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。

钢箱-混凝土组合梁抗剪性能试验研究

新型钢箱-混凝土组合梁通过在钢箱截面受压区灌注混凝土,改善了梁的受力性能。通过6个钢箱-混凝土简支梁在集中力作用下受剪破坏试验,研究钢箱-混凝土组合梁的抗剪性能。试验结果表明,钢箱受压区充填混凝土后,腹板没有明显局部屈曲,试验梁的受剪破坏由没有充填混凝土的下箱室腹板屈曲引起。推导出钢箱-混凝土梁抗剪强度计算公式,计算结果与试验结果较为接近。

部分充填混凝土钢箱连续梁抗弯性能研究

为研究部分充填混凝土钢箱连续梁抗弯性能,对2个两跨部分充填混凝土钢箱连续梁和1个空钢箱连续梁试件进行了静力试验研究,获得了试验梁变形发展、截面应变发展、破坏特征等方面试验数据.试验结果表明,部分充填混凝土连续钢箱试验梁的极限承载力是钢箱连续试验梁的1.9倍,延性也增加了大约5倍.提出了部分充填混凝土钢箱连续梁截面抗弯强度计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.利用计算公式对连续梁截面强度影响的主要参数进行了分析,表明增大受拉区钢箱翼板厚度,对于提高梁的抗弯承载能力效率最高.

钢箱-混凝土组合梁试验研究与承载能力计算

对钢箱-混凝土组合梁这一新的结构形式进行了试验研究,通过4个钢箱-混凝土组合梁和2个钢箱梁试件的试验,考察了试验梁破坏过程、弯矩-位移曲线、弯矩-应变曲线、截面应变分布等。试验结果表明,钢箱-混凝土组合梁具有较高的承载能力、刚度和良好的延性。考虑混凝土受钢箱约束的强度提高和钢箱顶板局部屈曲影响,提出了钢箱-混凝土组合梁抗弯承载能力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。

钢箱-混凝土组合梁力学性能分析与试验研究

通过对4个钢箱-混凝土组合梁和两个空钢箱梁的抗弯承载能力试验研究,考察了钢箱-混凝土组合梁的力学性能.试验结果表明,钢箱-混凝土组合梁具有较高的承载能力、刚度以及良好的延性.用数值积分方法,考虑材料非线性,对钢箱-混凝土组合梁受力全过程的行为进行了理论分析,分析结果与试验结果基本相符.提出了梁抗弯承载能力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.

充填式钢箱-砼组合梁抗弯性能试验研究

为研究部分充填式钢箱-砼组合梁正截面的抗弯性能,对2片全截面填充砼和1片部分截面填充砼的钢箱-混凝土组合梁在对称反向集中力作用下的受力性能进行试验。观察梁的破坏形态,得到荷载与挠度曲线、弯矩与曲率曲线。基于弹塑性理论推导组合梁极限抗弯承载力计算公式,计算值和试验值趋于一致。结果表明:充填式钢箱-砼组合梁比非充填组合梁极限抗弯承载力提高10%~21%,且具有良好的局部稳定性和较大的延性;部分充填式钢箱组合梁的极限强度略低于全截面充填式钢箱组合梁。在满足结构要求的前提下,部分充填砼钢箱梁实用价值更高。

部分充填式钢箱-砼组合梁考虑滑移和剪切变形的变分解法

为研究滑移和剪切变形对部分充填式钢箱-混凝土组合梁变形影响,基于Timoshenk两广义位移理论和能量变分原理,提出组合梁变分计算模型和假定.利用最小势能原理并结合边界条件,分别推导考虑双重变形模式的简支组合钢箱梁负弯矩区滑移微分方程、挠度及附加弯矩的联合弹性解析解.对比两根不同抗剪连接程度组合梁的实测值及理论公式计算值,分析结果表明:在弹性阶段运用变分法推导的挠度及其滑移计算值与实测值相吻合,从而证明了理论公式的有效性.

