Flexural Capacity Formula of Diaphragm-Through Joints of Concrete-Filled Square Steel Tubular Columns

Finite element analysis and parametric studies were performed to investigate the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints between concrete-filled square steel tubular columns and H-shaped steel beams. Through the comparisons of failure modes, load–displacement curves, and bearing capacity, it was found that the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints was determined by the tensile action and influence of the web of H-shaped steel beams, and the axial load should be taken into account. The steel tube and the diaphragm were the major parts of the joint that resisted the bending moment. The contribution of in-filled concrete had little influence on the flexural capacity of the panel zone of the joint and could be neglected. According to the results of these numerical studies, a formula that considered the influence of the web of H-shaped steel beams and the axial load was developed based on the yield lines in the diaphragm and the steel tube. The results of the proposed formula were in good agreement with the numerical data of this investigation. © 2017, Tianjin University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

钢结构箱式房屋模块间螺栓套环节点及其抗弯性能

针对钢结构箱式房屋模块间节点连接性能较弱、安装效率较低等问题,提出一种新型的螺栓套环节点用于模块间的连接。通过ABAQUS有限元软件对建立的螺栓套环节点模型进行抗弯性能分析,探讨受弯方向、螺栓直径及下角件是否开设侧面操作孔等因素对节点抗弯性能、极限承载力以及破坏模式的影响。结果表明:螺栓套环节点具有优异的抗弯承载力与抗弯性能,与现有的角件旋转式节点相比,直径为58 mm的螺栓套环节点的极限承载力和初始转动刚度分别提高了52.2%和37.3%;弯矩方向和下角件是否开设侧面操作孔对螺栓套环节点的抗弯承载力影响较小;螺栓直径是影响螺栓套环节点抗弯性能的关键因素,直径越大,节点极限承载力和初始转动刚度越大,但随着螺栓直径的增大,其对节点抗弯性能的影响程度减弱,故不能仅靠增大螺栓直径改善节点抗弯性能。

新型梳齿榫型钢-混凝土组合梁桥设计方法研究——典型截面与节点承载能力

为提出适用于快速施工的全预制梳齿榫型钢-混凝土组合梁设计方法。设计了其典型截面,对其抗弯承载能力和抗剪承载能力展开研究;分析了拉-剪耦合作用和箍筋配置对CL和PZ节点抗剪承载力的影响。结合AASHTO和欧洲规范,提出简化的极限抗弯承载力计算公式,基于混合截面原理提出组合梁桥的抗剪承载力计算公式,并对其进行准确性验证。发现拉拔效应会削弱节点的抗剪承载力,在相邻梳齿中应配置不少于2肢箍筋,CL节点的抗剪能力优于PZ节点。研究结果为这种新型结构总体设计提供理论依据。

矩形钢管偏心相贯梁柱节点平面内抗弯承载力

为研究矩形钢管偏心相贯梁柱节点的平面内抗弯性能,完成了节点的平面内抗弯承载性能试验,得到其承载力和破坏模式,并通过有限元参数分析对理论式进行改进,结合回归分析,建立节点平面内抗弯承载力的实用计算式.结果表明,节点的破坏模式为主管翼缘管壁屈服与腹板压屈的组合破坏.加劲肋可有效提高矩形管偏心相贯梁柱节点的抗弯承载力.通过参数分析,得到了梁柱翼缘宽度比、梁截面高度与柱翼缘宽度比、柱截面管壁宽厚比、梁柱截面壁厚比等参数对矩形管偏心相贯梁柱节点承载性能的影响规律,结果表明,增大梁高以及增大柱壁厚对于提高承载力最为有效.最后拟合得到矩形管偏心相贯梁柱节点的承载力计算式,通过和试验结果及数值计算结果的对比,验证了计算式的准确性.

