钢-竹组合双室箱形梁受弯性能有限元分析

钢-竹组合双室箱形梁是由冷弯薄壁型钢与重组竹通过结构胶黏结而成的一种组合梁,两者材料共同受力、协调变形,具有优异的受弯性能。在试验研究基础上,通过ABAQUS软件进行三维建模与有限元分析,并以内聚力模型模拟材料接触面的相互作用,将模拟结果与试验结果进行对比以验证模型可靠性,并对组合梁受弯性能进行参数分析。结果表明,有限元模拟结果与试验结果失效特征相似,跨中最大挠度变化规律相近,容许挠度与试验极限荷载下挠度平均误差小于5%;增加组合梁翼缘厚度、翼缘宽度、腹板高度以及型钢厚度可以有效提升抗弯刚度及受弯承载能力;此外,在一定范围内增加腹板高度,组合梁材料利用效率更高,即每增加1 kg使用量,容许荷载和极限荷载将分别提升6.20 kN和9.34 kN。

张弦式钢-竹组合工字形梁的短期受弯性能

为研究张弦式钢-竹组合工字形梁的受弯性能,以预应力水平、张弦及加载方式为基本参数,设计制作了12根张弦式钢-竹组合工字形梁进行受弯试验,观察分析了加载过程中组合梁的试验现象、破坏特征,探究了各参数对组合梁承载能力、应变分布、变形性能等的影响规律,并推导得出了张弦式组合梁承载力的近似计算公式。结果表明:张弦式组合梁的整体性能优良、组合效应突出,具有良好的变形性能及承载能力;张弦试件的破坏形态主要为翼缘竹材撕裂、局部钢材屈曲等破坏;施加预应力及提高预应力水平能有效增加组合梁的变形性能,以及在相同挠度控制条件下的承载能力,且采用二点张弦布置预应力筋时可获得更好的效果;张弦式组合梁跨中截面应变分布符合平截面假定,且随着预应力水平提高而中性轴下移;最后,基于理论计算得出的承载力与试验值较为接近且相对保守,近似计算公式具有较好的适用性。

多跨连续圆竹-钢组合拱桥全预制快速拼装建造

为提高竹拱桥的跨越能力,以我国已建成的最长竹桥——玲珑大桥为启发,提出采用圆竹和钢材进行多跨连续圆竹-钢组合拱桥的全预制快速拼装建造方法,系统研究圆竹的调弯、防腐工艺和拱圈、拱上建筑的预制拼装,以及拱圈的变形控制等关键技术。结果表明:圆竹-钢组合拱桥的跨越能力明显优于竹拱桥,且结构变形较小;该桥型的构件全部采用预制拼装,具有造价低、施工快速、节能环保等优点,研究结果可为圆竹-钢组合拱桥在类似工程中的推广应用提供参考。

圆竹-钢组合拱桥变形控制关键技术

为探究圆竹-钢组合拱桥拱圈等部位的变形控制技术,以武夷山玲珑大桥为研究对象,通过Midas Civil软件建立模型,分析其在设计阶段,不同荷载组合下,不同的桥面系、拱圈截面、横向连接和拱脚连接方式下的拱圈竖向与横向位移。结果表明:采用组合桥面系、横向连接以及提高拱圈与拱脚的刚度能在一定程度上减少拱圈等部位的变形。为更有效地控制变形,还需要结合实际施工过程中的变形控制技术和软件对各个施工阶段的模拟。综合应用设计阶段的分析和施工阶段中的变形控制技术,可以有效预防和控制圆竹-钢组合拱桥的变形问题,确保结构的安全性和稳定性。研究结果可为其他类似圆竹结构工程的建设提供参考。

钢-竹组合箱形梁抗剪性能有限元分析

为研究钢-竹组合箱形梁的抗剪性能,使用ABAQUS有限元软件建立钢-竹组合箱形梁的三维模型,重点考虑竹胶板的各向异性和屈服准则,以及钢材的弹塑性,采用双线性内聚力模型模拟钢-竹界面滑移,并与试验结果对比,分析各变量参数对钢-竹组合箱形梁抗剪性能的影响。结果表明,钢-竹组合箱形梁有限元模拟与试验得出的荷载-位移曲线吻合良好,破坏特征相似,弯剪区主应力接近,证明钢-竹组合箱形梁有限元模型的可靠性以及采用双线性内聚力模型模拟胶层单元的有效性,并以该模型为基础,对剪跨比、竹胶板和冷弯薄壁型钢厚度进行参数分析,以期为钢-竹组合结构的有限元模拟提供参考依据。