预制钢管混凝土叠合柱与PEC梁螺栓连接节点受力性能分析

为了揭示预制钢管混凝土叠合柱与预制部分包裹混凝土(PEC)梁螺栓连接节点的受力性能和破坏模式,通过ABAQUS有限元软件建立了该组合节点的有限元分析模型,考虑了材料本构关系和复杂接触问题。通过水平低周往复荷载试验验证了数值分析模型的准确性,对其破坏模式和骨架曲线进行了研究。考虑了几何参数、材料参数、荷载参数对节点力学性能的影响,揭示了多种参数对于节点性能的影响规律。结果表明,预制钢管混凝土叠合柱与预制部分包裹混凝土组合梁全螺栓节点具有良好的受力性能,柱钢材强度、柱混凝土强度、轴压比、螺栓直径及柱截面含钢率对节点的抗弯承载力影响较大;柱混凝土强度、轴压比及柱截面含钢率对节点的初始刚度影响较大。研究结果将为此类节点的分析与设计提供科学依据。

部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩下受力性能

为研究部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的力学性能,完成了两根简支组合梁的反向静力加载试验。测试了各级荷载作用下试件各截面的应变分布、变形、混凝土面板的裂缝分布以及极限承载力等。试验结果表明:混凝土翼板配筋率对钢箱组合梁的受力性能有很大影响,配筋率增加1%,钢箱组合梁的极限承载力提高38.8%。通过对组合梁挠度理论计算值和实验值的比较,分析了相对滑移对挠度的影响。通过对组合梁抗弯承载力的分析,确定采用0.2 mm宽的裂缝对应的承载力作为部分充填式钢箱混凝土组合梁正常使用状态下的承载力是安全的。

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗裂性能研究

为了研究充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弯曲性能,以及栓钉间距、配筋率对连续组合梁负弯矩区混凝土翼板抗裂性能、裂缝开展和宽度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁的静力加载试验;考虑翼板混凝土收缩应力的影响,推导出连续组合梁负弯矩区翼板开裂弯矩理论计算公式。试验结果表明,在较低荷载下连续组合梁翼板负弯矩区就会开裂,而发生明显的内力重分布;箍筋间距对裂缝间距有一定的影响,且剪力连接程度和配筋率对连续组合梁负弯矩区裂缝发展以及宽度的影响较明显,适当增加配筋率可以减小组合梁负弯矩区翼板最大裂缝宽度。通过求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,考虑收缩应力的影响能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算值与试验值进行比较,证明这种理论计算式是可行的。

部分充填钢箱—混凝土组合梁变形计算

为研究组合梁负弯矩区的滑移及变形进行了3片不同抗剪连接度的部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁试验,观测了在对称集中荷载作用下交界面的相对滑移分布规律和挠度的试验结果。试验结果表明,随着抗剪连接度的增加,滑移逐渐减小且基本上以跨中为对称点沿梁对称分布。建立了考虑滑移效应的组合梁受力模型,推导出部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁交界面的滑移微分方程,针对钢结构设计规范运用刚度折减法计算挠度出现的问题,建议采用有效刚度法,同时将计算结果与试验结果进行了对比分析。对比结果表明,在弹性阶段滑移理论计算值和实测值具有很好的拟合性,弹性阶段以后有一定的误差,有效刚度法计算得到的挠度可以准确描述组合梁的变形。

滑移对部分充填式钢箱-砼组合梁承载力的影响

为了分析滑移对受负弯矩作用的部分充填式钢箱-混凝土组合梁弹性抗弯承载力的影响,建立在反向两点对称加载工况下的组合梁微段模型,并推导滑移微分方程,在此基础上得出滑移和滑移应变解析解.根据截面应变分布,进一步推导出组合梁考虑滑移效应的弹性抗弯承载力计算公式.对3根反向两点对称加载的组合梁进行试验,对公式的准确性进行验证,试验得出的结果与公式计算值之间拟合良好.结果表明:考虑滑移的不利影响后,组合梁的弹性抗弯承载力下降明显.

