混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

冷弯薄壁型钢纯弯构件截面分类

为研究冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类,基于试验数据验证后的有限元模型,对不同板件宽厚比下冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件进行了大量的参数分析。结果表明:抗弯承载力随翼缘与腹板宽厚比的减小而增大。在考虑翼缘与腹板相关作用的前提下,基于截面承载力得出板件截面宽厚比限值,提出了冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类方法。

奥氏体型不锈钢受弯构件截面分类研究

为对不锈钢受弯构件截面分类进行研究,借助有限元软件ABAQUS建立了不锈钢焊接工字形和箱形截面构件有限元模型,并基于试验结果验证了有限元模型的有效性。基于有限元模型开展了大量的参数分析,由此对欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4+A2和《钢结构设计标准》(GB 50017−2017)中截面板件宽厚比分类限值的合理性和适用性进行了评价。在考虑截面组成板件的相关性基础上,提出了针对奥氏体型不锈钢受弯构件截面分类方法和不同截面板件宽厚比等级及限值。

矩形钢管节点屈服线和冲剪综合破坏模型

基于屈服线和冲剪破坏模型,对矩形管-管节点和板-管节点发生这2种破坏模式的支主管宽度比β适用范围进行理论分析,探讨CIDECT规范中给出的支主管宽度比适用范围的合理性,并在此基础上合理考虑沿支管周长刚度变化,对主管可能发生屈服线和冲剪破坏的区域进行分析,给出屈服线和冲剪综合破坏的承载力计算方法。将所得公式的计算结果与试验结果进行对比,并将其与CIDECT规范计算公式进行对比分析。结果表明:该建议公式计算值与试验值吻合较好;β<0.85时,CIDECT规范公式低估了节点承载能力,而0.85<β<1-1/γ(2γ为主管宽厚比)时,CIDECT规范公式高估了节点承载能力。

宽肢薄腹H形截面钢柱的滞回性能

根据宽肢薄腹构件的特点,完善了多弹簧非线性数值分析模型;通过试验对比验证了模型的适用性;根据试验和数值计算结果,对这类构件的滞回性能进行了分析;提出在抗震设防区的多层钢框架结构中应用宽肢薄腹构件的可行性。

H型钢楔形薄壁构件的局部屈曲性能分析

用三维退化曲壳元离散H型钢楔形薄壁构件 ,对其进行了考虑双重非线性的全过程分析 ,提出了评价H型钢楔形薄壁构件局部屈曲性能的特征荷载。考察了平均腹板宽厚比、楔率等参数对H型钢楔形薄壁构件屈曲后强度的影响 。

水平力下板柱结构等代梁等效宽度系数的研究

指出了水平力作用下板柱结构的等代梁应是变截面梁,与柱相交处的等代梁宽度比跨中的小;同时按刚度相等原则,给出了折算成等截面等代梁宽度的计算方法。提出了影响等代梁等效宽度系数的主要因素为受扭构件的抗扭刚度与板的抗弯刚度的比值,并通过弹性有限元分析,给出了以这个比值作为参数的板柱结构内框架和边框架等代梁等效宽度系数计算公式。

屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢轴压构件承载力设计

高强冷弯薄壁型钢结构在国外低层住宅和门式刚架体系中应用较广,国内已开始采用,但尚无相应设计规范可依。针对屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构常用的轴压构件的承载力设计方法进行了研究,包括其承载力计算模式及设计可靠度分析,并据此提出了相应的设计方法。最后,通过国内外现有相关试验数据的分析,验证了所提出的强度设计指标及承载力设计方法的合理性与可靠性。

ST12材质焊接工字形钢支撑低周疲劳性能模拟及分析

前期的滞回性能模拟证实有限元可较精确地模拟ST12材质焊接工字形钢支撑试件表面的应力应变分布。采用基于应力应变的3种临界面损伤模型预测了支撑的低周疲劳损伤及寿命,结果表明临界面法可较精确预测裂纹开裂位置,预测结果均低于试验结果。基于临界面法的预测结果回归了寿命估算公式,并与基于试验结果的估算公式进行了比较分析,证实了影响支撑低周疲劳性能的主要因素是长细比和翼缘宽厚比。建议设计支撑时在满足"小震"不失稳的前提下,在规范允许的范围内,尽量采用具有较大长细比和较小翼缘宽厚比的支撑,以延长支撑的低周疲劳寿命。

