Shear design of high strength concrete prestressed girders

Normal strength prestressed concrete I-girders are commonly used as the primary superstructure components in highway bridges. However, shear design guidelines for high strength PC girders are not available in the current structural codes. Recently, ten 7.62 m （25 feet） long girders made with high strength concrete were designed, cast, and tested at the University of Houston （UH） to study the ultimate shear strength and the shear concrete contribution （Vc） as a function of concrete strength （f＇c）. A simple semi-empirical set of equations was developed based on the test results to predict the ultimate shear strength of prestressed concrete I-girders. The UH-developed set of equations is a function of concrete strength （√f＇c）, web area （bwd）, shear span to effective depth ratio （a/d）, and percentage of transverse steel （Pt）. The proposed UH-Method was found to accurately predict the ultimate shear strength of PC girders with concrete strength up to 117 MPa （17000 psi） ensuring satisfactory ductility. The UH-Method was found to be not as overly conservative as the ACI-318 （2011） code provisions, and also not to overestimate the ultimate shear strength of high strength PC girders as the AASHTO LRFD （2010） code provisions. Moreover, the proposed UH-Method was found fairly accurate and not exceedingly conservative in predicting the concrete contribution to shear for concrete strength up to 117 MPa （17000 psi）.

模块化冷弯薄壁型钢结构体系低层村镇住宅设计研究

在传统冷弯薄壁型钢结构体系的基础上,从模块化、装配化角度出发,提出了一种适用于低层村镇住宅的新型结构体系——模块化冷弯薄壁型钢结构体系。首先,简述了墙体模块单元的构成,给出了7种通用标准化墙体模块单元,并介绍了基于通用标准化模块单元的村镇模块化户型构建原则及过程;其次,详述了便于快速装配安装的标准墙体单元间模块化连接方式,对模块连接节点进行了受力分析及数值模拟,并给出了模块化冷弯薄壁型钢结构体系构建的原则;最后,重点介绍了适用于所有冷弯薄壁型钢结构体系的抗剪墙长简化设计方法以及基于模块化冷弯薄壁结构体系的抗剪墙长设计方法,并通过实际案例详述了墙长确定过程,同时对比了不同计算方法的抗剪墙长,进一步验证了所提出的抗剪墙长简化设计方法的可行性。结果表明:所提出的模块化冷弯薄壁型钢结构体系可大幅提高冷弯薄壁型钢结构低层村镇住宅的工业化和产品化水平,大幅缩减了工期;所提出的抗剪墙长简化设计方法可显著降低设计门槛,便于该类体系的推广应用。

高层剪力墙结构多目标智能设计方法

高层剪力墙结构智能设计包括智能建模和智能优化两个环节。目前智能建模环节缺乏梁自动化布置和荷载自动化布置;智能优化环节只考虑材料成本而未考虑施工的便捷性。此外,现有的智能设计方法均局限于单标准层的高层剪力墙结构。为此,该文提出了高层剪力墙结构多目标智能设计方法,包括多标准层高层剪力墙结构的智能建模和多目标优化。多标准层高层剪力墙结构智能建模包含剪力墙智能布置、梁自动化布置、板自动化布置和荷载自动化布置;以材料成本和施工便捷性为目标,采用分步优化策略和基于小生境技术的遗传算法对高层剪力墙结构进行多目标优化。通过实际工程算例对所提出的方法进行了验证,结果表明,所提出的高层剪力墙结构多目标智能设计方法稳定、可靠,可以较好地兼顾材料成本和施工的便捷性,并能显著缩短设计周期。

蔗芽剪切力学特性试验研究

为减少甘蔗蔗芽在剥叶过程中受到的机械损伤,分析了蔗种剥叶过程中的受力情况,并对蔗芽进行了剪切试验。选取中蔗14号与桂糖42号甘蔗品种为试验对象,以取样高度、剪切方向与加载速率为试验影响因素,采用3×3×2析因设计分析3个因素对蔗芽剪切破坏力的影响及其交互关系。根据力学特性试验结论设计出柔性绳碎叶辊并进行对比试验,结果表明:取样高度与剪切方向对剪切破坏力具有极显著影响(P<0.01),随着取样部位高度的增加,蔗芽的剪切破坏力降低,且横向剪切破坏力大于纵向剪切破坏力,中蔗14号与桂糖42号的剪切破坏力在下部(根部)蔗芽横向剪切时最大,分别为21.56N与20.68N左右,在上部(尾梢)蔗芽纵向剪切时最小,分别为10.22N与9.14N左右;加载速度对剪切破坏力没有显著影响(P>0.05),取样高度与剪切方向之间的交互作用对蔗芽剪切破坏力有显著影响(P<0.05)。在对比试验中,蔗种经柔性绳碎叶辊剥叶机剥叶后的伤芽率降低2.91%,所得结果符合蔗芽力学特性试验结论。

