预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

新型装配式型钢混凝土组合节点非线性分析

通过ABAQUS平台对新型装配式钢混组合节点试件进行有限元建模,基于试验结果,验证了该有限元模型的可靠性,并分析了节点盖板厚度和方钢管宽厚比对节点滞回性能、能量耗散及刚度退化等抗震性能的影响。结果表明:该新型节点具有良好的整体承载力及耗能能力;当增大节点盖板厚度时,试件的承载力、耗能及初始刚度均逐步增大,其峰值弯矩增幅约为17.6%,延性系数呈先增大后降低的变化趋势。当方钢管宽度一定时,节点承载力随着方钢管厚度的增大而增加,最大增幅约15.6%,但方钢管厚度对节点延性影响较小;当方钢管厚度一定时,节点的承载力变化较小,但其延性随着方钢管宽度的增大而增大,最大增幅约为24.2%;同时,方钢管宽厚比对新型节点强度和刚度退化性能的影响较为稳定。

装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁试验研究

装配式建筑行业渗透率不断提升,针对装配式工业化的需求,提出了一种新型装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁(DCCP),由高强螺栓连接装配模块形成,实现完全干式连接,兼具节省钢材、便于敷设管道及增大建筑使用空间等优点.对具有腹板圆形开孔的DCCP和4根不同腹板圆角矩形开孔长度的DCCP进行了静力弯曲试验,探究了腹板开孔长度对组合梁受弯性能的影响,分析了试验梁的破坏模式,跨中挠度、应变、平面外位移、界面滑移随荷载变化规律,提出了DCCP极限承载力的理论计算模型.结果表明:腹板开孔长度对组合梁的力学性能有显著的影响,腹板开圆孔的组合梁表现为槽钢翼缘屈服失效,混凝土板在跨中压碎即弯曲破坏,而腹板开长圆角矩形孔的组合梁因腹板开孔处四角产生塑性铰和开孔处高弯矩端对应位置的混凝土板压溃而发生空腹破坏(Vierendeel mechanism failure);腹板开孔长度由150 mm增加到900 mm时,组合梁的承载力和延性分别降低了20%和23%;具有腹板开孔的DCCP平均延性系数值为8;高强螺栓约束下的装配模块间分离微乎其微,整体协同工作性能良好.钢梁与混凝土板间最大滑移为0.34 mm,新型组合梁采用的钢板连接件可有效传递钢梁和混凝土板间的纵向剪力,实现完全抗剪连接件.用本文理论模型计算的极限承载力与试验结果吻合良好,误差小于5%.

基于损伤因子的T形梁桥横向连接构件损伤识别

近年来,装配式T形梁桥在我国广泛应用,对桥梁易损位置横向连接构件损伤识别成为关注的热点问题.将T形梁桥的横隔梁简化成等刚度桥面板,采用弹簧体系模拟横向连接构件的受力变形,考虑横向连接构件剪力、横向力和翼缘板变形的影响,提出装配式T形梁桥横向连接构件损伤因子的理论计算式.将MATLAB理论计算、ANSYS数值模拟和实验的结果进行对比,验证损伤因子的有效性,并通过7种模拟工况和3种实际工况的对比,发现荷载作用位置越接近损伤横向连接构件,损伤识别的精确度越高.

螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能分析

目的研究一种新型螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能,分析其高温下应力分布规律及破坏形式,为螺栓连接装配式梁柱节点抗火设计提供理论依据。方法采用ABAQUS有限元分析软件建立螺栓连接装配式梁柱节点模型,并采用顺序热力耦合方法对不同工况下螺栓连接装配式梁柱节点进行数值模拟;探讨梁端荷载比、混凝土保护层厚度以及受火方式等因素对螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能影响。结果当混凝土保护层厚度由25 mm增加到30 mm时,节点耐火极限小幅增加;当混凝土保护层厚度由30 mm增加到35 mm时,节点耐火极限增加显著;与四面受火相比,三面受火时节点梁端位移受梁端荷载比、混凝土保护层厚度等参数的影响更明显;当梁端荷载比由0.7减小到0.5时,节点耐火极限增加了61%~68%;当混凝土保护层厚度由25 mm增加到35 mm时,节点耐火极限增加了10%~20%。结论节点耐火极限主要受节点区域内梁构件耐火极限影响;当梁端荷载比增加时,节点耐火极限减小;三面受火时节点耐火极限明显大于四面受火时节点耐火极限,故对梁上表面进行隔火处理可大幅度提升节点的耐火极限。

装配式混凝土剪力墙-梁钢套筒节点性能试验研究

为研究螺栓连接的装配式剪力墙-梁节点的抗震性能,提出了一种在剪力墙内预埋高强螺杆,然后通过钢端板与混凝土梁连接的节点,设计了3组缩尺装配式试件与1组缩尺现浇试件,并对其进行了拟静力试验,研究分析了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等。结果表明:3组装配式试件的滞回曲线呈“弓形”,且装配式试件的峰值承载力比现浇试件提升了8.42%~21.05%,位移延性系数在4.28~4.66之间,等效黏滞阻尼系数均在0.18~0.24之间,证明了该装配式节点具有良好的抗震能力和变形能力。