震后可快速恢复功能的双钢管混凝土柱试验研究

为研究外方内圆双钢管高强混凝土(CFDT)柱能否在大震后快速恢复其结构功能,完成了4个试件的拟静力试验,试件方钢管壁板宽厚比为24.7。结果表明,位移角达到1/100时,方钢管壁板未鼓曲,外观无损坏,不需修理即可继续使用;试件的水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角大于1/40;轴压比设计值为0.8及1.0的CFDT柱试件,其抗震性能基本相同;方钢管的加劲板与圆钢管焊接,使试件的极限位移角增大。

部分包覆钢-混凝土组合构件中主钢件翼缘的局部稳定性能研究

部分包覆钢-混凝土组合构件因两种组成材料的相互约束,能大幅增强H型钢翼缘的局部稳定性,因而设计时可以采用较大宽厚比的板件。增大冀缘宽厚比能提高钢材利用效率,但也存在降低构件承载能力和塑性变形能力的风险。对这类构件中钢翼缘板受压条件下的局部稳定性能进行了研究,推导了弹性与弹塑性失稳条件下的临界应力与冀缘宽厚比;根据试验研究结果,分析了翼缘宽厚比和连杆间距对构件延性的影响;讨论了现行规范有关规定的合理性。结果表明:混凝土单侧约束能大幅提高钢板的局部稳定临界应力,并可由此推导出PEC构件中主钢件翼缘板的宽厚比限值;当设置连杆约束时,在一定范围内采用较密的连杆间距,可以满足较大宽厚比截面的塑性承载的要求。

低高度敞口式钢桁架桥参数敏感性分析

为明确低高度敞口式钢桁架桥结构受力性能,以某跨堤桥梁为研究对象,建立全桥有限元模型,运用参数对比方法,研究该类型桥梁在不同杆件尺寸、宽跨比、高跨比情况下,整体结构刚度、强度及稳定性的变化规律。结果表明:杆件尺寸对桥梁整体静力性能有一定影响,上弦杆钢管直径对桥梁整体稳定影响较大;桥梁宽度的增加,对桥梁整体挠度、下弦杆最大拉应力、纵横梁最大压应力影响较大,对结构整体稳定影响较小;桁架高度的增加,对桥梁整体稳定影响有限,对桥梁整体挠度及下弦杆应力影响较大。

高强度等边单角钢轴压构件稳定设计研究回顾与问题探讨

高强度单角钢轴压构件的稳定性能因其材料的屈服强度等力学性能改变而发生变化,因而在稳定设计及其相关研究中会遇到许多新的问题。针对这一现状,结合我国GB 50017-2003《钢结构设计规范》、美国钢结构设计规范ANSI/AISC 360-05和ASCE 10-97等三部规范,对设计规范中宽厚比限值规定的适用性、高强度角钢宽厚比限值制定的必要性、角钢构件长细比的计算,以及现有角钢轴压构件稳定计算的折减方法等问题进行了探讨和算例分析,基于稳定的基本理论和数据结果的对比分析,解释并给出了上述几个问题的确定性结论和需要注意的方面,为高强度单角钢轴压构件稳定设计方法的研究提供了参考。

大宽厚比梯形腹板H形短柱的极限承载力

通过对具有轴对称梯形腹板的H形短柱极限承载力的试验 ,并进行相应的有限元计算与分析表明 ,在静力荷载条件下 ,工程构件常用范围内的楔率对具有相同底面尺寸的H形短柱的极限承载力影响不大 ;变截面构件的轴压极限承载力可以由小端截面的屈服承载力和有效截面承载力之间的较小者确定。