模块化防屈曲钢板墙抗震性能

考虑经济性和便利性,提出了模块化防屈曲钢板墙及其常用模数,然后基于已有的防屈曲钢板墙的简化计算模型,推导了在不同墙数量情况下,模块化防屈曲钢板墙充分发挥抗震性能时,周边梁的承载力和刚度需求,并提出了周边梁的设计方法.进而,对模块化防屈曲钢板墙和整体墙进行了对比验证试验及其有限元模拟分析.研究结果表明:模块化防屈曲钢板墙能够达到与整体钢板墙相同的抗震性能,且周边梁未发生明显转动和破坏,说明所提出的周边梁设计方法是合理的;在层间位移角为1/50时,防屈曲钢板墙上下周边梁均未进入塑性,且承载力和初始刚度等的有限元值与试验值误差小于6%,从而进一步验证了其抗震性能.

超高现浇混凝土剪力墙施工关键技术研究

剧场建筑中的舞台塔是由四面混凝土剪力墙围合而成的塔筒形高大空间,是舞台机械安装、运行与演员演出的重要场所,剪力墙墙体高度可达50~60 m,墙体两侧最大临空高度接近40 m。两侧无楼板支撑的超高临空剪力墙,在施工操作平台搭建、模架体系选型与安装、混凝土浇筑等方面均具备了较高的实施难度与一定的安全、质量风险。通过对技术方案选择中遇到的安全、工期、经济、质量等因素进行分析,对如何从各类剧场案例中吸取经验,优化方案选择,采用多排脚手架技术方案安全、经济、高效地完成施工作业进行了详细论述。同时深入研究了混凝土浇筑高度、模架计算关键参数选择与脚手架抗侧力问题、混凝土流动性与侧压力的关系等关键技术问题,给出了合理建议、解决方案与技术改进方向。

不锈钢复合钢H形截面钢梁受剪承载性能

基于复合钢本构模型,明确了复合比β对不锈钢复合钢应力-应变性能的影响。通过试验结果的承载曲线和破坏模式验证了数值模拟方法的准确性,进而以β、腹板宽高比a/hw和腹板高厚比hw/tw为变量开展300个数值模型的参数分析,系统分析了各变量对不锈钢复合钢H形截面钢梁受剪承载曲线和极限承载力的影响。研究结果表明:随着β的增加,不锈钢复合钢应力-应变曲线中的屈服平台逐渐消失,复合钢应力-应变性能逐渐由碳钢转变为不锈钢。当β较小时,不锈钢复合钢应力-应变曲线存在明显的屈服平台,这削弱了复合钢的应变强化对H形截面钢梁受剪承载性能的有利影响。随着β的增加,不锈钢复合钢的非线性应变强化性能逐渐增强,导致H形截面钢梁的延性性能逐渐提高,强度性能逐渐降低。经过验证,既有的欧洲规范设计公式对不锈钢复合钢H形截面钢梁受剪极限承载力的预测过于保守。基于参数分析结果,建立了考虑β影响的腹板贡献系数计算方法。研究结论有助于推广不锈钢复合钢的工程应用。

剪切搅拌器关键结构参数的优化设计

为研究剪切搅拌器关键结构参数对搅拌效果的影响,对剪切搅拌器优化前后的内流场进行数值计算。以搅拌功率、流速为判定依据,分析了圆盘外圆直径D_(1)、半球形叶片直径R对搅拌效果的影响。研究结果表明:D_(1)在320~360 mm范围变化,R不变的情况下,增加D_(1)使搅拌器轴功率增加,当D_(1)=360 mm,R=85 mm时,搅拌器功率为26.5 k W;R在75~95 mm范围变化,D_(1)不变的情况下,增加R也可使搅拌器轴功率增加,当D_(1)=330 mm,R=95 mm时,搅拌器功率为28.3 k W;改变D_(1)轴功率变化率约为0.08,改变R轴功率变化率约为0.41,改变D_(1)速度平均改变量约为0.02 m/s,改变R速度平均改变量约为0.065 m/s,表明D_(1)和R在相同增比的情况下,改变R使搅拌器获得更大的轴功率和流体剪切速率。

