Static behavior of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted partial-depth flush end plate:experimental study

A new type of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joint has been proposed in this paper.Five semi-rigid composite beam-to-column joint specimens subjected to hogging moments under monotonic loading were tested to study the static behavior of this new type of joint.The main variable parameters for the five joint specimens were the longitudinal reinforcement ratio and the joint type.The experimental results designated that the magnitude of extension of the longitudinal reinforcement is the most important factor that influenced the moment-rotation characteristic of the new type of joint.The concrete slabs could resist 3.8%-19.1% of the total shear load applied to the cross-sections near the beam-to-column connection.The edge stiffened elements,such as the flange of the lipped I-section thin-walled steel beam,were capable of having considerable inelastic deformation capacity although they had comparatively large width-to-thickness ratios.The shear failure of the concrete cantilever edge strip must be taken into account in practical design because it has significant influence on the anchorage of the longitudinal reinforcement in the new type of external joints.

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.

模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

部分预制预应力型钢混凝土梁受力性能试验与设计方法研究

为简化现场施工工序,创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中,提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验,研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响,并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明:预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小,不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内;预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著,其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%,而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

轻钢龙骨防火组合楼板梁板节点连接试验研究

轻钢龙骨防火组合楼板是一种新型的装配式楼板,因为自重较小,同时具有较大的承载力,板底板顶附层为防火楼板,具有较好的防火能力,该种楼板作为简支板直接放置于工字钢梁上,支座处无法传递负弯矩,因此在梁顶支座处会出现一条通缝,严重影响使用效果,同时简支板体系也不符合抗震规范的要求。本文提出一种新的支座处梁板节点连接方式,目的是通过合理连接,实现支座处能够传递负弯矩,由简支变为固结。试验采用液压千斤顶对试件施加静荷载,对11个全比例节点连接试件进行研究,考虑连接件搭接长度、连接件厚度、连接所用的自攻螺钉(螺栓)的数量,以及连接件尺寸对梁板连接节点承载力和挠度的影响,并对节点连接件与C型轻钢龙骨之间的变形协调能力做出了分析。研究表明,本文提出的以Z型钢为连接件的梁板节点连接方法安全可靠,可实现该新型楼板的双跨以及多跨连接。

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。

标准化Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度研究

为研究标准化Z字形钢结构梁柱连接节点的转动刚度,对翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析。研究了不同连接节点设计强度对Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度和循环刚度退化等力学性能的影响。结果表明,翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点均具有良好的延性和滞回性能。翼缘焊接Z形节点转动刚度表现为刚性连接,翼缘搭接Z字形钢结构节点转动刚度表现为铰接。对于翼缘焊接Z字形钢结构梁柱连接节点,其转动刚度和循环刚度退化程度受焊缝连接强度影响显著。较小的强度设计倍数(0.2~0.4)时节点破坏模式为焊缝率先发生破坏,其节点转动性能表现为半刚性。较大节点强度设计倍数(0.7~1.1)时节点破坏模式转变为构件率先发生破坏,节点表现为刚性连接且其循环刚度退化程度(转角小于0.02 rad条件下)明显小于强度设计倍数较小的Z字形钢结构节点循环刚度退化程度。总体上看,可通过改变节点强度设计倍数来调节其转动刚度。

钢混组合梁斜拉桥非对称张拉施工控制的拉索索力统计敏感性分析

针对非对称张拉施工斜拉桥存在的主梁和桥塔线形控制难题,以某大跨度钢混组合梁斜拉桥施工控制为例,开展了拉索索力统计敏感性分析研究。以斜拉索索力为设计参数,综合采用均匀试验和正交试验设计方法以及多元线性回归和极差分析显著性检验方法,对成桥和施工阶段主梁和桥塔截面的内力、位移进行统计敏感性分析。结果表明:提出的索力统计敏感性分析方法可准确获得成桥和施工阶段的敏感性索力参数;对于成桥阶段,S10、MS10、S9号斜拉索索力为结构线形的敏感性参数;非对称张拉施工时,S10、MS10、S9、MS9、S8、MS8、S5、MS5号斜拉索索力为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数;若采用对称张拉施工,S10、MS10、S8、MS8、S9、MS9、S7、MS7号斜拉索索力则为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数。

