Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube's outside diameter and the secondary bottom chord steel tube's section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.

Seismic Behaviour of Beam-Column Joints of Precast and Partial Steel Reinforced Concrete

A beam-column joint of precast and partial steel reinforced concrete( PPSRC) is proposed for precast reinforced concrete frames. The PPSRC consists of partial steel and reinforced concrete. The partial steel is located in the core joint region and the connections between concrete members. This paper presents an experimental study of a series of PPSRC specimens. These specimens are tested under low cyclic loading.Experimental results demonstrate that the bearing capacity of the PPSRC specimens is 3 times that of the ordinary reinforced concrete( RC) beam-column joints. The strength and stiffness degradation rates are slower compared with that of the RC beam-column joints. In addition,the strength of the core joint region and the connections is higher than other parts of the PPSRC specimens. Beam failure occurs firstly for the PPSRC specimens,followed by column failure and connections failure. The failure of the core joint region occurs finally.Test results show that the seismic performance of the PPSRC is better than that of the ordinary RC beam-column joints.

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

型钢混凝土T形梁纯扭及弯扭性能试验研究

为研究型钢混凝土T形梁在纯扭和弯扭作用下的受力性能,以翼缘宽度、型钢含钢率、配箍率、翼缘纵筋直径及弯扭比为变化参数,设计并完成12根型钢混凝土T形梁的纯扭、弯扭静载试验。观察了试件的破坏过程,获取了试件的扭矩-扭率全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等特征参数,深入分析了纯扭、弯扭作用下不同变化参数对型钢混凝土T形梁抗扭性能的影响规律,揭示了其抗扭破坏机理。结果表明:T形截面梁和矩形截面梁的破坏形态基本一致,其中钢筋混凝土梁呈现为脆性破坏,型钢混凝土梁呈现为延性破坏;T形试件翼缘、型钢和混凝土之间存在相互约束作用,翼缘和型钢大幅增强了试件的抗扭强度和延性;试件翼缘的最优高宽比为2.33;随着型钢含钢率的增大,试件的抗扭强度和延性呈增大趋势,平均提升幅度分别为30.99%、101.14%;试件的极限扭矩随着弯扭比的增大而增大,平均提高了7.86%。最后,提出了型钢混凝土T形梁的开裂扭矩和极限扭矩计算方法,所得计算结果与试验结果吻合良好。

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。

箱形截面钢-混凝土组合连梁的抗震性能

对一种箱形截面钢-混凝土组合连梁展开研究,通过有限元模拟和理论分析对其屈服模式、抗震性能进行了深入探索。对不同参数取值下组合连梁的屈服模式进行对比分析,基于组合连梁长度与屈服承载力的关系,给出屈服模式的判定准则,研究了不同参数对组合连梁屈服模式的影响规律。结果表明:减小截面高度、钢腹板高厚比、钢材屈服强度、混凝土强度,增大剪跨比、钢翼缘宽厚比、截面高宽比等措施均使耗能梁段更容易弯曲屈服。轴向受压时,弯曲屈服型构件的延性普遍优于剪切屈服型构件;轴向受拉时,剪切屈服型构件的延性优于弯曲屈服型构件。剪切屈服型构件的弹性段刚度、屈服荷载、极限荷载以及能量耗散系数普遍大于弯曲屈服型构件。

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

型钢混凝土梁柱节点施工技术及质量控制

型钢混凝土组合结构是在型钢外围包裹一层钢筋混凝土,这样的组合使得结构有了比传统钢筋混凝土结构更大的承载力、刚度和抗震性,并且也优于钢结构的防火及稳定性。型钢混凝土结构凭借着强度高、延性好,以及防火和耐腐蚀性能好的优势在高层及超高层建筑中已广泛应用。论文分析了型钢混凝土结构梁柱节点施工过程技术及质量控制难点及要点,结合项目实例,分析介绍传统的4种梁柱连接节点构造做法,并对传统做法进行优化组合,对优化后的施工及过程控制要点进行分析总结,在提升工程质量的同时提高施工效率,为同类型结构的工程施工提供指导作用。

