新型钢-砼-钢组合剪力墙抗震性能试验研究

本文提出一种采用加强槽钢剪力连接件的新型钢-砼-钢组合剪力墙.通过对4个试件进行推出试验研究该新型剪力连接件的受剪性能,分析其破坏模式、荷载-滑移曲线、极限抗剪承载力以及极限滑移量等.为研究采用该新型加强槽钢连接件的钢-砼-钢组合剪力墙试件的抗震性能,完成了3个剪跨比为2.0的组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了该新型组合剪力墙在低周往复作用下的破坏形态、滞回性能、承载能力、变形能力以及耗能能力,分析钢板厚度和是否设置边柱对其抗震性能的影响.试验结果表明:推出试验试件的荷载-滑移曲线可划分为5个阶段,其破坏模式是试件的破坏模式为两侧螺栓和槽钢连接件腹板的剪切破坏,与普通槽钢连接件相比具有更好的受剪性能并且其极限滑移量满足规范要求.采用加强槽钢连接件的钢-砼-钢组合剪力墙试件的破坏形态为墙体底部钢板屈曲、底部焊缝开裂以及内部混凝土压溃.试件平均破坏位移角可达1/63 rad,具有良好的变形能力.试件耗能随着变形的增大而迅速增大,抗震性能良好.钢板厚度的增加对试件承载能力有着显著提升,对变形能力的影响较小;边柱的设置能显著提升此新型剪力墙试件的承载与变形能力.增加钢板厚度以及边柱的设置可显著改善该组合剪力墙的抗震性能.

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验

试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响.试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式.螺栓剪力键的抗剪性能随螺栓的直径和螺栓等级的增大而提高;螺栓预紧力仅对初始抗剪刚度有影响;相比于传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求.结合试验结果和国内外规范公式,提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力.

预制钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能试验研究

为了探究钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能,试验设计并制作了10个推出试件,研究橡胶套筒尺寸和加载制度对其抗剪性能的影响规律。试验结果表明:试件以栓钉剪断为主要破坏形式,并伴随栓钉附近局部混凝土压碎。橡胶套筒厚度对剪力件的抗剪承载力影响较小,橡胶套筒厚度为2mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的94%。随着橡胶套筒厚度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的87%;相对滑移则随着厚度增加而增加,最大为普通剪力件的142%。而随着橡胶套筒的高度增加,剪力件的抗剪承载力随之减少,橡胶套筒高度为50mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的89%;随着橡胶套筒高度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的75%;相对滑移则随着高度的增加而增加,最大为普通剪力件的137%。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓作为钢-预制UHPC组合梁剪力键的抗剪性能,共设计15个推出试件,探究螺栓间距和螺栓数量对试件的破坏模式、荷载-滑移曲线、极限承载力、延性和初始抗剪刚度的影响。试验结果表明,推出试件的主要破坏模式为螺栓剪力键剪断,同时在螺栓剪切面下端有局部UHPC受压剥落,UHPC预制板只在剪力槽四周出现细微裂缝。减小螺栓间距会导致试件的抗剪性能降低;而增加螺栓数量可以有效地提高试件的抗剪性能,但也会导致单栓初始抗剪刚度下降。分析国内外现行钢-混凝土组合梁中剪力键的抗剪承载力计算公式,并以此提出一条更适用于钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪承载力计算公式。对比提出公式的计算值与试验值,两者的平均比值、标准差和变异系数分别为1.02、0.02和0.02。

钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构抗震性能试验研究

对钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构足尺试件进行了水平低周往复加载试验,研究了灌浆轻钢剪力墙与钢框架的耦合效应,分析了结构的破坏模式、受力特征和耗能机理,得到了结构的承载能力、抗侧刚度、延性及耗能能力等。通过与纯钢框架及冷弯薄壁型钢灌浆墙体结构的试验结果对比,发现灌浆轻钢剪力墙通过自攻螺钉采用内嵌的方式与钢框架连接,二者具有良好的协同工作性能,框剪结构的抗剪承载力和抗侧刚度分别是钢框与墙体对应值之和的1.50倍和1.64倍,结构延性系数达5.42,抗震性能优良,研究结果可为该类结构的设计研究提供科学基础。