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁(PSCCB)的受弯性能,制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件,对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型,通过试验结果验证模型的可靠性,并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响。试验结果表明:高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性;随着宽跨比增大,PSCCB抗弯承载力和延性分别提高8%~19%和11%~21%;穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供高效的组合作用,部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异少于10%;与梁高320 mm的PSCCB相比,梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高96%,但延性降低10%。分析结果说明:有限元分析结果与试验结果较吻合,所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能;随着螺栓间距和预紧力的增大,PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变;适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度;增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力,而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小。根据试验和有限元参数分析,提出PSCCB受弯性能设计方法,受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好,可为PSCCB的工程设计提供参考。

损伤情况下装配式T梁桥的横向力学性能研究

为研究不同损伤模式对装配式T梁桥横向力学性能的影响,基于比拟正交异性板法理论计算,验证了有限元模型的可靠性;并且通过刚接梁法建立了主梁损伤的横向受力模型。针对现有装配式T梁桥可能存在的破坏形式以及破坏所处位置,建立不同损伤模型,分析了桥梁损伤后横向分布系数的变化情况。结果表明:在桥梁横隔板完好的情况下,翼缘板损伤对桥梁横向刚度影响较小,而在桥梁翼缘板完好的情况下,横隔板损伤对桥梁横向刚度影响较为显著;桥梁的横向联系损伤程度对较远桥梁影响较小。当仅有单一主梁损伤时,损伤梁的影响线竖标值减小,而周围完好梁的影响线竖标值增加,而多主梁损伤的情况下,总体趋势与单一主梁损伤相似,但破坏程度更为显著。

装配式混凝土梁柱节点连接形式研究进展

装配式混凝土结构的发展是建筑行业转型升级路上的重要一环,而梁柱节点是装配式框架体系的关键部分。预制梁、柱的连接根据是否二次浇筑混凝土可分为湿式连接和干式连接。以连接形式为切入点,对国内外装配式混凝土梁柱节点的研究现状进行归纳,重点介绍节点连接形式研究的最新进展,提出未来研究方向以及可能存在的问题。

装配式型钢混凝土叠合框架梁连接节点构造设置与安全分析

住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》提出大力发展装配式建筑、推动生产和施工智能化升级的主要任务。而国内目前采用的预制叠合框架梁存在着跨度大自重大吊装成本高、预制梁柱节点位置易发生钢筋碰撞吊装定位难度大等问题,限制了装配式建筑结构的发展。结合实际工程项目,提出一种新型的装配式型钢混凝土叠合框架梁,并对该叠合梁的构造设置、连接方式及安全性进行分析,从而为装配式框架结构、框架—剪力墙结构等装配式建筑中框架梁的深化设计提供一种新的拆分方案。

钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点抗震性能试验

在国内外装配式节点研究的基础上,提出了一种钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点,为研究其抗震性能进行了低周往复加载试验.试验结果表明:新型节点中预制梁的型钢接头和纵筋焊接能有效传递二者间的应力;叠合梁-柱节点具有较好的整体性;节点的塑性铰产生在梁的型钢接头和纵筋焊接部位附近,梁柱节点核心区域破坏较小;新型节点耗能能力较好;装配式节点比现浇节点有更高的承载力,但是延性更低.

预应力混凝土梁桥短线匹配法的抗差估计方法

针对预应力混凝土梁桥短线匹配法线形控制问题,充分考虑节段梁控制点测量值中可能出现的随机误差与粗差,提出一种附有条件限制的总体最小二乘抗差估计方法,适用于短线匹配法线形控制;推导了解算方法,并给出了具体的解算步骤;以黄茅海跨海通道工程6×60 m连续刚构中的某一跨为基准进行了数据模拟。结果表明:该方法可以实时地修正施工中各类误差导致的预制线形变化,有效地阻止了施工误差与测量误差在后续节段梁中的不断积累;与既有算法相比,所提算法的计算结果准确度最高,不仅在终端节段末端与基准线形的差值均值最小,而且在代表整体线形连续性的偏差平方和均值上与最小二乘法的结果相近,优于传统的选点控制方法。

新型装配式框架节点地震损伤性能研究

梁柱节点的构造型式对框架结构的力学性能影响显著,该设计了一种新型装配式框架节点,为研究新型装配式框架节点的地震损伤性能,以连接方式和轴压比为设计参数,设计制作了8个节点试件进行低周循环试验,结合VIC-3D技术监测试件柱端表面应变,观察其破坏模式,分析了该节点的滞回曲线、延性和耗能能力等抗震性能指标,建立了适合于装配式节点的修正损伤模型。结果表明:新型装配式节点破坏模式为剪切破坏,主要破坏位置发生在混凝土与钢部件的连接处;装配式节点滞回曲线饱满,耗能能力强,装配式Z字形拼接节点的累积总耗能为现浇节点的1.75倍,表现出较好的抗震性能;装配式节点的延性系数在2.02~3.78,轴压比的增大会使节点承载力提高,延性降低;修正模型计算出的损伤发展曲线与实际情况吻合较好;连接方式的改变能够显著影响节点的损伤发展速率,轴压比越小,损伤发展速率越慢。最后,对装配式框架结构性态水平进行了参数量化,给出了性态水平与层间位移角、损伤指数、柱端表面峰值应变的对应关系,研究结果可为该类结构损伤评估及震后恢复提供理论依据。

