Bending Stiffness of Truss-Reinforced Steel-Concrete Composite Beams

This paper is concerned with a special steel-concrete composite beam in which the resisting system is a truss structure whose bottom chord is made of a steel plate supporting the precast floor system. This system works in two distinct phases with two different resisting mechanisms: during the construction phase, the truss structure bears the precast floor system and the resisting system is that of a simply supported steel truss;once the concrete has hardened, the truss structure becomes the reinforcing element of a steel-concrete composite beam, where it is also in a pre-stressed condition due to the loads carried before the hardening of concrete. Within this framework, the effects of the diagonal bars on the bending stiffness of this composite beam are investigated. First, a closed-form solution for the evaluation of the equivalent bending stiffness is derived. Subsequently, the influence of geometrical and mechanical characteristics of shear reinforcement is studied. Finally, results obtained from parametric and numerical analyses are discussed.

混合装配无黏结预应力梁试验

为了提高预应力装配结构的耗能能力和抗震性能,对3个混合装配无黏结预应力梁进行了低周反复加载试验研究,考虑了初始预应力度、后穿非预应力筋的强度和面积等参数变化.分析了混合装配梁的恢复力特性、耗能等抗震性能与试验参数的关系,试验结果表明:采用无黏结预应力混合装配的梁,在耗能和承载能力等方面比全预应力装配构件有所提高,构件自恢复能力仍然较强(残余变形小),较大非线性位移下试件破坏较少。

钢-混凝土预制混合梁受弯性能试验研究

为研究两端固支边界条件下钢-混凝土预制混合梁(简称预制混合梁)的受弯性能,以钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比为主要参数,进行了4个预制混合梁和1个普通预制混凝土梁试件的静力加载试验,研究了各试件的破坏模式、承载力、刚度、延性、挠度曲线和应变分布等.试验结果表明:所有试件均发生受弯破坏,其中预制混合梁的受弯破坏有两种模式,一是中部混凝土梁端和跨中截面形成塑性铰,二是梁端钢梁截面和跨中混凝土梁截面形成塑性铰.预制混合梁表现出良好的整体工作性能,连接节点在受力过程中始终保持较好的整体性.基于连接节点假定为刚性节点的应变分析结果与试验结果吻合较好,连接节点能有效传递钢梁和混凝土梁之间的应力,可视为刚性节点.钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比的增加均可提高预制混合梁的承载力和延性,其中增加受弯承载力比的效果更显著.与普通预制混凝土梁相比,预制混合梁的初始刚度小,跨中挠度大,但其强屈比较普通预制混凝土梁提高约4%~15%,预制混合梁具有更好的屈服后弹塑性变形能力,有利于耗能.最后,基于虚功原理建立了两端固支边界条件下预制混合梁的极限荷载计算式,计算值与试验值比值的平均值为1.0,变异系数为0.04,计算值与试验值吻合较好.

钢-混凝土预制混合梁变形性能研究

基于两端固定边界条件下预制混合梁的静力受弯试验,研究了此类预制构件在跨中集中荷载作用下的变形性能。采用奇异函数法建立了预制混合梁的挠曲线计算公式,分析了钢梁与混凝土梁抗弯刚度比、长跨比以及高跨比对变形性能的影响。结果表明:各试件考虑剪切变形影响的挠度计算值与试验值吻合较好,与预制混凝土梁相比,剪切变形对预制混合梁变形性能影响更为显著;由剪切变形引起的附加挠度与总挠度比值随长跨比增加呈线性增长趋势,相同长跨比下其比值随高跨比的增加而增大;建议预制混合梁在高跨比大于1/12时考虑剪切变形的影响。

钢-混凝土预制混合梁受弯性能有限元分析

基于两端固定边界条件下钢-混凝土预制混合梁的受弯性能试验,采用ABAQUS软件对其受弯性能进行非线性有限元分析.通过与试验结果对比,验证了材料本构模型、单元类型、接触关系和边界条件等建模方法的可靠性.利用验证的有限元模型研究了钢梁长度以及钢梁与混凝土梁设计受弯承载力比对受弯性能的影响.结果表明:该有限元模型能有效地模拟钢-混凝土预制混合梁在静力集中荷载作用下的受弯性能;初始刚度随钢梁长度的增加呈线性降低;随着钢梁长度的增加,极限荷载先增后减,当钢梁长度超过400,mm后,极限荷载降低缓慢,钢梁所受最大弯矩基本保持不变.当钢梁长度为200~400,mm、钢梁与混凝土梁设计受弯承载力比为1.0~1.2时,钢梁强度可得到充分利用,且钢材用量相对较少.

