新型装配式冷弯薄壁型钢墙体抗侧性能分析

为了研究使用矩形钢管连接的新型全预制冷弯薄壁型钢复合墙体的抗侧性能,设计了6个足尺试件,并进行了水平低周往复加载试验,分析了龙骨间距、覆面板类型、单面或双面覆板等因素对新型复合墙体试件抗侧性能的影响.新型墙体的覆面板为OSB板与硅晶钙板.试验结果表明:使用矩形钢管连接的新型复合墙体具有良好的整体抗震性能;单面或双面覆板对墙体抗侧性能影响显著,双面覆板的新型复合墙体的屈服荷载约为单面覆板新型复合墙体的2倍;龙骨间距和覆面板材料对墙体抗侧性能的影响相对较小.在试验基础上,使用OpenSEES软件建立了试验墙体的有限元分析模型,并针对矩形钢管壁厚、周边螺钉间距取值进行了参数分析.参数分析结果表明,矩形钢管连接件壁厚取值推荐为2.5 mm,周边螺钉间距推荐取50~100 mm.

装配式建筑混凝土构件公差控制国内外标准分析

针对装配式混凝土构件的尺寸允许公差控制对装配式建筑施工的重要工程意义,分析了国内外装配式建筑标准中混凝土构件生产与安装阶段的构件尺寸允许公差异同,指出其差异体现为允许公差值与取值范围、公差配分形式、构件类型和尺寸大小等。结果表明:各标准对构件允许公差划分原则和方法不同,中国标准侧重于公差取值及范围,而国外标准兼顾了构件尺寸大小和构件类型等影响;中国国家标准对构件尺寸允许公差要求比行业和地方标准严格;既有装配式建筑公差标准缺乏公差确定准则和系统的全过程公差控制理论,各标准中未考虑公差累积和抵消效应,部分公差控制要求相互抵触。

集中配筋连接预制剪力墙抗震性能试验研究

针对现有预制混凝土剪力墙接缝施工容错率低、混凝土现场浇筑作业量大和钢筋锚固过长等不足,提出一种使用超高性能混凝土(UHPC)的集中配筋连接预制剪力墙。通过对比1片现浇剪力墙试件、3片不同接缝形式的集中配筋连接预制剪力墙试件的拟静力试验结果,揭示该类预制剪力墙的破坏规律和抗震性能、竖缝对墙体抗震性能的影响和连接钢筋的受力特点。采用ABAQUS软件对试件进行有限元模拟,分析轴压比和集中配筋率对试件抗震性能的影响。研究结果表明:预制试件与现浇试件具有相同的破坏规律,均为弯剪破坏;这2类试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近,且预制试件的最小承载力仅比现浇试件低5.6%,表明预制试件的抗震性能与现浇试件的抗震性能基本相同;竖缝对剪力墙承载力的影响较小,使剪力墙的延性和耗能能力有一定的削弱;不同竖缝形式预制墙的抗震性能相近但各有特点,竖缝形式预制墙采用UHPC出筋搭接具有更好的整体性,采用U形键槽的预制墙具有更大的刚度和更强的耗能能力;连接钢筋的应力分布具有典型受弯构件的特征;随着轴压比增加,模型的刚度和承载力不断增加,在轴压比从0.05增加到0.30时,最大的峰值荷载增幅发生在轴压比从0.05到0.10时,从承载力的提高、刚度、耗能和墙角抬高等方面考虑,试件的集中配筋率保持在90%~110%为宜。

灌浆套筒连接装配式梁柱节点精细有限元模型

为了研究灌浆套筒对装配式混凝土梁柱节点抗震性能的影响,本文基于灌浆套筒试件单调拉伸试验,采用多因素回归分析,构建了灌浆套筒试件单向拉伸下的等效本构关系。并以该等效本构关系为依据,考虑了钢筋混凝土之间的粘结滑移和新后浇混凝土界面的影响,利用ABAQUS有限元软件,建立了灌浆套筒连接装配式混凝土梁柱节点精细有限元模型,研究了灌浆套筒连接装配式混凝土梁柱节点在低周反复作用荷载下的抗震性能。结果表明:节点主要塑性变形发生在梁柱相交界面,节点滞回曲线饱满,节点核心区的耗能能力较好,有限元模拟结果与试验结果中骨架曲线屈服荷载误差为7.11%,峰值荷载误差为6.88%,极限荷载误差为3.76%,位移延性系数误差为7.84%。有限元模型模拟结果与试验结果吻合较好,表明采用等效灌浆套筒本构关系建立精细化灌浆套筒连接梁柱节点有限元模型是可行的。