苏州某大型复杂商业连体结构设计

苏州某大型商业综合体项目位于7度抗震设防烈度区,为体型重叠建筑。通过5道防震缝将建筑整体划分为购物中心A区、购物中心B区、停车楼、商业街A区、商业街B区五个独立结构单元。购物中心A区为复杂连体高层建筑,1~5层采用框架-剪力墙结构,两个单体在3~5层中区由钢桁架相连,顶部(6层)钢桁架结构与两个单体通过成品球铰支座连接,形成强连体结构。充分考虑了周期比、位移比双指标平衡后对购物中心A区剪力墙布置进行了优化;屋顶钢桁架结构支座采用变刚度设计,局部设置滑动支座解决恒载下杆件应力比较高的问题。通过性能化设计,该复杂结构连体部位可以满足中震弹性、大震不屈服的性能目标要求。性能化设计及专项分析表明,影院钢结构具有良好的抗震性能、楼盖舒适度及防倒塌性能。

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复,提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections,RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析,数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模,研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响,建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明:RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加,但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏;当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时,试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此,需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好,验证了抗剪承载力设计方法的准确性。

大跨度压型钢板-混凝土组合楼板粘结性能试验研究

为研究大跨度压型钢板与混凝土组合楼板的粘结性能,以确定工程设计用的纵向剪切极限应力设计值,开展了6m足尺构件的受弯试验。试验共设计了两组试件,压型钢板的厚度分别为0.88mm和1.13mm,楼板跨度净距为6m。每组试件均由1个静载大跨度试件、2个动载大跨度试件和1个静载短跨度试件组成,并基于欧洲规范计算了每个试件的纵向剪切极限应力设计值。结果显示,循环荷载疲劳动态加载不影响组合楼板的最终承载力和破坏模态。压型钢板的厚度对纵向剪切承载力影响较大,且纵向剪切极限应力设计值的提高幅度大于压型钢板厚度的增加比例。1.13mm厚度的压型钢板相较于0.88mm的压型钢板,厚度增加28%,纵向剪切承载力提高约60%。考虑支座摩擦力影响,基于试验得到的纵向剪切极限应力设计值会减少7%~10%。得到的纵向剪切极限应力设计值可用于跨度为6m及以内的压型钢板-混凝土组合楼板的剪切粘结承载力设计。

降低分散相破碎的低剪切阀技术路线及研发进展

阀门作为应用于石化等行业的关键设备之一,通过调整阀门开度调节液流流量。在多相流分离领域,位于分离器上游的阀门容易造成分散相剪切破碎,形成更加细小的液滴,甚至出现乳化现象,增加了分离难度。文章聚焦于降低分散相破碎的低剪切阀,从影响液滴破碎及最大稳定液滴直径的关键物理因素出发,包括单位质量平均能量耗散率、液流能量耗散体积等,对降低液滴破碎的可行性路径进行总结,具体包括减小流经阀门液流的流场紊乱、增加油滴聚结结构,以及增大液流能量耗散体积。在此基础上,分析了多种典型低剪切阀门的结构特点及实际性能,并总结了低剪切阀的发展趋势,为新型低剪切阀开发及优化设计,以及规模化推广应用提供理论及技术支撑。

基于ANSYS的某液压剪切机机架的轻量化设计

国内部分剪切机存在体积较大、质量较重等问题,给运输及安装造成不少困难。由于剪切机的结构较为复杂,很难直接算出剪切机的刚度与强度,所以需要通过模拟剪切机来找出切实可行的优化方案从而达到降低重量、方便运输及节约成本等目的。本文以某液压剪切机机架作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对剪切机机架进行静力学分析,并对其进行轻量化设计研究。基于分析结果,对比实际情况,分别采取两种优化方案:一是尺寸优化设计;二是拓扑优化设计。结合工作实际,将两种方案结合,最终质量减轻了11.3%,达到了轻量化设计的期望值,研究结果对同类型重型机械的轻量化设计具有一定的参考价值。

基于改性剪切增稠胶/芳纶复合材料的低速冲击性能的研究

为了改善传统剪切增稠胶存在的缺陷,从分子结构设计和共混改性两方面出发,通过在分子链上引入苯环结构并共混交联乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA),有效地改善了冷流效应,并利用芳纶织物作为增强材料,热压制备得到新型轻量化抗冲击复合材料。结果表明:复合弹性体内大量动态可逆键和硫化形成的共交联网络,是新型轻量化抗冲击复合材料具有良好抗冲击防护效果的主要原因。PEVA-Kevlar-4复合材料在面对不同冲击能量时(13.4J和26J),能量吸收率分别可达86.6%和90.1%。此外,该复合材料在低速抗冲击防护材料领域,有广泛的应用前景。