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

预制轻钢轻混凝土剪力墙-楼板连接部抗剪性能试验研究

提出一种装配式轻钢轻混凝土剪力墙与混凝土楼板的装配连接方式,为研究该连接节点的抗剪性能,开展了4个墙体-楼板连接试件的低周往复加载试验,分析了连接节点的滞回性能、刚度退化、延性、耗能能力及承载力性能。结果表明:不同连接构造形式对墙体-楼板连接节点的承载力影响显著,抗剪螺栓能有效提高节点的刚度与水平抗剪承载力;承载力分析结果显示,设有抗剪螺栓的连接节点承载力比预制墙体抗剪承载力高了34.3%,满足节点承载力要求,最后给出了装配式轻钢轻混凝土墙-楼板连接节点设计建议。

温度作用下大跨度钢-混组合梁剪力滞效应研究

以新建包头至银川高铁中包头至惠农段BYZQ-7标磴口黄河特大桥为研究对象,考虑温度变化对钢-混组合梁的剪力滞影响,求解其温度应力,并建立温度剪力滞系数。通过温度传感器监测全天温度,运用现场实测方法,研究钢-混组合梁温度场分布规律,并计算分析温度作用下,钢-混组合梁的剪力滞效应时程曲线。结果表明,钢-混组合梁温度变化与环境空气温度升降过程一致,温度场分布不均。温度突变对钢-混组合梁的剪力滞系数影响显著,顶板与腹板交接处剪力滞系数峰值为底板与腹板交接处剪力滞系数峰值的163倍。

水平荷载下装配式钢-混凝土组合管剪力墙受力性能有限元分析

在3个剪跨比为1.65、轴压比为0.2的装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙试件的低周往复加载试验基础上,选用合适的单元类型和材料本构关系等,建立了SRCT剪力墙的非线性数值分析模型。考察了轴压比、混凝土强度、钢材强度及拉结筋布置方式等对SRCT剪力墙水平荷载下受力性能的影响。结果表明:数值分析方法计算值与试验值吻合良好,可以较好地用于SRCT剪力墙在水平荷载下的受力分析;随着轴压比、混凝土强度及钢材强度的提高,SRCT剪力墙峰值承载力及初始刚度均有提高,但位移延性降低;梅花式拉结筋布置的SRCT剪力墙与并列式布置形式的SRCT剪力墙初始刚度和承载力相差不大,但位移延性大于并列式布置形式的SRCT剪力墙;在试验和数值分析的基础上给出影响SRCT剪力墙受力性能主要参数的取值范围。

钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别研究

为研究曲率模态差指标(D)和柔度曲率变化率指标(R)的损伤识别方法在钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别上的可行性,采用有限元软件MIDAS建立钢-混凝土组合梁模型,通过有限元软件对钢-混凝土组合梁不同损伤程度的剪力连接件进行模拟分析。分析结果表明:在简支梁情况下两种方法各有优劣,在连续梁情况下模态曲率差指标(D)识别效果更好。

钢-混组合桥梁栓钉腐蚀疲劳失效及力学性能退化机理试验研究

腐蚀环境中钢-混组合桥梁的栓钉连接件可能因腐蚀-疲劳耦合作用而劣化,为此设计制作3组10个栓钉推出试件,分别进行腐蚀后的静力、疲劳性能试验和腐蚀-疲劳耦合试验,研究栓钉的腐蚀-疲劳失效及力学性能退化机理。结果表明:腐蚀作用使得栓钉抗剪刚度显著退化;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉疲劳寿命明显低于腐蚀后疲劳寿命;栓钉初始疲劳裂纹产生于钉杆靠近焊趾截面的剪力作用侧,以剪切裂纹扩展为主,当疲劳裂纹或腐蚀疲劳裂纹发展至约1/2栓钉直径后,栓钉在拉-剪组合应力作用下断裂;影响栓钉损伤发展速率的主要因素为荷载比、腐蚀速率及腐蚀-疲劳耦合作用;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉抗剪刚度退化速度大于疲劳单独作用下,抗剪刚度退化包括快速退化和缓慢退化2个阶段,前一阶段约占栓钉腐蚀疲劳寿命的20%。