预应力钢-竹组合梁受弯挠度计算方法与试验研究

为分析预应力钢-竹组合梁的受弯挠度,以加载方式、张弦位置、预应力度为变量,对12根组合梁试件进行了设计与试验研究。在此基础上,假定梁变形分布符合正弦半波曲线,并考虑梁加载过程中几何关系变化与预应力反拱的影响,采用弹性理论建立了组合梁中预应力筋应力增量的计算方法,推导得出一点或两点加载、一点或两点张弦时,组合梁受弯挠度计算的统一公式。试验与理论计算结果的对比表明:该文提出的挠度计算方法可较好的预测组合梁在正常使用阶段的挠度;随着预应力度的增加,组合梁的等效抗弯刚度不断提高,且两点张弦时可获得更高的等效抗弯刚度。此外,对于初始预应力为零的试件,需采用可靠预紧措施,以保证体外预应力筋能够有效发挥作用。

基于梁柱节点性能的钢-竹组合框架结构地震反应分析

为研究钢-竹组合框架中连接钢-竹组合柱和钢-竹组合梁的节点性能,通过拟静力试验得到不同参数下半刚性节点的弯矩与转角的多项式拟合关系,在此基础上建立了6榀2层钢-竹组合框架的数值模型,进行了地震作用下的有限元分析,探讨了节点对钢-竹组合结构抗震性能的影响。为充分考虑节点的半刚性特性,采用Combin39非线性弹簧单元模拟节点,研究了6榀框架在不同情况下的最大水平位移与最大基底剪力、水平位移与基底剪力时程曲线和滞回曲线等指标。结果表明:钢-竹组合框架滞回曲线饱满,抗震性能突出,提高节点处螺拴的强度和设置加劲肋对提高钢-竹组合框架的抗震性能有明显效果,节点的构建因素对框架的抗震性能有显著影响。

钢-竹组合结构体系设计方法

为了充分利用中国的竹资源优势,促进绿色建筑结构体系的建立和推广,提出了一种全新的轻型、低排、节能建筑组合结构体系——钢-竹组合结构体系,包括压型钢板-竹胶板组合墙承重的箱式结构受力体系和钢-竹组合梁柱结构构件受力体系;给出了钢-竹组合结构体系各个构件的制作方法和截面构造要求,指出了在钢-竹组合结构体系设计时应注意的各构件连接部位的构造要求及其现场施工安装方法。所得结论可为钢-竹组合结构体系在设计和安装过程中提供技术借鉴和参考。

钢-竹组合工字形梁界面滑移及变形分析

基于初等梁变形理论和界面滑移与应变差关系,建立了钢-竹组合工字形梁界面相对滑移微分方程,推导出3种常见荷载作用下的组合梁钢-竹界面滑移和应变差解析解,在此基础上依据虚功原理提出了界面滑移引起的跨中附加挠度理论计算公式,从而形成了钢-竹组合工字形梁考虑滑移效应的跨中挠度计算方法,进一步通过6根梁的模型试验,探讨了界面应变差、界面滑移分布以及组合梁变形,并与试验结果进行了比较。理论分析和试验研究结果表明:钢-竹界面应变差的理论计算值与试验结果吻合较好,受压区和受拉区应变差分布基本相同;组合梁的纯弯区段,界面滑移曲线斜率增大,而弯剪区段则逐渐减小,界面滑移在梁端达到最大值,且在整个弯剪区段保持较大水平,因此在该区域布置连接件,可有效提高组合梁的整体工作性能;考虑界面滑移效应后的理论分析结果与未考虑滑移效应的换算截面法相比,更接近组合梁真实的变形,平均误差由11.5%减小为1.64%,随着变形的增大,基于界面滑移效应的钢-竹组合梁变形分析方法的优越性将更为突出。

钢-竹组合构件的受力变形和抗震性能分析

目的开发一种轻质、高强、抗震、环保型建筑结构构件应用于我国地震区,以提高地震区建筑物的抗灾害性能.方法利用胶粘剂把竹材人造板与冷弯薄壁型钢复合成为楼板、墙体、梁等钢-竹组合构件,分别进行受弯性能试验和拟静力试验,模拟地震作用下组合构件的受力变形.结果钢-竹组合墙体的荷载-位移滞回曲线饱满,延性系数、耗能系数最高分别达到了2.47和0.865,抗震性能指标较高;钢-竹组合楼板最大的极限荷载值为29.63 kN/m2具有很高的承载力和较高的刚度,若截面设计合理构件破坏前的预兆明显,具有很好的延性;钢-竹组合梁在85 kN的荷载下仍没有破坏,具有较大的抗剪能力储备,荷载作用下的弯曲变形明显,破坏过程典型,可布置塑性铰.结论钢-竹组合构件是抗震性能优良的轻质、高强型组合构件,适合于地震区建筑结构中应用,具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景.