基于实桥测试的大跨径混合梁钢梁-混凝土梁结合段传力机理

为研究大跨径混合梁钢梁-混凝土梁结合段的传力性能和纵桥向应力传递路径,以韩庄运河特大桥为工程背景,通过实桥测试与数值模拟相结合的方式,分析主梁钢梁-混凝土梁结合段应力分布与传递规律。对钢板和混凝土进行应变监测,获取其应力分布与传递规律;采用软件ABAQUS建立钢梁-混凝土梁结合段精细化有限元计算模型,对比分析实桥数据与计算模型分析结果。结果表明:在钢梁-混凝土梁结合段应力从承压板传递到混凝土梁的过程中,随距承压板距离的增大,应力逐渐减小,混凝土梁段应力最小;承压板的最大应力出现在预应力锚固处,越接近承压板中心和承压板边缘,应力越小;承压板顶部整体应力在吊装阶段较大,底部应力在张拉阶段较大,现场采集数据与有限元模型应力传递规律一致。

市政大跨径简支钢混组合梁桥总体设计

针对城市高架桥梁跨越横向道路常用的简支60 m大跨径槽型钢混组合梁桥,对横断面梁片数布置、不同施工方案、降低桥面板收缩徐变措施进行分析.结果表明:(1)少主梁设计相较于多主梁设计经济性更好,但跨中上翼缘板厚会增加较多.(2)设置2个临时支墩,基本可实现钢筋混凝土共同承担一期恒载的效果.(3)与少支架施工相比,整体吊装虽方便施工,但大大提高了钢材的用钢量.(4)无支架施工时,预制桥面板在90 d的存放龄期下,频遇组合可降低混凝土桥面板30%的轴向拉力.

300 m超高塔斜拉桥钢混组合梁整节段施工方案比选研究

山区跨越深切峡谷斜拉桥钢混组合梁施工方案的选择不同于跨域大江大河及海上斜拉桥施工,因其受地形地貌限制问题较为突出。研究以某特大桥为背景,对比分析了采用缆索吊机整节段施工与悬臂拼装桥面吊机整节段施工钢混组合梁斜拉桥在各方面的优缺点,以期为以后施工类似工程提供一定借鉴作用。

吊装技术在装配式PEC结构建筑中的应用

装配式钢结构是一种新型的建筑工业化模式,对比传统建筑生产方式,具有高效率、高质量、施工快、稳定性好、绿色环保等一系列优势。本文通过工程实例,对吊装技术在装配式建筑中的应用进行探究,主要包括:施工前吊装方案的确定、钢结构吊装的关键技术点、施工顺序及质量保证措施,得出了适用于装配式建筑钢结构的吊装施工技术,对装配式建筑的吊装施工起到一定借鉴作用。

基于极限平衡理论的内置型钢-钢管煤矸石混凝土组合柱轴压承载力分析

内置型钢-钢管煤矸石混凝土组合柱是一种结合煤矸石混凝土与内置型钢-钢管混凝土的新型结构,该结构可为固体废弃物煤矸石的资源化利用提供一条有效途径。采用极限平衡理论,分析了内置型钢-钢管煤矸石混凝土组合柱的实际受力情况,建立了该新型组合柱的轴压承载力公式,并验证了公式的正确性。在此基础上,探讨了钢管管壁厚度、钢管强度、煤矸石混凝土强度及型钢强度等主要参数对组合柱轴压承载力的影响。结果表明:采用极限平衡法建立的公式与试验结果吻合较好,组合柱轴压承载力随钢管管壁厚度的增加而增大,钢管管壁厚度每增加1 mm,组合柱的轴压承载力提高约7%,钢管对煤矸石混凝土的约束应力提高约31%;煤矸石混凝土强度每增大5 MPa,组合柱的轴压承载力提高约6%。随着钢管管壁厚度的增加和钢管强度的增大,钢管对核心煤矸石混凝土作用的约束应力有所提高,型钢的轴压承载力随型钢强度的增加而增大,煤矸石混凝土的轴向应力随着其强度的增加而增大。该结论可为内置型钢-钢管煤矸石混凝土组合柱的工程设计提供理论依据。