拉筋钢管混凝土柱轴压力学性能研究

拉筋钢管混凝土短柱较其他组合结构短柱具有更高的承载力及延性。为提出适用性更广的拉筋钢管混凝土短柱轴压极限承载力计算方法,探究拉筋连接模式和等效体积配箍率对拉筋钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,利用约束混凝土本构关系,建立焊接和非焊接拉筋钢管混凝土短柱轴压及不同截面形式拉筋钢管混凝土短柱轴压的数值模型。对16根不同截面及拉筋型式钢管混凝土短柱进行轴压试验研究,验证数值模型的准确性及适用性。在此基础上,探究拉筋钢管混凝土约束作用及约束区域,提出适用性更广的拉筋钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式。研究结果表明:基于约束混凝土本构模型的数值分析方法可有效模拟焊接及非焊接型式拉筋钢管混凝土短住轴压受力性能。焊接及非焊接拉筋对钢管与核心混凝土有明显的约束作用,且拉筋对方形截面钢管混凝土短柱轴压承载力的影响大于圆形截面钢管混凝土短柱。相较于方形截面拉筋钢管混凝土短柱,等效配箍率对圆形截面短柱轴压承载力的影响较小。焊接试件拉筋应力较非焊接试件增加早且快,对核心混凝土的约束作用强。另外,所提拉筋钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式对不同截面形式构件均有较好的适用性,计算结果与试验结果吻合良好,精度较高且偏于安全。

混凝土与各向同性岩石强度理论研究进展

强度理论是研究复杂应力状态下材料是否破坏的理论,该文总结了古典强度理论以及混凝土和各向同性岩石等两类现代强度理论,将各项同性现代强度理论分为剪应力强度理论、八面体强度理论与主应力强度理论。通过收集国内外已有相关三轴实验数据对各种主要强度理论进行论述、比较与评价,在此基础上对混凝土和各向同性岩石的主应力空间损伤比强度理论进行展望。

装配式建筑混凝土构件公差控制研究

阐述了国内外标准对装配式建筑混凝土构件生产制作与施工安装过程中的构件尺寸公差规定。分析表明,标准中对构件尺寸允许公差要求差异主要体现在公差数值、公差配分形式、构件类型及尺寸等方面。国外标准中对构件允许公差控制注重于构件尺寸大小和类型等影响,国内标准侧重于公差取值及范围,我国地方和行业标准对构件尺寸允许公差要求略宽松。既有装配式建筑公差研究不足主要是公差配分形式、取值及依据,缺少全过程公差控制理论分析,未考虑全过程中的公差累积和抵消效应。

带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件试验研究

为加强中空夹层钢管混凝土的力学性能,提出了在中空夹层钢管混凝土内外钢管间焊接双向对拉拉筋的构造措施。针对带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能开展了试验研究,研究配置拉筋对试件极限弯矩、抗弯刚度和横向变形系数的影响。采用合理的混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元软件建立并验证了带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件三维实体有限元模型,试验结果与有限元计算结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外钢管应力及核心混凝土应力的影响,研究结果表明:拉筋能有效缓解了内外钢管的局部鼓曲,提高试件的极限弯矩、抗弯刚度;拉筋加强了内外钢管对混凝土的约束作用,使得内外钢管受力更加合理。

钢管混凝土柱−钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震试验研究

钢管混凝土柱−钢梁下栓上焊隔板贯通节点下翼缘采用螺栓连接代替传统的对接焊缝连接,以解决下翼缘焊缝处容易发生断裂的问题,但该构造使得钢梁上下翼缘的连接方式不对称。为此,通过对5个下栓上焊隔板贯通节点和1个传统栓焊混合连接节点进行低周往复荷载试验,研究下翼缘螺栓连接和楼板的组合作用对下栓上焊节点抗震性能和工作机理的影响。研究结果表明:下栓上焊节点中由于下翼缘处螺栓滑移导致其滞回曲线表现出一定程度的捏缩现象,但该类节点具有较强的变形能力,可转动0.06000 rad且不破坏;随着节点转角增大,下翼缘连接传力机制由摩擦传力转变为螺杆与孔壁的接触承压传力,节点具有较强的极限承载能力;上下翼缘连接方式不同导致节点正负向受弯时表现出非对称承载强度;无楼板节点具有较大的负弯矩强度,采用组合式楼板时,混凝土板与立柱的挤压承载对于节点正向承载能力有更显著的增强效应,最终使得组合梁节点的正负向弯曲承载强度相近;楼板可有效抑制钢梁上翼缘的局部鼓曲变形,延缓节点的峰值后承载力退化现象;下翼缘螺栓连接的板件滑移有助于降低钢梁下翼缘应力集中现象,避免出现过早断裂的脆性破坏;通过提高下翼缘螺栓连接强度和下贯通隔板厚度,可以增大节点的承载稳定性和变形能力。

