U型钢-混凝土组合梁交叉节点抗弯性能试验研究

针对U型钢-混凝土组合梁交叉节点处U型钢腹板传力路径中断、节点受力复杂、现有钢筋过渡节点现场焊接量大的难题,提出了L形连接板传递钢腹板内力的新型节点(LLTC),对节点抗弯性能进行了试验研究。LLTC由套筒、L形连接板和套丝钢筋组成,与焊接钢筋型纵向过渡钢筋(WLTR)传递钢腹板内力的传统梁交叉节点(WLTR-UCJs)相比,LLTC能够有效传递钢腹板内力,且实现了节点的装配式连接。通过四端简支静力试验,研究了WLTR-UCJs和装配连接型U型钢-混凝土组合梁交叉节点(LLTC-UCJs)的抗弯性能,明晰了纵向传力构件形式、WLTR直径、LLTC套丝钢数量和LLTC套丝钢强度等对节点承载能力与变形能力的影响。试验结果表明,WLTR-UCJs的破坏模式为钢腹板屈曲和顶部纵向钢筋屈曲,LLTC-UCJs的破坏模式为U型钢翼缘屈服。与WLTR-UCJs相比,LLTC-UCJs的受压区材料屈曲程度较低,具有更高的承载力和更强的变形能力。

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比(b_(f)/L_(0))和高厚比(h/h_(f))对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明:不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当b_(f)/L_(0)<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤b_(f)/L_(0)≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的公式进行了对比。对比结果表明:相较于《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。

U形钢板-混凝土组合梁拼接节点受拉试验研究

空腹夹层板结构的U形钢板-混凝土组合下肋梁采用装配化施工时,将拼接节点设置于跨中位置具有受力明确、施工方便的优点,但拼接节点处的较大拉力也使其成为整个结构的薄弱区域.为研究U形钢板-混凝土组合下肋梁拼接节点的力学性能,设计了5组U形钢板-混凝土组合梁拼接节点足尺试验模型,开展了拉力荷载下的静载试验,通过与有限元模型进行对比分析,明确了拼接节点在拉力作用下的内力分布规律与破坏模式,揭示了栓钉布置形式、混凝土强度、钢筋直径等因素对拼接节点力学性能的影响规律.研究发现:U形钢板-混凝土拼接节点约71%荷载由U形钢板承担,29%荷载由纵向钢筋承担,且拉力作用下节点内力沿试件长度方向分布并不均匀;在极限荷载作用下,组合梁拼接节点的混凝土将发生劈裂破坏,U形钢板最大应力达到屈服强度的95%以上,并与混凝土发生剥离.此外,通过对比分析5组试件的试验结果以及有限元参数化分析结果,发现随着栓钉数量的增加,节点极限承载力提高4%~8%,且U形钢板底板应力随栓钉数量的增加而增加;而提高混凝土强度和增大面筋直径可减小U形钢板的应力,但减小幅度较小.

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.

外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究

对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律。试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性。有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20%;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏。

外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱隔板贯通节点试验

对一种新型外包U型钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱隔板贯通节点形式进行低周反复荷载下的试验研究,并用ABAQUS对该试验节点进行有限元分析.有限元模拟得出节点的破坏位置、应力分布、滞回曲线等抗震性能和试验得出的结果基本一致.在有限元基础上,考察U型钢梁壁厚、钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对节点抗震的影响.结合试验破坏现象,对节点构造不足之处加以改进.结果表明:U型钢梁壁厚对节点抗震性能有显著影响,钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对抗震性能影响较小;相比于单一地提高材料尺寸,合理的构造措施可以更有效率地提高节点的抗震性能,充分发挥组合材料的优越性,提高材料利用的效率,节约工程成本.

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。

抗剪连接件对U形钢-混组合梁性能影响研究进展

U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、变形能力强、延性好、节约模板、抗扭刚度大等优点,在建筑和桥梁工程中具有广阔的应用前景﹒U形钢与混凝土板间剪力连接件的设置对组合梁的性能发挥至关重要﹒本文在回顾U形钢-混凝土组合梁已有研究的基础上,归纳了剪力连接件类型及其对U形钢-混凝土组合梁协同工作性能2个方面影响的研究进展和成果,并分析了当前不同类型剪力连接件的协同工作性能研究存在的不足、连接件的形式有待进一步改善等问题.

钢管混凝土柱-U形组合梁内隔板节点的性能分析

U形钢-混凝土组合梁是近年来出现的一种新型组合梁,其具有承载力高、装修方便等优点。目前对其研究较少,尤其在与框架柱的连接节点方面。采用Abaqus有限元软件对U形组合梁和方钢管混凝土柱内隔板形式节点进行了受力机理和参数化分析。分析结果表明,此类节点具有良好的变形能力;钢管柱壁宽厚比、组合梁截面高度和配筋率对节点承载力影响显著。

帽型截面钢-混凝土组合梁的试验研究

进行了 8根受正弯矩作用、4根受负弯矩作用的帽型截面钢 混凝土组合梁的静载试验研究 ,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等 ,分析了荷载 变形、沿梁长度的滑移分布、截面高度方向的应变分布、破坏模态与极限强度等的规律 。

