剪区单元承载能力还相当富余。为解决该方法高估拉坏区单元刚度的问题,本文建议根据SCS单元主内力空间的不同区域设定弹性参数,以提高设计分析的准确度。

钢板混凝土组合剪力墙轴心受压有限元模拟与参数分析

以往的钢板混凝土组合剪力墙研究主要集中在其抗震性能,而对其轴压力学性能和栓钉受力特性研究较少。一方面,一些关键设计参数对墙体的极限承载力和延性的影响规律尚不明确,导致这些参数的取值难以合理地确定。另一方面,墙体中的栓钉作为抗剪连接件,可使钢板与混凝土协同工作,但在试验中栓钉的受力和变形数据难以测得。为了解决这些问题,采用ABAQUS软件建立轴压工况下组合墙的有限元模型,并利用试验研究资料检验该模型的精确性,继而考虑长高比、混凝土强度、钢板强度和栓钉强度等四个参数进行参数分析,以考察这些参数对墙体力学性能的影响。在有限元模型中,混凝土、钢板和栓钉均采用C3D8R实体单元模拟。在混凝土本构关系中考虑了塑性损伤,钢板和栓钉的本构关系均采用二折线模型。创建刚体约束来模拟加载板,并设置两个参考点,分别位于墙体模型顶、底面的中心。将边界条件分配给两个参考点,而荷载向下施加于顶面参考点。通过初始刚度、峰值荷载和钢板局部屈曲的模拟结果验证基本有限元模型准确性,然后调节上述四个参数形成13个有限元模型,得出不同参数下墙体的荷载-位移曲线和极限荷载并进行比较分析。结果表明,有限元模拟的荷载-位移曲线与试验结果吻合良好,而且模拟得出的钢板屈曲规律与试验现象一致,从而证实了有限元建模中采用的材料本构关系、不同材料之间的接触特性、边界条件和理论模型参数设置均合理,可供同类构件分析与设计参考。长高比、混凝土强度和钢板强度对墙体极限承载力影响较大,且极限承载力随这些参数的增大基本呈现线性增长趋势,但是栓钉强度对墙体极限承载力几乎没有影响;提高混凝土抗压强度比提高钢板强度能更有效地提高组合墙的极限承载力;当长高比取值较小时,墙体延性较好;栓钉应力集中在根部,当钢板强度和栓钉强度一致时,栓钉根部应力能基本达到其强度,其抗剪性能发挥较充分。

钢板-混凝土组合墙平面内受力性能研究

从单元和构件两个层次研究了钢板-混凝土(SC)组合墙的平面内受力行为。在单元层次上,基于已有SC组合墙单元平面主内力空间屈服面,推导了SC组合墙单元的压(拉)剪承载力计算模型;在构件层次上,利用ABAQUS有限元软件,研究了SC组合墙构件在平面内轴向力、剪力及弯矩复合作用下的受力性能,得到剪跨比、轴压比、钢板厚度及混凝土厚度等关键参数对其平面内受力性能的影响,并利用推导的压(拉)剪承载力计算模型对计算结果进行了分析。

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。