组合结构楼板钢次梁-混凝土主梁节点静力性能研究

进行了2个钢次梁-混凝土主梁节点试件的静载试验,分析了试件的受力过程和破坏机理,得到了试件弹性阶段、屈服阶段、极限阶段和破坏阶段的荷载和位移,并对试件破坏时钢次梁和钢筋关键部位的应力进行了分析。结果表明:试件的最终破坏始于钢次梁下翼缘屈服,节点区域锚固良好,属于次要构件的塑性破坏;插入式节点为半刚性连接节点,预埋式节点为铰接节点。

新型部分填充工字钢组合梁受剪性能试验研究

为增大钢材利用率,提高组合梁受剪性能,提出了一种新型部分填充工字钢组合梁,并以栓钉排布方式、剪跨比以及混凝土填充量为参变量,采用“力-位移控制”的加载方式,对4根新型组合梁及对比工字钢梁进行了静力荷载作用下的受剪性能试验研究;对比分析了新型组合梁和对比工字钢梁受力过程中的破坏形态、剪力-转角曲线、剪力-应变曲线以及承载力变化情况。结果表明:剪跨比1.6≤λ≤2.0的组合梁发生剪压破坏,剪跨区有贯通的主斜裂缝;剪跨比为1.15的组合梁发生斜压破坏,剪跨区形成多个受压短柱,混凝土大面积剥落;剪跨比从1.6减小至1.15时,极限承载力相应提高了31.8%;混凝土的存在使新型组合梁的受剪承载力较普通的工字钢梁提高了33.3%;翼缘栓钉的存在提高了组合梁截面的组合作用,使混凝土能充分发挥其抗压能力,极限受剪承载力相应提高了5.8%~29.1%,组合梁延性和刚度也相应增大;结合试验实测数据,基于新型部分填充工字钢组合梁的构造特点,采用组合结构设计规范中受剪承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合较好,该公式可为实际工程中的结构设计提供一定参考。

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。

波形钢腹板钢梁日照非均匀温度场试验研究与数值仿真

波形钢腹板钢梁作为一种新型结构形式,凭借其优良的力学性能在桥梁工程中得到了广泛应用,但目前对于波形钢腹板钢梁日照温度场的研究尚且不足。针对波形钢腹板钢梁日照温度场开展实验研究,探求波形钢腹板钢梁日照温度场分布规律。实验期间所有测点的温度变化均以日为周期进行波动,与大气温度的变化趋势较为接近。波形钢腹板特殊的几何形式导致波形钢腹板钢梁不同截面的温度分布有着明显的差异,钢梁截面III的温度最高,截面II温度次之,而截面I的温度最低。波形钢腹板钢梁日照温度场表现出明显的非均匀性,实验期间截面I,II,III最大竖向温度梯度分别可达10.2,10.1和7.9℃。利用COMSOL有限元软件建立波形钢腹板钢梁日照温度场数值仿真模型,并利用日照温度场实验数据对该模型的准确性进行验证。钢梁截面I,II,III测点的AAE分别为1.2,1.1和0.9℃,MAE分别为3.1,3.1和3.0℃。基于热力学稳态分析理论,提出一种波形钢腹板钢梁日照温度场的简易计算方法,并利用温度实验数据检验了该计算方法的准确性,该方法可为实际工程中的钢梁温度场计算提供一种简单有效的工具。