外包钢-混凝土组合简支梁试验研究

外包钢-混凝土组合梁是在由冷弯薄壁型钢与厚钢板焊接成的U型钢梁内浇注混凝土构件,并用必要的构造措施使型钢和混凝土共同工作。为研究这种新型组合梁的受力性能,完成了10根外包钢-混凝土组合简支梁受弯试验。试验结果证明这种组合梁具有较优越的力学性能,但在受力过程中存在两个受力薄弱面,薄弱面的破坏会导致新型组合梁发生纵向水平剪切破坏和纵向滑移破坏,需在设计中避免。

再生混凝土U型叠合梁抗剪性能

通过3根再生混凝土U型叠合梁和1根再生混凝土整浇梁的抗剪性能对比试验,研究了U型叠合梁和整浇梁的裂缝发展、破坏形式和抗剪承载力。试验结果表明:再生混凝土U型叠合梁的抗剪破坏形式和受力机理与整浇混凝土梁类似,再生混凝土U型叠合梁的抗剪承载力计算可参照整浇梁的抗剪承载力计算方法。

外包U形钢与混凝土组合梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析

对外包U形钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱的连接节点进行有限元分析,采用ANSYS有限元分析软件对组合结构一种节点形式进行三维实体建模,研究其在低周反复荷载作用下的延性性能、耗能能力,得到构件的应力分布、节点的极限承载力、滞回曲线等计算结果。结果表明,组合节点承载能力强,刚度大,稳定性好,破坏形式为正截面受弯破坏,但耗能能力不强。

织物增强混凝土(TRC)永久模板叠合混凝土结构U形梁模的研制

提出一种采用TRC薄板(织物增强混凝土textile reinforced concrete)作为永久模板叠合RC结构体系,在预制TRC永久模板中浇筑混凝土,两者共同组成结构构件。TRC永久模板具有抗裂性、高延性和良好的耐久性,既起到模板的作用,又作为结构的一部分参加共同工作,有利于保护钢筋,提高结构构件的耐久性和有效的承载力、延性,节约大量的施工模板。进行了U形TRC永久梁模的研制,设计了U形梁模的制作模板和部分主筋的定位方法,并进行了U形梁模的制作。初步试验结果表明该技术的可行性。

U形预制截面预应力混凝土叠合梁正截面抗裂验算

提出一种新型叠合梁结构———U形预制截面预应力混凝土叠合梁,探讨了其结构特点;介绍了国内外对预应力混凝土叠合梁抗裂度的研究概况;对U形预制梁制作、运输吊装阶段和叠合梁使用阶段开裂前的截面应力应变关系分别进行分析,在此基础上推导出相应阶段的正截面抗裂验算方法。

冷弯U形组合梁长期受力性能研究

为评估冷弯U形组合梁的长期受力性能,建立U形组合梁三维有限元模型,在子程序中开发混凝土的徐变与收缩时变本构及焊钉连接件的抗剪刚度时变本构,研究恒载、徐变及收缩作用对组合梁长期效应的影响.结果表明,混凝土徐变与收缩10年,组合梁在自重作用下的跨中挠度终值较初期增加约75%,跨中挠度终值由恒载、收缩及徐变三种作用组成的比例分别为50.2%,37.2%,12.6%.组合梁端部的焊钉剪力大小增加约1倍,梁端处焊钉的承剪安全储备削弱.组合梁跨中截面的中性轴高度终值较初期降低26.3%,U形钢梁屈曲失效的可能性增大.工程设计宜考虑混凝土的时变作用对冷弯U形组合梁的预拱度设置、界面焊钉连接件的承剪安全性及冷弯U形钢梁长期稳定性的影响.

负弯矩作用下钢筋混凝土U型叠合梁受力性能研究

针对一种由预制U型梁、预制板和现浇板组成的新型钢筋混凝土叠合梁,开展了负弯矩作用下钢筋混凝土U型叠合梁与现浇对比梁的足尺模型试验,对其破坏形态、截面承载力、位移延性和滑移等进行了较为系统的研究。研究表明:负弯矩作用下叠合梁和现浇梁均发生了受弯破坏;达到峰值荷载时叠合梁中预制板与现浇层之间、预制梁与预制板之间和预制梁与现浇层之间的最大滑移值均不大于0.5 mm;叠合梁的负弯矩截面抗弯承载力较现浇梁约低1%;叠合梁的位移延性系数为8.16,较现浇梁的位移延性系数高17%。本文研究成果可为这种新型钢筋混凝土U型叠合梁的工程应用提供技术依据和参考。

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明:4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θy为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θu为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζeq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。

外包U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点抗震性能试验研究

为了研究不同连接方法对外包U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点性能的影响,设计、制作了3组6个节点试件,完成了梁端加载拟静力试验,分析了试件的破坏形式、荷载、位移、应变等.结果表明,试件破坏位置均为梁端,组合墙无损伤.正向加载时,钢板开裂引起承载力与延性降低,延性系数为1.56~2.12;负向加载则不受此影响,延性系数为2.55~2.79.6个试件的强度退化系数最小值为0.7.正向与负向加载时,分别有94%和97%的组合梁钢腹板达到屈服强度.采用截面塑性方法计算承载力时,试验值与理论值之比为0.88~1.08.设计的6个节点均可有效连接组合梁与组合墙,且采用U形连接板后破坏位置外移,可以更好地保护墙体.

新型外包钢-混凝土组合框架抗震性能试验

按照现行规范的有关规定设计制作了一榀两跨单层新型外包钢-混凝土组合梁-普通钢砼柱的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验研究。分析了新型组合框架滞回性能、承载能力、延性、耗能能力、刚度退化等受力性能。试验表明,新型组合框架结构具有良好的抗震能力。