Q460钢管管板连接节点的受弯性能试验研究

对是否设置加强环板、不同节点板宽度和钢管轴压力的6组共12个Q460钢管管板连接节点进行受弯承载力试验研究.结果表明:无加强环板试件在节点板两端由于应力集中,承载力较低,有加强环板试件的节点板两端应力分布均匀,试件承载力显著提高.当节点板宽度与钢管直径之比由2.5增大到3.0时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别提高6.10%~16.07%、13.36%~20.68%、9.61%~12.34%.与无加强环板试件相比,1/4加强环板试件的承载力提高102.86%~130.73%,1/2加强环板试件的承载力提高129.88%~166.33%.当钢管轴压比由0.10增大到0.23时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别降低10.05%~17.77%、10.79%~16.20%、4.74%~7.05%.现有规范对于无加强环板节点的承载力计算偏于保守.考虑加强环板和钢管轴力对节点受弯承载力的影响,提出了Q460钢管管板连接节点的受弯承载力计算公式,与试验结果吻合较好.

空心板桥加固技术及效果评估

某高速公路30 m多跨简支空心板桥运营多年后,桥面铺装层、空心板底板及腹板出现较多裂缝,部分铰缝出现破损。为确保桥梁结构承载能力、正常使用功能及耐久性,需对该桥进行维修加固。针对桥梁结构抗弯、抗剪及横向整体加固技术进行研究,经比选分析,确定在空心板底板粘贴碳纤维板提升抗弯承载力,增大空心板板端部截面提升抗剪承载力,在空心板顶、底板锚粘横向钢板条带提升横向整体性能。采用MIDAS Civil软件建立空心板桥整体有限元模型,评估总体加固效果,并分析铰缝总体损伤程度对空心板桥横向整体性能的影响。结果表明:上述加固方法能够有效提升空心板桥承载力及横向整体性能,其中抗弯承载力提高6%,抗剪承载力提高75%;在铰缝总体损伤不大于90%时,加固后的空心板桥具有较好的横向整体性能。

粗骨料活性粉末混凝土预制桥面板湿接缝受力性能研究

粗骨料活性粉末混凝土(CA-RPC)桥面板是一种新型高性能桥梁构件,文中对其结构行为开展试验研究和数值仿真分析。对带湿接缝CA-RPC桥面板试件和无接缝桥面板试件进行四点弯曲加载的对比试验,得到全过程荷载-位移曲线;在三维有限元模型中通过引入牵引-分离本构关系,进行加载全过程数值仿真分析。研究表明,相比于整块预制桥面板,带湿接缝的CA-RPC预制桥面板的抗裂性、极限承载能力,以及延性均有所降低;有限元模型中材料特性和接触关系的合理设置,可较好地模拟CA-RPC预制桥面板的力学性能。结合试验结果和相关规范,提出了CA-RPC预制桥面板及其湿接缝区域的抗弯承载力计算方法。

钢-UHPC轻型组合梁负弯矩区接缝抗弯试验

针对传统钢板组合梁墩顶负弯矩区混凝土顶板易开裂的问题,提出了一种预制钢-UHPC轻型组合梁结构,设计了适用于该组合梁墩顶负弯矩区的横向接缝构造,通过强配筋及现浇UHPC材料的方式提高负弯矩区阶梯状T型湿接缝的抗弯、抗裂性能。以云南昌保高速公路某跨线桥为依托工程,对组合梁墩顶负弯矩区进行1∶2缩尺模型抗弯加载试验,分析了加载全过程的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线及截面应变分布、裂缝开展、破坏形态等,结果表明:横梁上部UHPC湿接缝的设置协同横梁构造有效提升了墩顶负弯矩区的抗裂性能;由于新旧UHPC界面钢纤维不连续,使得负弯矩区现浇UHPC与预制梁UHPC桥面板结合处成为结构受力最薄弱位置,组合梁抗弯承载力也由该处截面控制,提出了与横梁接缝结构破坏模式相对应的接缝截面塑性抗弯承载力计算方法,抗弯承载力理论计算值与试验值基本相符。

盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明:管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。