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗弯承载力

为了研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区抗弯承载力,完成了3根简支组合梁在负弯矩作用下的弯曲性能试验;分析了影响部分填充混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区结构受力性能的主要因素。通过换算截面原理以及混凝土翼板参与受拉的程度系数m来确定组合梁截面惯性矩与抗弯刚度,推出部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化的塑性理论,得到负弯矩区极限抗弯承载力计算方法,并进行计算值和实测值对比分析。总体而言,充填的混凝土限制了受压部位钢箱的结构变形,能够明显提高钢箱组合梁负弯矩区的弹性工作范围和极限承载力,使钢箱组合梁具有更好的工作性能。

部分充填混凝土钢箱连续梁试验及有限元分析

通过2个两跨部分充填混凝土钢箱连续梁和1个钢箱连续梁模型在两个集中力作用下的试验,研究其变形发展及破坏过程.试验结果表明,部分充填混凝土钢箱连续梁模型与钢箱连续梁模型相比,弹性承载能力提高45%,极限承载力提高90%,延性增大8倍.利用ANSYS对部分充填混凝土钢箱连续梁受力行为进行了非线性有限元分析,分析结果与试验实测结果吻合良好,验证了计算模型的有效性,利用有限元模型参数分析表明增大受拉区翼板厚度对承载力效果最优.

部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁竖向抗剪试验研究

钢–混凝土组合结构因其轻质高强、施工方便等特点得到了广泛的运用,提出一种新型部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁。为了分析组合连续梁的中支座在负弯矩作用下的受力全过程特征、延性、截面刚度变化及竖向抗剪强度,对两根不同中支座混凝土充填形式连续梁试件进行抗剪试验研究。试验结果表明:充填的核心混凝土对钢箱腹板抗局部屈曲能力的提高和承担抗剪起到了重要作用。

不同抗剪连接度的部分充填式钢箱–混凝土连续组合梁性能研究

钢–混凝土连续组合梁根据抗剪连接程度可分为部分抗剪和完全抗剪。为了研究不同抗剪连接度对连续组合梁挠度、极限承载能力、相对滑移的影响,对3根抗剪连接度分别为0.5, 0.75, 1.0的部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁进行了两点对称集中荷载试验。试验结果表明:完全抗剪比部分抗剪的极限承载力更大、相对滑移更小。

部分剪力连接预应力组合箱梁受弯性能试验研究

为研究剪力连接程度对预应力钢与混凝土组合箱梁的界面相对滑移、挠度及受弯承载力的影响,设计制作了4根不同剪力连接程度预应力钢与混凝土组合箱梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行了受弯性能试验研究。研究表明,随着剪力连接程度的降低,变形及界面滑移明显增大,承载能力有所降低,但并不与剪力连接程度成正比关系,连接程度为0.5的组合箱梁承载力较完全连接组合箱梁降低不到30%。结合国内外7根部分剪力连接组合梁试验资料,运用最小二乘法,对欧洲规范EC4中关于部分剪力连接组合梁承载力计算公式进行了修正。结果表明,修正值与实测值吻合良好,满足工程精度要求。

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明:在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区局部屈曲分析与试验研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁主要由钢筋混凝土翼板、下箱室充填混凝土的窄幅钢箱梁和抗剪连接件组成。通过2根部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁弯曲性能试验研究,对比考察了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力全过程,分析了组合梁钢板的局部屈曲特征,给出了钢梁腹板屈曲应力的简化计算模型。试验结果表明,钢箱内部分充填混凝土可以有效地提高负弯矩区的抗弯性能、梁的整体延性性能和受压区钢梁的稳定性,能够显著地改善钢板的局部屈曲性能。

部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩下的竖向抗剪强度

为研究新型部分充填式钢箱-混凝土组合梁裂缝开展、局部屈曲过程和竖向抗剪强度,对3根不同配筋率的试验梁进行了两点对称式反向加载试验,得到了试验梁的荷载-跨中挠度曲线、跨中应变分布曲线和剪应变分布曲线,分析了混凝土翼板配筋率和充填区混凝土对组合梁负弯矩区抗剪承载力的影响.通过塑性理论分析推导出抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好.结果表明:在负弯矩作用下,充填区混凝土承担了截面的部分剪力,翼板区纵向钢筋抑制了混凝土翼板开裂,横向钢筋对剪力连接件起到约束作用;以上各项因素共同提高了组合梁的局部稳定性及抗剪承载力.