中低速磁浮变刚度试验钢箱梁结构研究

为探索钢结构桥梁对中低速磁浮的适应性和经济性,开展中低速磁浮采用中等跨度钢桥跨越立交铁路、市政道路等基础性研究,为将来中低速磁浮采用大跨度钢桥跨越大江大河或其他障碍打下基础。本次拟在某中低速磁浮试验线上将原2孔25 m混凝土简支梁改建替换为2孔25 m多功能变刚度试验钢箱梁,开展各项静力和动力性能限值标准研究,同时,采用理论分析及实桥试验验证相结合的方法,突破现行《中低速磁浮交通设计规范》中的相关限值,研究放宽简支梁竖向挠度、梁端转角等限值标准的可行性,获得更加经济合理的中低速磁浮桥梁竖向挠度、梁端转角等刚度限值要求,进一步提高中低速磁浮桥梁的经济性和美观性。

钢管混凝土张弦劲性梁受弯性能试验研究

钢管混凝土张弦劲性梁是一种自承重新型组合梁,施工时可以通过自承重实现免支撑。为了解这种梁的受弯力学性能,设计制作了5根试件。通过试验分析了破坏特征、弯矩-挠度关系、无粘结预应力筋应力增长曲线并验证平截面假定,建立了正截面抗弯承载力和刚度计算方法。

箱形型钢混凝土梁的试验研究

在进行 7根大比例尺寸型钢混凝土梁试件的试验研究基础上 ,主要对箱形型钢混凝土梁中型钢与混凝土的协同工作性能进行了初步研究 ,并分析了不同构造方式对型钢混凝土梁工作性能的影响 .结果表明 ,箱形型钢混凝土梁的抗弯容易得到保证 。

新型外包钢-砼组合梁的受力性能分析

针对普通钢-混凝土组合梁存在的一些问题,提出了一种新型的组合梁外包钢 -混凝土组合梁。为了研究其受力性能,进行了三根足尺简支梁的试验研究,并通过对构件荷载 -位移曲线、荷载-应变曲线和应变沿截面高度分布的分析,认为外包钢 -混凝土组合梁有较优越的力学性能和良好的应用前景。基于组合梁弹塑性理论,推导出梁的正截面承载力的计算公式,与试验结果比较吻合。最后,为了便于其工程中的应用,根据试验结果,提出了适于该种组合梁的一些构造措施。

碳纤维材料加固钢梁的试验研究

碳纤维材料应用于钢结构加固在实际工程中应用较少 ,缺乏理论与试验支持。介绍了各种碳纤维材料加固钢结构工字型梁的试验及结果 ,给出了碳纤维布、碳纤维板、钢板等材料的力学性能 ,得出了各种加固方式的承载力及荷载 -位移曲线和工字钢梁截面上实测的应力、应变。

预应力碳纤维布加固钢梁的试验研究

通过预应力碳纤维布(CFRP)与非预应力CFRP加固钢梁的对比试验,研究了不同加固方法下被加固钢梁的受力性能、破坏形态与破坏机理.试验表明:相对于非预应力CFRP加固梁,预应力CFRP加固钢梁可充分发挥碳纤维布高强的特点,提高CFRP的强度利用率,试验梁的屈服荷载、极限荷载和刚度均有明显提高.分为弹性和弹塑性两个阶段,对钢梁屈服前后预应力CFRP加固钢梁正截面承载力进行分析,提出了不同阶段设计计算方法,其计算结果与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考依据.

体外预应力钢—混凝土组合连续梁试验研究

进行了预应力钢—混凝土组合连续梁的静载全过程试验 ,分析了荷载—跨中变形特征、沿梁长度的滑移分布规律、截面高度方向的应变分布、预应力筋应力变化以及连续梁的内力重分布机理、破坏模态与极限强度 ;非线性有限元分析结果、简化计算模型预测结果与试验结果吻合较好。

套筒式钢管混凝土梁柱节点试验研究

利用ANSYS软件分析了套筒式钢管混凝土梁柱节点的承载性能,同时进行了采用力位移混合加载控制的节点承载力低周反复荷载试验。结果表明,套筒式节点和环板式节点的极限受弯承载力都能满足设计要求,但套筒式节点的转角较小,节点为刚性连接。在相同的轴压比下,两种形式节点的抗震性能相当。