基于单梁试验下的预制T梁起拱度分析及控制研究

为解决预制T梁在生产过程中起拱度精度控制不足的问题,使用百分表对T梁张拉期的起拱度进行全周期监测,并通过理论计算得到预制T梁构件在张拉期增长的起拱度理论值,将监测数据与理论进行相互验证,然后根据预制T梁构件在张拉期、灌浆期和存梁期过程中起拱度的变化情况,分析影响预制T梁起拱度发生变化的主要因素。结果表明,1)张拉期T梁起拱度的监测数据与理论计算结果相吻合;2)张拉期张拉控制应力的设置过高以及在存梁期未采用有效的隔温措施会较大地影响预制T梁起拱度的精确控制。研究结果为预制T梁起拱度精确控制提供了重要参考。

湿式连接装配式混凝土梁柱子结构连续倒塌的精细数值分析

为研究湿式连接预制装配式混凝土梁柱子结构的抗连续倒塌性能,采用LS-DYNA有限元软件对前期工作中的三个试件建立了精细化有限元模型。混凝土采用实体单元和CSCM材料模型模拟,钢筋采用梁单元和分段线性塑性材料模型模拟。在梁柱节点区1.5倍梁高范围内考虑钢筋和混凝土的粘结滑移,利用LS-DYNA提供的单元失效功能模拟钢筋断裂和混凝土开裂。机械套筒连接模拟时考虑钢筋尺寸缩减,锚固板模拟按等面积法在梁柱节点建模内并利用关键字*CBIS定义接触防止穿透。数值模拟所得的承载力与试验之间的误差不超过15%,各试件的受力行为和破坏模式与试验一致。

改进后预制钢-混凝土梁柱节点抗震性能分析

为了研究改进后预制组合梁柱节点的抗震性能,在验证数值模拟准确性的前提下,基于有限元软件ABAQUS建立了11个节点模型,分析各参数变化对节点抗震性能的影响规律.结果表明,各试件在低周往复荷载作用下的滞回曲线都比较饱满,等效黏滞阻尼系数在0.266~0.362范围之内,新型预制节点具有良好的耗能性能;新型预制节点的承载力和延性系数分别比传统形式预制节点高5.4%和12.8%,并且其刚度退化能力以及能量耗散能力也优于传统形式预制组合节点;钢梁和钢接头强度的增加可以提高试件在荷载作用下的变形能力,但是对于提升试件承载力、刚度退化和强度退化能力的影响很小;钢接头埋置长度和预制梁内纵筋强度的增加能延缓试件的刚度退化和强度退化的速度,提升试件的承载能力和耗能能力.综合考虑,钢接头埋置长度至少应为200 mm,同时预制梁内纵筋强度等级应高于HRB335,以保证节点有良好的变形性能.

带狗骨式削弱梁段的装配式梁柱节点抗震性能研究

为了防止梁柱节点脆性破坏以及提高梁柱节点的震后快速修复能力,提出一种在地震作用下损伤可控之后可被快速修复的带狗骨式削弱梁段的装配式梁柱节点。为研究该节点的抗震性能与修复能力,对修复试件在内的4个节点试件进行了拟静力试验,通过观测与分析得到了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、应变分布、位移延性系数等抗震性能指标并对其进行了对比研究。结果表明:与栓焊连接节点和传统骨式削弱节点相比,新型节点具有更高的承载能力、耗能能力与节点转动能力;新型节点在地震作用下能够有效地转移塑性铰,防止脆性破坏;通过更换骨式削弱耗能梁段实现震后节点功能快速被修复的方案是可行的,且修复后的节点承载力与抗震性能仍维持在较高水平。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

预制混凝土管组合柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

针对采用不同加强形式的预制混凝土管组合柱-钢梁节点,通过建立精细化有限元模型,对节点的抗震性能进行了分析,研究了不同加强形式对节点抗震性能和承载力的影响。通过有限元参数化分析,研究了轴压比、钢梁翼缘加强宽度和加强长度对节点承载力的影响。分析结果表明:随着轴压比的增加,节点峰值荷载增幅在4%以内,轴压比对节点承载力影响较小;节点采取钢梁翼缘加强宽度后,峰值承载力提高约20%,节点钢梁翼缘加强宽度大于75mm后,增加加强宽度对节点峰值承载力的影响较小;钢梁翼缘加强长度对节点峰值承载力提升的效果有限,建议加强长度取翼缘宽度的1.7倍左右。