混凝土桥面板湿接缝纯弯破坏行为试验研究

为了解不同钢筋连接形式下混凝土桥面板湿接缝的抗弯性能,以某高速公路连续梁桥为背景进行研究。设计制作带湿接缝的桥面板试件(1组直钢筋焊接试件、1组直钢筋搭接试件、5组环形钢筋搭接试件),通过纯弯试验研究其裂缝发展、破坏形态、开裂荷载、破坏荷载及混凝土与钢筋应变的变化规律。结果表明:新旧混凝土结合面最先开裂,是整个试件的薄弱面,设计中应加强;不同钢筋连接方式试件的破坏荷载从大到小依次为环形钢筋搭接>直钢筋搭接>直钢筋焊接;环形钢筋搭接试件的承载力随着搭接长度的增加逐渐增加;对于两端有水平约束的桥面板结构,在临界破坏状态时呈现板结构+膜结构的两体系受力状态。

预制管廊横向接头刚度理论计算模型及方法

基于已经完成的预制预应力管廊横向接头结构受力性能试验,在考虑预制混凝土应变影响、高强螺栓伸长和接头拼缝张裂形态的基础上,根据变形协调条件和内力平衡方程,提出了管廊横向接头的抗弯承载力以及刚度的理论计算模型.将理论计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好,由此验证了理论计算模型的正确性.该研究成果将为预制管廊安全性的评判以及设计优化提供理论依据.

透榫节点的受弯性能

对透榫节点进行单调加载试验,获得其弯矩-转角关系曲线以及破坏形态,并运用有限元软件ABAQUS对榫头的变形状态和应力分布进行数值模拟.结合试验研究和数值模拟,建立了节点弯矩-转角关系的简化力学模型.研究结果表明:透榫节点正、反向加载时的破坏形态分别为榫头变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧的受弯破坏;节点正向加载时的受弯承载力和极限转角小于反向加载时的受弯承载力和极限转角;节点的抵抗力矩主要由小出部位与卯口之间的相互作用来提供;榫头上侧缝隙对节点的初始滑移段影响显著;节点正、反向加载时的弯矩-转角关系均可简化为三折线模型.

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。

扁钢加固古建筑木结构残损节点的性能分析与设计方法

基于扁钢加固残损榫卯节点的加固方式及破坏形态,对扁钢加固残损节点的受力性能进行分析.根据课题组进行的残损节点加固试验,提出扁钢加固古建筑木结构残损节点的抗弯承载力计算公式,给出合理的加固设计建议,为古建筑木结构的修缮加固提供理论依据.

铝合金网壳结构盘式节点整体刚度与变形性能的参数分析

针对目前关于铝合金盘式节点的几何参数影响因素研究较少的现状,参照试验试件PS1并结合通用有限元软件ABAQUS建立几何参数模型,分析几何参数对盘式节点整体刚度与变形性能的影响。结果表明:当铝合金盘式节点的节点盘厚度增加时,节点的抗弯承载力有所提高,但提高幅度较小,整体初始刚度的变化不明显;截面高度增加时,节点抗弯承载力及整体初始刚度近似呈线性提高,提高较为明显;箱型腹板厚度增加时,节点抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度有所提高,工型杆件在节点处的初始刚度降低幅度较小;工型腹板厚度增加时,节点抗弯承载力及工型杆件在节点处的初始刚度有提高的趋势,箱型杆件在节点处的初始刚度基本呈线性降低;箱型翼缘厚度增加时,节点的抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度提高较为明显,但对工型杆件在节点处的初始刚度影响较小;工型翼缘厚度增加时,节点的抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度提高幅度有所增加,工型杆件在节点处的初始刚度近似呈线性提高。