建筑工程框架剪力墙结构施工工艺

分析了框架剪力墙的结构性能,以某建筑工程为例,重点研究框架剪力墙的施工工艺,总结了测量放样、脚手架搭设、钢筋工程、模板工程、混凝土浇筑等各分项工程的施工要点。

住宅建筑剪力墙结构优化设计及抗震性能研究

文中通过有限元软件SATWE剪力不同试件的简易仿真模型,对墙长及墙厚对剪力墙抗震性能的影响进行分析。结果表明,随着剪力墙长度的降低,剪力墙结构的层间位移-楼层增长速率不断增加,层间位移不断增加;剪力墙结构的层间位移角-楼层增长速率和下降速率均不断增加,最大层间位移角不断增加。随着剪力墙厚度的降低,剪力墙结构的自振周期、层间位移以及层间位移角的变化不显著。剪力墙结构的自振周期随楼层数的增加,呈现先快速降低,后趋于稳定,最终接近1.3 s的变化规律。墙体的层间位移表现为不断增加的变化规律,斜率为0.89 mm/层。

基于性能的含可更换耗能梁段高强钢框筒结构抗震性能研究

含可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-SFT-RSL)结合了耗能梁段耗能强、钢框筒抗侧刚度大、高强钢承载力高等优点,是一种抗震性能优良的结构体系.传统设计方法需要进行复杂的迭代和计算才能使结构达到预期性能目标,且无法较为准确地控制结构的塑性发展顺序和破坏模式,本文采用课题组提出的基于性能的塑性设计方法(PBPD)各设计一个30层HSS-SFT-RSL算例和含可更换剪切型耗能梁段的普通钢框筒结构(CS-SFT-RSL)算例,通过静力和动力弹塑性分析对比两算例的抗震性能.结果表明:采用PBPD法设计的两算例具有相似的顶点侧移角和破坏模式,HSS-SFT-RSL算例抗侧刚度略低,但极限承载力更高;在罕遇水准地震下,两算例各层耗能梁段均能参与耗能,层间侧移角沿结构高度分布均匀,避免了薄弱层,残余层间变形较小,有利于耗能梁段更换和结构震后功能的快速恢复.

混合联肢部分外包组合剪力墙基于两阶段耗能的塑性设计方法研究

混合联肢部分外包组合剪力墙结构是一种典型的两阶段耗能结构体系。依据现行设计规范设计的混合联肢部分外包组合剪力墙结构对结构弹塑性阶段的整体性能缺乏考虑,在设防地震和罕遇地震作用下结构的屈服顺序难以控制。基于混合联肢部分外包组合剪力墙结构体系“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防性能目标,提出结构两阶段耗能的塑性设计方法。以目标位移和理想破坏模式作为预测结构弹塑性受力状态性能目标,针对不同地震水准下的性能目标,考虑耦连比对结构合理耗能机制的影响,将结构的能力曲线等效为三线型,改进了传统基于能量平衡的塑性设计方法,保证结构在设防地震及罕遇地震下实现理想屈服顺序,避免薄弱层产生。采用建议的设计方法设计了一个12层结构算例,并采用ABAQUS对算例进行推覆分析和弹塑性时程分析。结果表明,采用基于两阶段耗能的塑性设计方法预测的中震及大震下结构顶点位移角与数值分析结果误差分别为0.5%和12.1%,最大层间位移角满足结构弹塑性层间位移角的要求。算例结构能够实现“强节点弱构件、强墙肢弱连梁”合理的屈服顺序,保证结构预期的失效机制和不同地震水准作用下的性能目标,验证了基于两阶段耗能的塑性设计方法的有效性。

Shear-resistant behavior of light composite shear wall

Shear test results for a composite wall panel in a light composite structure system are compared with test results for shear walls in Japan.The analysis results show that this kind of composite wall panel works very well,and can be regarded as a solid panel.The composite wall panel with a hidden frame is essential for bringing its effect on shear resistance into full play.Comprehensive analysis of the shear-resistant behavior of the composite wall panel suggests that the shear of the composite shear wall panel can be controlled by the cracking strength of the web shearing diagonal crack.

装饰用胶干湿状剪切强度分析及在结构设计中的应用

为了提升室内艺术设计用胶粘材料的干状和湿状剪切强度,研究了胶粘材料中OH-与NCO-摩尔比R1值、腰果二酚含量和二月桂酸二丁基锡用量对胶粘材料干状和湿状剪切强度的影响。结果表明,随着R1值从2.5增至7,PU-a和PU-b胶粘材料的干状和湿状剪切强度都呈现先增加后减小的趋势,分别在R1值为6和R1值为6.5时取得最大值。随着腰果二酚含量从0%增至30%,PU-a胶粘材料的干状和湿状剪切强度先减小后增加而后又减小,在加入腰果二酚后胶粘材料的干状和湿状剪切强度都低于未添加腰果二酚的胶粘材料。随着二月桂酸二丁基锡用量从0%增至0.3%,PU-a和PU-b胶粘材料的干状和湿状剪切强度都呈现先增加后减小特征,分别在二月桂酸二丁基锡用量为0.15%和0.1%时取得最大值。