含钢率对GFRP管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响

为了研究含钢率对GFRP(glass fiber reinforced polymer)管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响,建立15个组合构件的数值模型,在验证模型正确的基础上,通过分析典型构件的冲击全过程、截面弯矩发展以及破坏时应变分布规律,研究构件在侧向冲击荷载作用下的破坏模式;通过分析构件冲击力时程曲线、侧移时程曲线以及能量变化情况,探究含钢率对不同长细比构件抗冲击性能的影响。结果表明:与未配置钢骨的构件相比,GFRP管-钢骨混凝土构件的抗冲击承载力提高了7%~134%,侧向位移减小了13%~68%。在侧向冲击荷载作用下,构件的破坏模式以弯曲破坏为主,同时伴随着GFRP管和混凝土冲击区域的局部破坏,抗弯刚度是影响构件抗冲击性能的主要因素之一。构件的抗冲击承载力随着含钢率的增高而提高,随着构件长细比的增大而降低。含钢率相差1.5%时,截面惯性矩较大的窄翼缘型钢对构件的抗冲击性能更有利。对于长细比大于20的构件,钢骨耗能是组合构件总能耗的主要组成部分。

部分包覆钢-混凝土组合构件中主钢件翼缘的局部稳定性能研究

部分包覆钢-混凝土组合构件因两种组成材料的相互约束,能大幅增强H型钢翼缘的局部稳定性,因而设计时可以采用较大宽厚比的板件。增大冀缘宽厚比能提高钢材利用效率,但也存在降低构件承载能力和塑性变形能力的风险。对这类构件中钢翼缘板受压条件下的局部稳定性能进行了研究,推导了弹性与弹塑性失稳条件下的临界应力与冀缘宽厚比;根据试验研究结果,分析了翼缘宽厚比和连杆间距对构件延性的影响;讨论了现行规范有关规定的合理性。结果表明:混凝土单侧约束能大幅提高钢板的局部稳定临界应力,并可由此推导出PEC构件中主钢件翼缘板的宽厚比限值;当设置连杆约束时,在一定范围内采用较密的连杆间距,可以满足较大宽厚比截面的塑性承载的要求。

体内预应力波形钢腹板组合梁预应力导入效率研究

研究一种新型的体内预应力波形钢腹板组合梁的预应力导入特性。通过设置一种钢包混凝土构件,在波形钢腹板组合梁下翼缘引入体内预应力,设置的波形钢腹板使预应力更大限度地导入上、下翼缘,形成一种新型体内预应力波形钢腹板组合梁。提出的新结构与现有的波形钢腹板组合结构对比,受力性能大幅改善,梁体重量显著降低,避免了体外索的频繁更换。基于卡氏定理,根据波形钢腹板组合梁截面刚度协调特性,推导波形钢腹板的预应力导入效率计算方法,并针对提出的新型体内预应力波形钢腹板组合结构开展预应力导入效率数值分析,通过理论计算结果与有限元对比,发现两种方法获得的导入效率系数变化一致,验证了该文提出的反对称波形钢腹板的预应力导入效率计算方法。

120 MPa高强混凝土型钢组合构件受力性能试验研究

进行了120 MPa高强混凝土型钢组合短柱、组合梁的受压及受弯性能试验,考察箍筋间距和钢纤维掺量对高强混凝土型钢组合短柱的破坏形态、承载力和延性的影响,得到荷载-位移曲线及轴力-应变曲线。研究表明:随着双肢箍筋间距加密,组合短柱虽然仍表现为脆性破坏,但箍筋加密增强了混凝土对型钢的约束效应;随着钢纤维掺量从0.3%增加到0.5%,试件表现为延性破坏。组合短柱在小偏压时发生截面承载力破坏,在大偏压时发生弯曲破坏;组合梁由于箍筋加密为50 mm,增强了混凝土对型钢的约束,并且0.5%钢纤维掺入提高了混凝土的抗拉强度,形成塑性铰时,型钢达到全截面屈服,端部未出现型钢推出现象。通过试验值与EC4计算值比较可得,现行EC4规范可准确估算120 MPa混凝土型钢组合短柱及组合梁在大偏心受压和纯弯状态下的承载力,但对轴心受压和小偏心受压短柱的承载力估算偏小,其N-M曲线不能直接扩展用于120 MPa混凝土型钢柱承载力验算。

GFRP管-钢骨混凝土组合纯弯构件的抗震性能试验研究

以含钢率、GFRP管厚度和混凝土强度为试验参数,对5根GFRP管-钢骨混凝土组合纯弯构件进行了低周反复荷载试验,分析了该类构件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线和骨架曲线等,研究了其刚度退化、承载力退化、耗能能力及累积损伤规律等。结果表明:构件以弯曲形式破坏,具有较好的延性和耗能能力;含钢率是影响纯弯构件抗震性能的主要因素,提高含钢率可以改善构件的耗能能力,降低其屈服前的损伤。建立了纯弯构件的恢复力模型,并将理论结果与试验结果进行对比,两者吻合较好;基于能量耗散原理,通过对纯弯构件进行累积损伤分析,发现各构件的累积损伤指数最大值均未超过0.8,具有良好的抗震性能。