钢管混凝土斜交网格结构性能分析

以广州西塔为工程背景,建立了圆筒钢管混凝土斜交网格结构模型,分析了斜柱倾角对结构周期、侧移、竖向刚度和内外筒的弯矩和剪力分配的影响,探讨了核心筒剪力墙厚度对结构性能的影响。结果表明:高宽比大于5的圆筒斜交网格结构的最优斜交角度介于68°～78°;随着斜柱倾角的减小,结构抗侧刚度下降,下部楼层刚度突变明显;随着核心筒墙厚的增加,结构自振周期略有增大,内外筒的基底剪力与弯矩分配更加合理。

考虑板件相关作用的H形截面分类准则

截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一,对国内外现行钢结构规范关于H形压弯钢构件截面分类的相关规定进行了综述,对比发现大多数规范都遵循单一板件规则。基于经试验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件绕强轴压弯的参数分析,得出不同的宽厚比及轴压比可导致不同的板件破坏模态和极限承载力,进一步证实了板件相关作用对截面分类的影响。提出了基于极限承载力的H形截面钢构件绕强轴压弯下S2、S3、S4和S5级截面分类方法。经与各规范及试验结果的比较,该文截面分类方法更贴近截面的真实承载情况,更加证实了考虑板件相关作用的必要性。

钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的配筋选择

参照《混凝土结构设计规范》(GBJ1 0— 89)附录七的方式 ,以《混凝土结构设计规范》(GB5 0 0 1 0— 2 0 0 2 )的公式为基础 ,给出了钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的配筋选择方法。受弯构件设计时 ,根据计算图表选择合适的钢筋直径和配筋率 ,即可同时满足裂缝宽度计算的要求。

钢筋混凝土桥梁受弯构件最大裂缝宽度的可靠度研究

基于结构可靠度理论和《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》JTGD 62—2004关于最大裂缝宽度的规定,对钢筋混凝土桥梁受弯构件按正常使用极限状态设计的可靠度进行了计算分析,并对比研究了作用效应比、计算模式不定系数、钢筋弹性模量、配筋率、钢筋直径和截面尺寸等随机变量对最大裂缝宽度可靠指标的影响程度。研究表明:最大裂缝宽度计算公式的可靠度基本满足设计要求,可变作用与永久作用的效应比对最大裂缝宽度的可靠度影响很大,而其他因素对最大裂缝宽度的可靠度影响较小。

扁长平面超限高层框筒结构设计

对某个有扁长平面、超大核心筒高宽比的超限高层框筒结构的整体稳定性进行分析研究,建筑高度为187.10m,核心筒X向与Y向平面尺寸比为1∶4.2,核心筒高宽比为21.5,分析了核心筒与外框柱之间钢斜撑和剪力墙的分布,以及其他各种因素差异对结构整体稳定性的影响,总结了这些因素的影响规律。除此之外,对项目结构设计采用的扩孔自锁锚杆、跃层柱及型钢混凝土转换构件等关键技术进行介绍。结果表明,在核心筒外X向设置少量剪力墙和加大周边框架梁的刚度,能有效提高结构的抗侧刚度,且施工方便、不影响建筑功能。扩孔自锁锚杆具有单根锚杆抗拔力大,经济效益良好的特点。项目中的跃层柱能满足大震稳定性要求。项目中针对于型钢转换构件采取的措施,保证了结构的安全性,方便了现场的施工。

中间加劲C型钢构件压弯滞回性能非线性模拟

为克服普通薄壁C型钢构件在宽厚比较大时滞回性能差的缺点,首先对具有相同宽厚比的C型钢和加劲C型钢压弯构件的滞回性能进行了比较,结果表明加劲可有效改善此类构件的滞回性能;然后对具有中间加劲的C型钢构件在压弯循环荷载下的滞回性能、变形情况以及破坏模式进行了深入分析;研究了加劲设置对构件性能的影响,得出了合理的加劲布置方式;最后采用延性系数对中间加劲薄壁C型钢构件的抗震性能进行了评价,给出了设计建议。