钢肋预应力混凝土叠合板试验研究与数值模拟

钢肋预应力混凝土叠合板(PCCSSR)是一种新型的叠合楼板,由预制混凝土底板、钢腹板和混凝土上翼缘组成,具有抗弯刚度大、承载力和生产效率高的特点。基于PCCSSR的抗弯试验,对PCCSSR在弹性阶段的抗弯性能进行了数值模拟分析,并得到了PCCSSR的开裂荷载和荷载-跨中挠度曲线。结果表明,PCCSSR在施工期间具有足够的抗弯承载力和刚度,满足规范的要求;增加混凝土上翼缘的厚度可以明显提高PCCSSR的抗弯性能,合理的钢腹板开孔尺寸及间距和混凝土上翼缘局部削弱深度对PCCSSR的抗弯性能影响不大。同时,采用MATLAB得到了PCCSSR最为经济且力学性能优异的截面形式。对PCCSSR的制作、安装中存在的问题进行了分析,并给出了相应的解决方案。

预制钢-混凝土组合楼梯抗弯性能与舒适度分析

为推进组合材料在建筑结构中的应用,对预制钢-混凝土组合楼梯踏步的抗弯性能和楼梯整体的舒适度进行研究。进行6个楼梯踏步试件的四点弯曲试验,主要探究抗剪件形式和踏步与梯梁的连接方式对楼梯踏步承载性能的影响。试验结果表明,相对于角钢和栓钉抗剪件,槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升更为显著。此外,焊接试件的承载力受抗剪件的影响较小,并且高于简支试件的承载力,在今后的工程应用中,焊接可以作为钢-混凝土组合楼梯踏步与梯梁连接的主要方式。为了更准确地研究楼梯踏步的力学行为,使用ABAQUS有限元软件对其进行建模,该有限元模型能够准确模拟楼梯踏步的力学行为。在验证模型准确性的基础上,对整体楼梯进行舒适度分析。结果表明,在规范限值范围内,楼梯的自振频率和人致激励下的加速度响应均满足行走的舒适度要求,使用过程中不会引起明显不适,符合人体工程学的要求。试验和建模分析证明,槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升效果更好,焊接可以作为楼梯踏步与梯梁的连接方式,并且楼梯的舒适度满足规范要求。

不同轴压比钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的抗震性能

对1片现浇剪力墙和轴压比不同的3片新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙进行拟静力试验,研究其在往复水平荷载作用下的试验现象、破坏形式和抗震性能,提出钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙屈服承载力的计算方法;采用XTRACT有限元分析软件对新型剪力墙峰值承载力进行算例验证,二者结果吻合较好。研究表明:钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的水平承载力和耗能能力较现浇混凝土剪力墙有所提高;其承载力随着轴压比的增大而增大;实验范围内的轴压比对其耗能能力的影响较小。

带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯性能

将传统复合墙板平板层改为带肋层,优化截面的混凝土配置,从而降低复合墙板自重,在墙板两侧对称施加预应力筋,增强复合墙板的抗裂性能。为研究带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯性能,进行了3个试件在均布力作用下的抗弯试验,分析该混凝土复合墙板的力学性能和变形模态。通过理论分析推导该混凝土复合墙板的抗弯承载力计算公式,采用ABAQUS软件进行该混凝土复合墙板的对比模拟,并对肋板角度参数进行模拟分析。结果表明:带肋预应力混凝土复合墙板与平板混凝土复合墙板存在近似的弯曲响应;带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯承载力与平板混凝土复合墙板相比有所下降,但降幅小于自重降幅;预应力的施加显著提高了混凝土复合墙板的承载力和抗裂性能;提出的混凝土复合墙板的承载力计算公式、有限元模型均与试验结果吻合较好。

形状记忆合金数值模型的不确定性分析

形状记忆合金(shape memory alloy,简称为SMA)具有“超弹性”,即在受到应力而发生较大变形并卸载后,可以恢复原始形状,并在这个过程中耗散能量,在建筑抗震和桥梁振动控制中具有广阔的应用前景。SMA的模型参数通常由优化方法来确定,然后用于装有SMA装置的结构地震时程响应分析中。利用Metropolis-Hasting算法(简称为MH算法)中的改进算法DRAM方法(延迟拒绝及自适应采样),基于经过“预拉伸”和热处理的SMA棒材循环拉伸试验结果,对SMA改进的Graesser&Cozzarelli模型参数进行采样,从SMA的本构模型参数和耗能能力两个方面分析了SMA材料的不确定性。建立了各参数的后验分布,并得到了参数两两之间的相关性,结果可用于概率模型的建立及基础模型数学形式的研究。研究表明,在累积概率密度为15%时,材料的能量耗散能力相对误差高达20%;累积概率密度为85%时,相对误差为10%。

不同连接方式下PVC空腔隔墙抗震性能研究

为研究采用不同连接方式PVC空腔隔墙的抗震性能,对3个安装PVC空腔隔墙的钢框架结构和1个单独钢框架结构进行对比拟静力试验。试验结果表明:现浇PVC空腔隔墙的初始刚度和峰值荷载较大,由于墙体与钢框架连接处开裂和角部压溃,其在小位移下刚度退化明显,大位移下的破坏主要表现为墙体内部劈裂和面外鼓曲;采用L型钢连接件的墙体主要耗能形式为螺栓滑移和连接件屈服变形,在刚度、承载力方面对钢框架提升最小,主要破坏形式为节点处水泥砂浆开裂;采用U型和L型钢连接件连接方式相对安全可靠,能使钢框架和墙体在地震作用下更好地协同工作,可根据承载力需求,推荐使用;采用钢筋连接的墙体发生脆性破坏,延性较差,承载力和耗能能力较差,不推荐使用。最后,基于等效斜压杆原理,提出了PVC空腔隔墙的抗侧刚度简化计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

与足尺钢框架柔性连接的外挂复合墙板振动台试验研究

为了研究外挂陶粒钢筋混凝土复合墙板和竹筋陶粒混凝土复合墙板(以下均简称复合墙板)的抗震性能,以及连接复合墙板和钢框架的下托上拉式柔性节点的地震反应,通过两幢3层足尺分层装配支撑钢框架的振动台试验,对墙板-节点体系的抗震性能进行了研究。结果表明,复合墙板具有较好的抗震性能,刚度和承载力储备较大;使用竹筋代替斜插钢丝后,对复合墙板抗震性能影响不大,且相对于直插竹筋,斜插竹筋性能更加稳定;下托上拉式柔性节点在试验中出现了滑移、转动和变形,实现了3个方向的位移,对墙板的保护作用明显,兼具刚性和柔性的特点;外挂复合墙板-节点体系减小了钢框架的自振周期,使结构刚度退化减慢,加速度放大系数及层间位移分布更加均匀。该体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能和震后可恢复性。