长期荷载作用下钢-竹组合柱的力学性能

为研究钢-竹组合工字形柱(以下简称组合柱)在长期荷载作用下的力学性能,设计制作了18个组合柱试件,依次对其实施一次加载试验、长期加载试验与二次加载试验,观测并分析试件的蠕变过程,研究组合柱承载力与形变的影响因素及其变化规律.结果表明:组合柱有良好的整体性与承载能力,加载至60 d时蠕变变形已达蠕变总量的90%,Burger模型可以准确地描述组合柱的蠕变过程;长期荷载作用后,组合柱的延性与极限应变明显提高,极限承载力受长期荷载作用影响较小,承载力与延性随着含钢率的增加显著提升.

长期荷载作用下钢-竹组合楼板的力学性能

为构建人与自然和谐发展的理念,提出一种由冷弯薄壁型钢与竹胶板组成的环保型组合楼板,研究此种钢-竹组合楼板在长期荷载下的力学性能。采用有无紧固件为试验参数,制作试件并进行长期荷载试验,分析钢-竹组合楼板的挠度随时间的变化规律以及型钢与竹胶板的应变随时间的变化规律;同时对卸载后的钢-竹组合楼板进行二次抗弯试验,并和短期试件的抗弯试验比较。研究表明:长期荷载作用下,钢-竹组合楼板蠕变值不大,型钢与竹胶板的应变变化趋势一致,试件在长期荷载作用后承载力衰减约7%,说明钢-竹组合楼板能充分发挥两种材料的力学性能特点,具有良好的整体性能和承载能力;通过理论推导,推出钢-竹组合楼板的短期刚度计算公式,并提出长期刚度建议公式和挠度计算方法,其理论值与试验值吻合较好。

钢-竹组合箱形柱的偏心受压力学性能

以偏心距、长细比、有无螺钉加固为参数,对36根钢竹组合箱形柱进行了偏心受压试验,分析了组合柱的破坏形态、侧向挠度、变形和承载力,研究了组合柱偏心受压力学性能的影响因素;另外,根据纤维模型法编制了非线性计算程序,对组合柱进行非线性全过程分析.结果表明:长细比较小组合柱的破坏由牛腿区域竹胶板劈裂和钢材屈曲所导致,长细比较大组合柱的破坏由中部竹胶板劈裂向外鼓起所导致;在设计参数范围内,偏心距对组合柱的力学性能影响较大,螺钉加固连接对组合柱的屈服承载力和极限承载力均有一定的提高作用,长细比有一定影响但无明显的规律性;由程序求得的计算结果与试验结果吻合较好,误差均在10%以内,表明所建立的计算模型具有较高的精度.

长期荷载作用对钢-竹组合梁力学性能影响

为研究钢-竹组合工字形梁经历长期荷载作用后的力学性能,以竹胶板厚度、钢板厚度、含钢率为参数设计2组共12个试件,其中一组经过1 a的长期荷载作用后进行受弯破坏试验,另一组直接进行短期受弯试验,对比研究长期荷载作用对组合梁极限承载力衰减、挠度变形、构件延性、截面应变等方面的影响;同时基于有效惯性矩法对组合梁破坏时的挠度进行计算分析.结果表明:组合梁破坏试验现象与其含钢率有关,一般表现为下翼缘竹胶板脱胶开裂,随着含钢率的增加,组合梁破坏范围逐渐向上部扩散;长期加载后,组合梁延性发生改变;竹胶板长期受拉或受压对组合梁的影响基本相同,组合梁中性轴位置未发生改变;组合梁极限承载力衰减程度与竹胶板厚度、钢板厚度、含钢率均有关;由挠度计算公式得到的计算值与试验值吻合较好,误差均在10%以内.

长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响

为研究长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响规律,以长期荷载水平、截面尺寸、有无螺钉为参数设计制作了9根钢-竹组合箱形短柱试件,其中6根为长期试件,施加长期荷载后实施二次轴心受压破坏试验,其余3根作为对比用的短期试件,直接进行一次轴心受压破坏试验。对比分析长期试件和短期试件的破坏过程、破坏形态、破坏特征,探讨长期荷载作用后的钢-竹组合箱形短柱的荷载-应变关系、极限承载力、构件延性等力学性能的变化规律。结果表明:长期荷载水平对试件极限承载力和延性系数有一定的影响,但对屈服承载力的影响不明显;增大截面尺寸,试件屈服荷载提高,极限承载力和延性系数降低;螺钉可以提高试件延性系数而对承载力影响不明显;长期荷载作用后试件极限承载力和延性均有一定的衰减,但极限承载力仍高于1.5倍的屈服承载力、延性系数大于2.0,说明长期荷载作用后,钢-竹组合箱形柱仍具有良好的强度贮备和延性性能,能够作为长期受力构件用于实际工程结构。