考虑节点刚度的预制混合梁框架抗侧刚度研究

基于边界条件为两端刚接的钢-混凝土预制混合梁,推导了考虑连接半刚性影响的预制混合梁刚度矩阵.当螺旋弹簧转动刚度趋于无穷大时,刚度矩阵将退化为两端刚接的预制混合梁单元刚度矩阵.通过引入无量纲参数p、δ对刚度矩阵进行简化处理.其中预制混合梁刚度系数p介于0~1之间,其反映了预制混合梁的半刚性特性.当节点为铰接时,刚度系数p趋近于0;当节点为刚接时,刚度系数p趋近于1.对单层单跨框架结构抗侧刚度进行分析,研究了预制混合梁钢梁长度与总长度比α、钢梁与混凝土抗弯刚度比e、结构柱线刚度i和螺旋弹簧转动刚度k对抗侧刚度的影响.结果表明:框架节点转动刚度、预制混合梁长度比及抗弯刚度比、框架柱线刚度均对框架抗侧刚度具有较大影响.随着节点转动刚度增大,结构抗侧刚度显著增大.随着α减小或e、i增大,节点转动刚度的变化对抗侧刚度的影响增大,抗侧刚度将对节点刚度更敏感.同时,计算了一个三层预制混合梁框架结构在水平荷载作用下的侧移量,并与有限元模拟计算结果进行对比分析.结果表明:采用推导刚度矩阵计算的理论值与模拟值吻合较好,随着节点转动刚度的增大,框架侧移量与层间位移角逐渐减小,且各层侧移量与层间位移角之间的差距也不不断减少.

钢-混凝土预制混合梁受力性能分析

通过对4个钢-混凝土预制混合梁试件进行拟静力试验,研究了该预制试件的破坏模式、受力过程及受力机理。采用有限元软件ABAQUS对钢-混凝土预制混合梁的受力性能进行模拟,研究了钢材屈服强度、纵筋配筋率和钢梁长度对其受力性能的影响,并分析了钢、混凝土梁两者间刚度及承载力的匹配关系。研究结果表明:钢-混凝土预制混合梁最终破坏表现为混凝土梁端出现塑性铰,而端部钢梁在整个加载过程中保持完好,钢与混凝土连接节点能可靠传递两者间应力。提高钢材屈服强度和增加纵筋配筋率可提高承载力,其中增加纵筋配筋率的提高效果更明显;随着钢梁长度的增加,承载力逐渐增大,但初始刚度呈线性降低。根据研究结果给出了该类型预制构件的设计建议:混凝土梁与钢梁设计受弯承载力比(Mc/Ms)取值范围宜为0.8～1.0,端部钢梁长度取值范围宜为100～200 mm;箍筋加密区范围起算点应取混凝土梁端截面而不应取柱边。

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接,提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁。通过3个不同配筋率(0.96%、1.50%、2.34%)试件的低周反复荷载试验,研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响。结果表明,该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏模式,随着弯矩系数比的减小,试件的损伤从集中在混凝土梁段到集中在钢梁段逐渐演变,滞回曲线渐趋饱满;在焊缝质量可靠的前提下,钢套筒连接区段未发生破坏,传力可靠。结合试验结果,进一步分析了该预制梁的受弯承载力计算方法和剪力传递过程。工程应用时,以钢接头屈服耗能为目标,保守建议设计弯矩系数比小于0.63,并保证钢套筒剪力传递的构造可靠。

钢-混凝土预制混合梁框架抗侧刚度等效计算及精度分析

随着装配式建筑发展中新型建造体系和建造技术不断创新,预制构件连接节点的半刚性特性逐渐引起国内外学者的关注。通过单层单跨的预制混合梁框架抗侧刚度给出了削减系数与半刚性折减系数的计算式,提出了在水平荷载作用下多层多跨预制混合梁框架侧移量的等效计算方法。采用有限元分析软件ABAQUS建立了模型进行分析,对比分析了预制混合梁框架有限元模型与等效均质梁框架模型计算结果。结果表明:在水平荷载作用下,利用削减系数与半刚性折减系数建立的等效均质梁框架与预制混合梁框架结果吻合较好,等效计算方法具有较高的准确性。当框架节点转动刚度偏小时,预制混合梁框架与均质混凝土梁框架水平位移相差相对较小;随着框架节点转动刚度增大,水平位移差异逐渐增大。