钢-混组合梁荷载-温度效应的统一解析模型

基于欧拉伯努利梁理论,提出非均布荷载、轴向力、梁端弯矩和非线性温度分布共同作用下的有滑移组合梁统一解析模型,推导组合梁挠度、界面剪力、滑移及截面应力的计算公式,开展简支组合梁和连续组合梁算例分析,讨论界面刚度和温度作用对界面滑移和挠度的影响.研究结果表明,组合梁温度作用产生的挠度与界面滑移由等效温度滑移应变和等效温度曲率决定,可以通过将桥面板与钢梁的温度分布各自分解为有效温度、竖向线性温差和残余温度等相互独立的3部分进行计算.简支梁和2跨连续梁算例在温度作用下的界面滑移沿梁长呈现反对称分布,滑移主要集中在距端部小于2 m的范围内,受滑移的影响,组合梁端部桥面板底面的拉应力水平较高,可以超过2 MPa,增加了底面混凝土开裂的风险.提出了温度作用下界面滑移组合梁的挠度影响系数,可以用于组合梁挠度的快速计算,其大小不仅与界面完全连接与界面无连接时组合梁的抗弯刚度比和组合效应系数有关,还受温度作用系数的直接影响.

锚杆钢-木组合托盘极限承载力学性能研究

为降低动压冲击对支护系统的破坏,适应大变形巷道的需要;基于球壳结构理论构建锚杆拱形钢托盘承载力学模型,给出钢托盘最大承载力计算式,分析钢托盘各参数尺寸对其承载力的影响关系,研究木托盘压缩实验特征;通过Abaqus软件对钢托盘与组合托盘开展有限元静态力学强度实验,对比分析钢托盘与组合托盘受压状态下的不同特征,分析让压距离对组合托盘承载性能的影响规律。结果表明:对钢托盘承载力的影响顺序为拱高>拱底圆半径>孔口半径,拱高与承载力服从对数增加关系,拱底圆半径、孔口半径与托盘承载力基本成线性增加关系;钢-木组合托盘中木托盘先受力,并经历了压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,木托盘被压缩可降低钢托盘30.03%的承载受力,组合托盘的应力-位移曲线右移,组合托盘的极限承载力增加;钢托盘受压破坏从孔口处开始,基本成圆形向四周扩展,托盘底部四边中间区域与四角区域形成的高应力差是导致托盘四角破坏的主要原因。

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

传统螺栓连接件的直径小于钢梁预留孔的孔径,导致螺栓与孔壁存在间隙,容易引发钢梁与上部混凝土板间发生相对滑移使组合梁挠度增大。为尽量减小或消除上述间隙,本文引入铰制孔螺栓和螺纹孔螺栓作为组合结构的剪力连接件,并提出锥套自锁螺栓连接件。设计并开展了8个螺栓连接件推出试验,基于各试件的荷载-滑移曲线,研究了3种螺栓连接件与传统螺栓连接件间的抗剪承载力、滑移能力及抗剪刚度等受剪力学性能的具体差异。研究结果表明:3种螺栓连接件的破坏形态与传统螺栓连接件表现一致,均为螺栓杆剪断,混凝土无压溃现象;3种螺栓连接件的抗剪承载力均接近于传统螺栓连接件的抗剪承载力;基于试件的荷载-滑移曲线,3种螺栓连接件均可分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;3种螺栓连接件的延性系数和抗剪刚度均明显优于传统螺栓。综合考虑力学性能、施工性能和经济性,本文建议选用铰制孔螺栓用于组合结构的剪力连接件。

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。

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。