基于有限元模拟的钢-竹组合梁柱节点胶层力学性能研究

利用ABAQUS有限元软件建立了钢-竹组合梁柱节点的三维模型,并采用双线性内聚力模型建立了胶层单元,与试验进行了对比,分析了组合节点胶层界面的应力变化和刚度退化.结果表明:建立的有限元模型能很好地模拟钢-竹组合梁柱节点的加载过程,验证了双线性内聚力模型模拟胶层的有效性,加载过程中胶层应力呈现出两端大、中间小的特点,胶层从两端开始失效,逐渐向中部延伸,胶层的失效是极少数的、局部的,与试验所得的现象吻合良好.在胶层完全失效前,设置胶层模型的荷载—位移曲线与整体建模的荷载—位移曲线基本一致,两者极限承载力相差仅为0.63%.因此,对模型进行了简化,胶层失效前钢材和竹胶板可视为一个整体,将钢材与竹胶板绑定,采用整体建模的方式,对钢-竹组合构件进行分析,为后续进行钢-竹组合结构的模拟提供了参考.

C形冷弯薄壁型钢-竹组合梁受弯性能研究

冷弯薄壁卷边槽钢和竹胶板通过结构胶复合成C形钢-竹组合梁,通过有限元分析C形钢-竹组合梁的受弯性能,有限元参数包括竹胶板厚度、梁截面高度、钢的布置方式、梁是否倾斜放置、梁是否有侧向支撑。研究结果表明,增加竹胶板能有效提高冷弯薄壁型钢的抗弯承载力,竹胶板厚度越大的组合梁承载力越高,但当竹胶板到达一定厚度后再增加厚度对于组合梁承载力的提高作用很小;当组合梁无侧向支撑时,倾斜放置时的承载力明显低于水平放置,但有侧向支撑时两者承载力接近;钢仅布置在组合梁上下翼缘附近的空腹型钢式C形组合梁,其承载力仅比普通C形组合梁(钢沿着梁翼缘和腹板连续布置)低了约5%,但用钢量比后者节省了约20%。

钢-混组合简支箱梁耐火性能研究

为研究钢-混组合箱梁受火时的挠度变化、破坏模式和耐火时间,以某钢-混组合简支箱梁为背景,采用ANSYS软件建立有限元模型,计算不同受火工况和火灾场景下梁跨中截面的温度场,分析梁的挠变规律和破坏模式,研究其耐火极限。结果表明:钢箱底板受火时,梁的跨中挠度呈线性增加趋势;腹板受火时,挠度很快进入大幅增长阶段;钢箱底板受火时,梁随受火时间逐渐下挠而破坏;腹板受火时,梁发生翘曲,受火侧腹板屈曲,两侧和一侧腹板受火时,梁分别发生对称变形和单侧翘曲;同一火灾场景下,腹板受火时梁的耐火时间比钢箱底板受火时大幅减小;受火位置相同时,HC火灾下梁的耐火时间比ISO834火灾下的耐火时间明显缩短;在设定的延火时间内,External和Design火灾下梁未破坏。

钢-竹组合柱的等效截面法

目前,随着建筑业倡导绿色节能的要求下,竹、木结构的应用趋于多元化。文章通过基于钢、重组竹两种材料的弹塑性本构关系,提出一种钢-竹组合结构的等效截面法。采用有限元分析软件ABAQUS研究等效前后的模型并对比分析,认为等效截面法可以精确反映组合柱的静力特性。因此,采用此种等效方法的钢-竹组合结构能够很好地模拟组合后的结构特性,为钢-竹组合结构体系的研究推广铺路。

长期荷载作用下钢竹组合箱形柱蠕变分析

为研究钢-竹组合箱形柱的蠕变性能,以试验方式制作了8个组合试件,试件主要以截面尺寸、荷载水平以及有无螺钉为主要蠕变影响因素,进行长期加载试验,目的是观测组合柱在长期荷载作用下的位移、温度以及湿度变化,得出组合柱的位移变化曲线、温湿度变化曲线以及蠕变系数,并在实验基础上进行组合柱蠕变理论分析。最终实验结果得出对钢-竹组合箱型柱的蠕变有明显影响因素是截面尺寸以及荷载水平,是否打螺钉并不影响组合柱的蠕变性能,且理论上蠕变变形占初始变形的比例并不高,并不影响组合柱的正常使用。