钢-混凝土预制混合梁受弯性能试验研究

为研究两端固支边界条件下钢-混凝土预制混合梁(简称预制混合梁)的受弯性能,以钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比为主要参数,进行了4个预制混合梁和1个普通预制混凝土梁试件的静力加载试验,研究了各试件的破坏模式、承载力、刚度、延性、挠度曲线和应变分布等.试验结果表明:所有试件均发生受弯破坏,其中预制混合梁的受弯破坏有两种模式,一是中部混凝土梁端和跨中截面形成塑性铰,二是梁端钢梁截面和跨中混凝土梁截面形成塑性铰.预制混合梁表现出良好的整体工作性能,连接节点在受力过程中始终保持较好的整体性.基于连接节点假定为刚性节点的应变分析结果与试验结果吻合较好,连接节点能有效传递钢梁和混凝土梁之间的应力,可视为刚性节点.钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比的增加均可提高预制混合梁的承载力和延性,其中增加受弯承载力比的效果更显著.与普通预制混凝土梁相比,预制混合梁的初始刚度小,跨中挠度大,但其强屈比较普通预制混凝土梁提高约4%～15%,预制混合梁具有更好的屈服后弹塑性变形能力,有利于耗能.最后,基于虚功原理建立了两端固支边界条件下预制混合梁的极限荷载计算式,计算值与试验值比值的平均值为1.0,变异系数为0.04,计算值与试验值吻合较好.     

波形钢腹板预弯工形梁的试验研究

对新型结构波形钢腹板预弯工形梁的制作工艺和承载性能开展了探索性研究.通过制作缩尺试验梁,着重分析了波形钢腹板钢梁在预弯力作用下的挠度和反弹后一期混凝土的压应力,并采用静载试验测试了对称集中荷载作用下的梁体变形、开裂弯矩、破坏形态和极限承载力等.试验结果表明,在预弯力作用下波形钢腹板具有良好的稳定性.释放预弯力后波形钢腹板钢梁能够有效地将预应力施加在一期混凝土上,跨中下缘混凝土的压应力为12.9 MPa.试验梁具有良好的抗弯刚度、延性和抗裂性能,其开裂荷载约为极限承载力的47%.理论与实测结果表明,波形钢腹板预弯工形梁的竖向剪切挠度占总挠度的22.4%,在计算挠度时需考虑剪切变形的影响.     

二次受力下钢筋RPC外包型钢梁的受弯性能

为探究新型材料对钢结构性能的增强效果,通过外包钢筋活性粉末混凝土（RPC）对受荷状态下的型钢梁进行加固并分析其受弯性能。通过二次受力下的抗弯试验,分析了钢筋RPC外包型钢梁的破坏过程和初始荷载、RPC强度、型钢强度对梁抗弯承载力的影响,并对试验结果进行了有限元模拟验证。结果表明：在不同参数影响下,外包钢筋RPC增强后的型钢梁与纯钢梁相比抗弯承载力提高17~2倍,破坏过程表现出良好的延性;受力过程中型钢与RPC界面未发生黏结破坏,两者能够共同工作;钢筋RPC外包型钢梁的极限承载力随初始荷载的增大而减小,随RPC强度和型钢强度增大而增大。根据试验结果,提出了二次受力下钢筋RPC外包型钢梁受弯承载力计算公式以及RPC强度折减公式,试验值、计算值和模拟值三者吻合良好。     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个"弱节点"试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服"拉力带"和核心区混凝土"斜压杆"机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.     

薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的数值计算

为了对薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的力学性能进行数值模拟和影响因素分析,基于有限元软件ABAQUS建立了薄壁U形钢加固3面受火后钢筋混凝土T形梁的数值计算模型.利用3根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁的受弯性能试验和4根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁受剪性能试验的结果验证了数值模拟的有效性.通过计算分析了受火时间、薄壁U形钢厚度和内隔环数量对加固后混凝土梁受弯承载力的影响情况,并将有限元计算的受弯承载力与实用计算方法的计算结果进行对比分析.研究结果表明:数值模拟能较好预测加固后试件的受弯承载力、受剪承载力,模拟误差分别在6%、8%以内;随受火时间增加,加固后试件的受弯承载力有所降低,但降低幅度较小;随内隔环数量的增加,内隔环承受的应力降低,可提高薄壁U形钢与混凝土间的整体性;加固试件受弯承载力的实用计算结果总体上与有限元结果吻合良好.     

