EXPERIMENTAL RESEARCH AND NONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON NEW TYPE JOINT BETWEEN COLUMN AND STEEL BEAM OF CONCRETE-FILLED RECTANGULAR STEEL TUBULAR

Experimental results of new type joints between the column and the. steel beam of concrete-filled rectangular steel tubular （CFRT） under reversed cyclic loads are presented. The earthquake resistant capacity of the joint is influenced by infilled concrete, stiffener length and relative dimensions of column and beam. It is found that the hysteresis curves obtained in the experiment are full and the joints have a good energy dissipation capacity. The nonlinear finite element models are also used to analyze the hysteresis behavior of the joints under reversed cyclic loads using ANSYS 8.0. The influences of the stiffener length and the infilled concrete are analyzed. Analytical results show that the stiffener length and the infilled concrete are critical for the joints. Furthermore, the skeleton curves of the finite element models are in good agreement with those of experiments.

新型空心管状翼缘钢板组合梁设计理念与力学性能

工字钢组合梁桥正朝着少主梁、精简横向联系的方向发展。与传统多主梁复杂横向联系组合梁桥相比,双主梁桥由于采用了开口截面的结构形式,极大地削弱了其抗扭能力,在偏载作用下会产生较大的变形及翘曲应力,使钢主梁处于弯扭耦合的受力状态。空心管状翼缘钢板组合梁采用空心钢管取代传统的平板上翼缘,提升了稳定性,改善了结构性能。本文通过理论分析和实体有限元法的计算,研究了单梁在自重与横向风荷载作用下的稳定性;对非组合截面的组合体系下的稳定性能进行了分析与比较,并分离出扭转翘曲应力和纵向正应力,研究了不同跨径下扭转效应的影响。最后,对横向联系、加劲肋的影响进行了分析。研究结果表明,空心管状翼缘钢板组合梁桥扭转刚度大于传统工字形截面组合梁扭转刚度,自身横向稳定性好,并且需要较少的横向联系与加劲肋,可实现单梁吊装,避免采用过多临时加固及支撑措施,提高施工效率。

矩形管翼缘开孔波纹腹板钢梁抗剪性能试验研究

为研究矩形管翼缘开孔波纹腹板钢梁的抗剪性能,设计完成了4个试件的受剪试验。通过分析试件的破坏模式、荷载-位移曲线和关键区域的应变发展规律,研究了试件的抗剪性能、极限承载力及波纹腹板在开孔后分担的剪力比例。利用ABAQUS软件进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。研究了腹板几何初始缺陷和开孔偏移对抗剪承载力的影响。结果表明:矩形管翼缘开孔波纹腹板梁具有较好的延性性能,其抗剪承载力会随着开孔孔径的增大而降低,腹板波纹越密集,抗剪承载力越高;开孔横向偏移对抗剪承载力的影响不明显;提出了针对该梁的波纹腹板剪力分配比例近似计算公式;腹板的几何初始缺陷对抗剪承载力的影响可忽略不计。

基于板-梁理论的集中荷载下带侧向弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的弯扭屈曲分析

基于板-梁理论和能量变分原理,建立集中荷载下跨中布置侧向弹性支撑的矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁的弯扭屈曲总势能方程,其中位移和转角模态试函数选用6项三角级数形式。引入无量纲参数并依据势能驻值原理,获得弯扭屈曲无量纲临界弯矩解析解。采用1stOpt数学优化分析软件,拟合矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁无量纲临界弯矩计算公式,并与ANSYS有限元解进行对比。结果表明:拟合的无量纲临界弯矩计算公式具有可靠的精度,误差在5%以内,可为工程设计提供参考。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震性能试验研究

为研究新型矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,设计了槽孔型、圆孔型和焊接型下栓上焊隔板贯通节点足尺试件,通过进行低周往复加载试验,考察不同的腹板连接构造形式对下栓上焊隔板贯通节点抗震性能的影响,并针对各试件的破坏特征和承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能指标进行了试验数据的分析。最后运用力学分析的方法对节点的抗弯能力进行了理论研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,不同的腹板连接构造对节点的抗震承载力影响不大,但对节点的延性、刚度和耗能能力有较大影响;适当降低节点域的刚度有利于改善节点的耗能性能;螺栓滑移能提高节点的耗能能力,对刚度退化的影响不大;圆孔型和焊接型节点具有较好的延性和较高的刚度;理论推导得出的节点抗弯承载力与试验结果相差在10%左右,且计算结果偏于安全。

焊接箱型截面构件在不同焊缝熔深下承载力性能试验研究

为了有效改善大跨度桥梁中管翼缘焊接箱型截面构件的耐久性问题,提出采用耐候钢代替普通钢的管翼缘箱型截面梁;同时,为了研究耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件填充混凝土后,在全熔透和部分熔透条件下的单轴承载力性能,开展了焊接矩形截面在3种不同焊缝熔深下的耐候钢管混凝土截面轴压短柱试验研究;分别测试每个试件在单轴压力作用下的静态应变、动态应变,以及竖向位移和侧向位移;对比构件承载力的试验结果及理论分析结果,得出不同熔深下焊接箱型截面管翼缘组合构件的承载力性能。研究结果表明:1)耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件的全熔透焊缝承载力高于部分熔透焊缝承载力。2)构件开裂时的竖向位移值,全熔透构件比部分熔透构件大;不同熔深下构件的横向位移值,测点L4随轴压荷载的增大而增加,测点L3随轴压荷载的增大先增加后减小。3)构件内部混凝土应变值,开裂时全熔透构件比部分熔透构件突变小;构件表面钢材竖向应变,整体受压,且随荷载增大而增大;构件表面钢材横向应变,整体受拉,局部在顶部四角位置受压。

集中荷载作用下矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁屈曲分析

为获得矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁的屈曲荷载和屈曲模式,文中共设计14根简支梁,考察主要参数为混凝土强度等级、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度。利用ANSYS软件建立有限元模型,对14根简支梁开展特征值屈曲分析,获得组合梁的前5阶屈曲荷载和模式,明确混凝土强度、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度对屈曲荷载的影响规律。结果表明增加钢管翼缘高宽比、减小跨度及设置加劲肋均会显著提高梁的屈曲荷载,增加腹板的厚度对梁的屈曲荷载影响不明显,增加腹板高度和提高混凝土强度并不能有效提高梁的屈曲荷载。为进一步开展该类组合梁的非线性屈曲分析奠定基础。

矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。

钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁抗剪性能分析

为研究新型钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁的受剪性能,设计制作了4个缩尺试件开展新型梁的受剪性能试验。4个试件包括1个直梁和3个曲梁。试验得到了试件的失效模式、极限载荷、荷载-应变曲线和荷载-位移曲线。结果表明:在剪切荷载作用下,曲率较小的曲梁和直梁的波纹腹板失效模式基本相同;波纹腹板的稠密程度影响曲梁的失效模式。为了进一步研究新型曲梁的受剪性能,建立了有限元分析模型。基于试验测试结果,校验了有限元模型在分析试件失效过程的有效性。利用校验后的有限元模型,研究了波纹腹板厚度、曲率、波纹子平板宽度、波纹倾角、波纹深度及腹板约束条件对新型曲梁抗剪性能的影响。结果表明:曲率对新型曲梁波纹腹板抗剪屈曲性能影响较小,腹板高厚比对新型曲梁腹板的屈曲模式和受剪承载力影响较大。新型曲梁钢管高强灌浆料翼缘对腹板有较强约束并承担部分剪力。