带拼缝的全预制混凝土空心楼板抗弯性能计算比较

带拼缝的全预制混凝土空心楼板内力和变形的计算受拼缝的影响较大,为研究其承载力和挠度的计算方法,本文通过拟梁法将带拼缝的全预制混凝土空心楼板简化为单向梁系和双向交叉梁系结构,基于中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)、美国ACI 318-11规范、欧洲EN 1992-1-1:2004规范中的开裂荷载、极限荷载和挠度计算公式对简化后的梁系结构进行计算,结果表明:中国规范和美国规范计算的开裂荷载与试验值较为接近,而欧洲规范计算的开裂荷载相对较保守;中国规范和欧洲规范的极限荷载计算值与试验值较为接近,而美国规范的极限荷载计算值相对较保守;按中国、美国、欧洲规范挠度公式计算的挠度值均大于试验值,并且相对于美国和中国规范而言,欧洲规范的挠度计算值安全储备更高。整体来看,带拼缝的全预制混凝土空心楼板按照单向梁系设计较为合理,与试验结果吻合。

太原植物园大跨胶合木网壳销轴-钢插板支座节点受力性能试验研究

基于太原植物园大跨度胶合木网壳结构工程案例,针对支座处用于连接胶合木杆件与基础的销轴-钢插板节点,进行了两个单调加载及一个往复加载的抗弯试验,得到了节点的荷载-位移曲线及滞回曲线,给出了节点的转动刚度及承载力,并给出了节点的典型破坏模式。试验结果表明:节点抗弯承载力相当于胶合木构件抗弯承载力的24.4%,具有半刚性特征,在结构设计中应当予以考虑;同时,节点破坏模式表现为延性,滞回性能良好。最后,通过试验结果计算得到节点的转动刚度,并与设计进行对比,验证了设计的安全性。

全装配式地铁车站结构接头抗弯承载能力试验研究

针对拟修建的全装配式地铁车站,提出一种以榫槽式连接为基础的接头形式,并在接头预留空隙内灌注黏结浆液强化其连接可靠性和抗变形能力。对两种长度的单榫槽式接头的不同轴弯组合进行破坏性试验。通过综合分析接头位置表面裂缝、表面混凝土应变及内部关键位置钢筋应力发展变化情况,明确接头的抗弯承载能力,并把接头的抗弯承载分为5个阶段。结合接头接缝张开量,从防水及结构受力的角度给出设计上可以采用的接头最大安全抗弯承载值。最后,通过分析安全阶段的最大偏心距明确不同工况下一定轴力范围内接头的抗弯承载能力。

树状结构二分叉铸钢节点抗弯极限承载力的几何影响因素及计算方法研究

用ANSYS有限元分析方法分析了树状结构二分叉铸钢节点在两类弯矩(节点核心区受压或受拉)分别作用下的几何因素对抗弯极限承载力的影响,并在此基础上拟合出该类节点抗弯极限承载力计算式。分析结果表明:在两类弯矩分别作用下,当节点几何尺寸相同时,节点抗弯极限承载力相差不大;主、分管之间夹角,主、分管之间倒角半径,分管之间外壁倒角半径,分管之间内壁倒角半径对节点抗弯极限承载力影响不大;主管径厚比对节点抗弯极限承载力影响较大;随分管与主管外径比增大,节点承载力近似线性增大;随分管与主管壁厚比的增大,节点抗弯极限承载力近似线性增大。

平面外夹角对X形圆钢管节点平面外抗弯承载力的影响

为了分析支管与主管平面外夹角(简称面外角)对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,建立了节点的有限元模型,确定了节点平面外转角的获取方法,与已有试验结果及规范公式对比后,确定0.07弧度节点转角准则作为节点平面外抗弯承载力的判定方法。根据大量有限元计算结果分析了面外角对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,并在已有规范公式基础上,建立了考虑面外角影响的节点承载力计算式。研究结果表明:面外角有利于节点的正向平面外抗弯,但不利于节点的反向抗弯,面外角对支主管直径比小于0.6的节点抗弯承载力的影响较小,但对直径比大于0.75的节点的影响较大,改进后的计算式较好地反映了有限元分析结果。