开槽方钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

工程实际中的钢管混凝土构件在材料缺陷、构造开槽、环境腐蚀等因素的影响下,外部钢管表面将产生影响其结构完整性和使用寿命的局部缺陷。为研究钢管开槽对钢管混凝土短柱轴压承载力和钢管约束作用的影响,开展开槽方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究和有限元分析。试验采用机械开槽的方式模拟钢管局部缺陷,探讨中部横向开槽、中部纵向开槽、角部横向开槽、角部纵向开槽4种开槽方式对构件荷载-应变曲线和破坏模式的影响。研究结果表明:开槽试件因开槽方式不同表现为槽口的凸起或闭合,且不同开槽方式将不同程度地降低钢管约束作用,导致构件承载力发生不同程度的下降,其中以中部横向开槽试件承载力下降最明显。之后采用ABAQUS有限元软件建立开槽方钢管混凝土短柱轴压三维实体有限元模型,在试验验证的基础下建立足尺模型进行参数分析,探讨不同开槽方式对承载力和钢管形状约束系数的影响。分析结果表明,横向开槽算例承载力和钢管形状约束系数降低相对未开槽算例较为明显,而竖向开槽算例基本不变。通过考虑不同开槽方式下钢管形状约束系数的折减建立开槽方钢管混凝土轴压承载力实用计算公式,公式计算结果与试验结果、有限元结果均吻合较好,表明实用计算公式精度较高,可应用于工程实际中开槽钢管混凝土构件承载力的计算。

S型钢板阻尼器滞回模型及参数识别研究

提出一种易制作、易安装、易更换的S型钢板阻尼器,设计制作3组试件,通过开展拟静力试验,对其变形和破坏模式、滞回特性及耗能能力进行研究。基于试验结果提出一种改进的BWBN滞回模型,建立Simulink模型并开展试件参数识别研究。结果表明:S型钢板阻尼器的滞回曲线饱满,具有较大的变形能力,良好稳定的耗能能力,较高的延性系数和超强系数;阻尼器通过弯曲和轴向变形耗能,变形包括弯曲弹性段、弯曲屈服段及弯-拉屈服段,由于弯-拉强化效应,第三段刚度和强度逐渐增大,可提高结构承载能力并降低残余变形;所提出的滞回模型可以反映S型钢板阻尼器的弯-拉强化效应,能够较精确地模拟阻尼器的滞回曲线、恢复力变化以及累积能量耗散。

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明:柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。

火灾下钢筋混凝土简支板力学响应机理

拉力膜理论针对的是板大变形下开裂状态的研究,对于火灾下板发生大变形尚未开裂的机理缺乏合理的解释。为此该文采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对火灾下钢筋混凝土简支单向板和双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证的基础上深入探讨火灾下混凝土和钢筋的应力变化规律以及钢筋混凝土简支板的力学响应机理。分析结果表明:简支板发生了激烈的应力重分布现象,其变形过程经历弹性、弹塑性、塑性以及受拉开裂四个阶段,在弹塑性和塑性阶段板底混凝土双向受压的倒拱效应使得双向板抗火性能优秀;当火灾下钢筋混凝土简支板实验没有达到力学响应的受拉开裂阶段时,板底直接受火区域不会出现开裂现象;与单向板相比,双向板进入塑性与受拉开裂阶段的时间大幅度延长,且塑性与受拉开裂阶段变形速率减缓,因此其抗火性能更优。

循环荷载下钢管混凝土墩柱塑性大变形分析

钢管混凝土桥墩具有抗弯刚度大、承载力高、占地面积小和结构能耗强的优点,已在城市高架桥中得到广泛应用。为实现低周往复荷载作用下钢材韧性损伤和混凝土开裂对钢管混凝土桥墩抗震性能影响的准确模拟,开展国产Q235,Q345和Q420钢材的单轴拉伸试验研究,提出考虑屈服强度影响的参数确定性韧性损伤模型,形成参数确定性混合强化-韧性损伤模型。采用ABAQUS软件,基于参数确定性的钢材混合强化-韧性损伤模型以及混凝土三轴塑性-损伤模型,并在混凝土实体单元中采取水平裂缝插入技术优化桥墩模型,从而建立低周往复循环荷载下钢管混凝土桥墩精细有限元模型,根据单向循环加载下圆形和方形钢管混凝土各5个墩柱,以及双向循环加载下圆钢管混凝土柱2个试验结果的滞回曲线和屈曲形态,验证该精细有限元模型的合理性与有效性。分析结果表明:考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法,合理反映了单、双向循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应和塑性大变形阶段承载力退化现象,也反映了钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律。