钢混组合梁截面形式优化研究

组合梁桥是指采用剪力连接件将抗拉性能好的钢材构件与抗压性能好的钢筋混凝土结构结合成组合截面工作的一种复合式结构。近年来,随着组合梁技术的不断发展,其使用范围已扩展到连续梁桥、拱桥和斜拉桥等多种复杂体系。组合梁中的钢梁部分也由早先单一的钢板梁拓宽到钢箱梁、钢槽梁和钢桁梁,组合梁的截面形式也由工字形发展到箱型、倒梯形甚至三角形[1]。当主梁截面采用多根单梁组成多箱室截面时,不同的截面形式造成单梁之间横向联系方式和混凝土桥面板施工方法大不相同。本文研究同等跨径、同等宽度条件下某省两条高速公路主线桥钢混组合梁截面形式由钢箱梁优化为钢槽梁后各方面性能指标,为今后的项目建设提供依据和参考.

龙潭长江大桥南北引桥钢混组合梁设计与施工研究

龙潭长江大桥南北引桥具有管线多、地面交通系统复杂、跨径布置控制因素多以及布墩位置条件受限等特点,经综合比选,采用结构简单、受力合理且施工便捷的钢混组合梁方案:30~60 m跨径采用等截面钢混组合梁,78~91 m跨径采用变截面钢混组合梁。主要从结构力学性能、安全性、经济性和施工便捷性等方面,分析、比选标准跨径和大跨径钢混组合梁的设计与施工方案。选用钢混组合梁时以标准化、工厂化、规模化、装配化作为设计理念,可提高生产效率和结构可靠性,减少高空作业风险,易于控制工程质量。项目中首次大规模将多主梁的槽形截面钢混组合梁应用于长江大桥,可为后续钢混组合梁设计与施工提供参考。

部分包覆钢-混凝土组合结构设计方法及实践

介绍了一栋全预制装配式钢-混凝土组合结构多层办公楼的结构设计,主体结构采用了部分包覆钢-混凝土组合框架柱(PEC柱)与钢蜂窝梁组成的组合框架结构,楼板采用预制的局部叠合板。部分包覆钢-混凝土组合结构是一种性能优越的全装配式结构,体系新颖、性能良好、连接可靠、拼接方便、经济合理。PEC柱能充分发挥钢材和混凝土的优势,与纯钢结构相比,可以节省资金约30%,有良好的经济效益和社会效应。蜂窝梁通过实腹钢梁经二次加工组合而成,提高了刚度,在第一个孔周边加强后,能节约钢材用量20%以上,有良好的经济效益,且蜂窝孔洞中适宜设备管线穿越,可提高净空,便于设备管线安装、集成,实现设备管线与主体结构的脱离,符合装配式设备的要求。文章阐述了该结构体系特点、设计方法、注意事项等,可为国家相应标准的编制提供依据,也可为类似结构的设计提供参考。

装配式预制型钢部分外部混凝土梁受弯性能试验研究

提出了一种新型的钢-混凝土组合梁——部分预制部分外包混凝土(PEC)组合梁。为了研究部分预制PEC组合梁的抗弯性能,对六根梁进行了静力加载试验,其中包括1根现浇PEC组合梁和5根部分预制PEC组合梁。结果表明:部分预制PEC组合梁的抗弯性能与现浇PEC组合梁的抗弯性能相似。PEC组合梁的抗弯承载力几乎不受浇筑方法的影响。部分预制组合梁的抗弯能力随着混凝土强度或底层钢筋翼缘厚度的增加而增加。