动力荷载下钢管混凝土墩柱抗震性能极限分析

为研究钢管混凝土桥墩极限抗震性能,采用Abaqus软件建立圆钢管混凝土桥墩三维实体-壳单元有限元模型。为更准确的描述圆钢管混凝土桥墩的抗震性能退化、震后残余位移变化规律,模型中对混凝土引入裂缝、对钢管引入韧性损伤,进行单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力、振动台加载下圆钢管混凝土桥墩抗震性能试验验证。分析结果表明:考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法合理,反映循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象和单、双向动力荷载下钢管混凝土桥墩震后残余位移,也反映钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律;相同地震波作用下全填充钢管混凝土桥墩的地震响应最小,填充混凝土有利于提高桥墩的极限抗震能力。提出适用于双向地震波作用的钢管混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移响应之间的计算公式。

高轴压比拉筋圆钢管混凝土柱界面滑移行为与抗震性能研究

高轴压比下普通钢管混凝土柱的抗震性能略差,与其他钢管内约束混凝土构造措施相比,横向拉筋构造可高效提升高轴压比下钢管混凝土柱的约束效率和抗震性能。在高轴压比圆形、方形拉筋钢管混凝土抗震性能试验成果的基础上,采用ABAQUS软件建立三维实体有限元精细化计算模型并进行试验验证,随后开展单调加载和滞回加载下拉筋钢管混凝土柱受力性能的参数分析,探讨拉筋对钢管与混凝土界面滑移、应力水平和抗震性能的影响规律。分析结果表明:1)压弯荷载下钢管和混凝土之间存在界面滑移行为,使得加载过程中钢管和混凝土中性轴高度变化不一致,当滞回加载时混凝土受拉面积大幅度减小,混凝土和钢管中性轴的差异愈发增大,相对滑移更大,最终混凝土全截面受压而钢管抗弯;2)当钢管用钢量保持不变而端部布置拉筋算例后,钢管和混凝土中性轴的差异减小,钢管和混凝土之间界面滑移减小使得抗弯刚度提升10%,拉筋由于直接约束混凝土,使得钢管纵向拉应力和混凝土纵向压应力水平都得以提升且应力水平更均匀,以及钢管受拉区面积增大而混凝土受压区面积减小,导致钢管截面受压区高度降低从而极限承载力提升20%~50%;3)滞回加载下拉筋有效提升钢管混凝土柱的抗震性能,当钢管混凝土柱整体用钢量保持不变时,高轴压比钢管混凝土柱的刚度可维持不变,承载力提升10%~20%,耗能能力提升2倍,钢管和拉筋约束混凝土而耗能提升约1倍,使得钢管受压区高度降低导致构件转动能力大幅度提升,钢管塑性耗能能力得以充分发挥,因此钢管耗能提升约3倍。

钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件受剪性能

采用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件的受剪性能进行三维实体有限元非线性分析,模型考虑钢梁、混凝土板和高强螺栓等材料非线性以及各部件之间的接触关系,在试验验证的基础上探讨混凝土强度以及高强螺栓直径、屈服强度、长径比和预紧力等参数对抗剪承载力的影响,分析结果表明:高强螺栓连接件的抗剪承载力随混凝土强度、螺栓直径与屈服强度的增大而提高。通过拟合建立考虑混凝土强度、高强螺栓直径和屈服强度影响的单个连接件抗剪承载力计算式,并对现行规范中栓钉受剪计算公式和国外学者及本文提出的高强螺栓受剪计算公式的计算值进行比较,结果表明本文提出的计算式具有较高的精度。

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017−2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。

多类混凝土和各向同性岩石损伤比强度准则

针对已有损伤比变量下的损伤比强度理论仅适用于混凝土且偏平面略有内凹等不足,基于多轴应力下混凝土损伤比强度理论的一般形式,根据已有试验资料关于普通混凝土、再生骨料混凝土、轻骨料混凝土和各向同性岩石破坏包络面的特征,建议考虑Lode角和静水压力对受压损伤比影响以及考虑材料类型对受拉损伤比影响的六参数损伤比变量表达式,且损伤比变量取值得到单轴、二轴和三轴受力状态下混凝土和单轴受力状态下各向同性岩石应力-应变曲线试验结果的验证。通过与国内外397组混凝土、130组再生骨料混凝土、97组轻骨料混凝土、179组单轴抗压强度小于100MPa的岩石(用"岩石Ⅰ类"表示)和165组单轴抗压强度大于100MPa的岩石(用"岩石Ⅱ类"表示)多轴强度试验资料的比较,表明考虑Lode角和静水压力后的六参数损伤比强度准则与相对应材料的三维破坏包络面精度较高。此外针对二轴应力状态,提出了进一步简化的损伤比强度准则。

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。