型钢连接节点装配式混凝土梁力学性能研究

目的提出一种新型型钢节点连接方法,研究该节点对装配式混凝土梁力学性能的影响.方法设计制作4根试验梁,完成试验梁两点加载试验,分析型钢连接节点位置对试验梁承载力、挠度、钢筋及混凝土应力变化的影响;在试验基础上,利用ABAQUS软件建立了型钢连接节点装配式混凝土梁有限元模型,并验证了模型的准确性.结果型钢连接节点装配式混凝土梁的承载力随着节点连接部位距支座距离的增加而逐渐降低,当型钢连接位置距梁端距离超过310 mm时,承载力降低约10%;试验梁达到极限承载力时,纵筋和型钢均未屈服,且纵筋应变随着型钢连接位置距支座距离的增加而减小.结论型钢节点连接装配式梁的受弯、受剪性能良好;工程设计中,型钢连接位置距梁端距离不宜超过310 mm,即l_c/h0.89.     

高强超高延性混凝土梁弯剪性能理论分析与数值模拟

开展了14根高强超高延性混凝土（high-strength engineered cementitious composite,HS-ECC）梁的四点弯曲试验,研究了混凝土类型、纵筋配筋率和是否配置箍筋三因素对配筋梁弯剪性能的影响。基于平截面假定和材料本构关系,计算了配筋HS-ECC梁的受弯承载力。基于国内外规范,计算了无腹筋HS-ECC梁的受剪承载力。最后,采用Abaqus软件建立了HS-ECC梁的有限元模型。结果表明：有腹筋梁均为受弯破坏,随着纵筋配筋率增大,试件极限荷载和刚度逐渐增大,而延性未显著降低,配筋HS-ECC梁较普通混凝土梁具有更优异的裂缝分散能力和抗弯性能;无腹筋HS-ECC梁的破坏模式随配筋率增大由受弯破坏转变为受剪破坏,梁受剪承载力和刚度增大,但延性逐渐降低;配筋HS-ECC梁受弯承载力的计算结果与试验值吻合较好;HSECC梁有限元模型可有效模拟试件的荷载-位移曲线。     

干节点PPC连续梁力学性能试验及有限元研究

目的研究预制装配式混凝土连续梁的力学性能,探索连续梁新型节点力学性能.方法设计并制作了4根混凝土连续梁,4根连续梁均采用分段预制,分别由预埋钢板+钢盖板焊接和预埋钢板+钢盖板螺栓的干式连接方式连接而成.通过对连续梁每跨进行三分点静载试验,得到试验梁承载力、裂缝分布和变形等实验数据.基于实测数据,利用ABAQUS建立了21根装配式连续梁的有限元模型并对其塑性性能进行了分析.结果结果表明:在配筋条件相同的情况下,预埋钢板+钢盖板焊接节点试验梁比预埋钢板+钢盖板螺栓节点试验梁的承载力高,并且节点连接方式对预制装配式混凝土连续梁的受弯破坏形态没有影响;采用无粘结预应力配筋的试验梁,可显著改善预制装配式混凝土连续梁的受力性能.由有限元分析结果可知:在相同配筋情况下,预制装配式预应力混凝土连续梁的弯矩调幅系数小于整浇预应力混凝土连续梁;预埋钢板+钢盖板焊接节点连接的装配式预应力混凝土连续梁的弯矩调幅系数比预埋钢板+钢盖板螺栓节点连接的装配式预应力混凝土连续梁略小.结论干节点预制预应力混凝土连续梁有良好的力学性能,能够满足承载力与节点塑性性能要求.     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

波纹腹板钢梁抗弯性能数值模拟分析

为了明确纯弯段长度对波纹腹板钢梁抗弯性能的影响,利用有限元软件ANSYS建立波纹腹板钢梁模型,通过从构件破坏模式、受力发展、应力分布等方面与相关试验结果作对比,验证了数值建模方法的合理性,在此基础上,改变纯弯段长度,对波纹腹板钢梁进行参数化抗弯分析。结果表明:波纹腹板钢梁承载力较高,承载力和抗变形能力随纯弯段的增加有相应增长,且承载力还与荷载施加位置有关,应尽量避免在腹板波浪弯折处上方施加荷载。     

波形钢腹板钢管混凝土梁有限元分析及参数研究

提出新型组合结构——波形钢腹板钢管混凝土梁三维有限元计算方法.应用ANSYS程序对试验梁进行了双重非线性有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好.应用有限元方法,以波形钢腹板厚度、弦管壁厚以及管内混凝土等级为参数对其对受力性能和极限承载力的影响进行了分析.结果表明,对于以上弦管局部屈曲为特征的A梁,若要提高其承载力,应增加上弦管的壁厚;而对于极限承载力受下弦管受拉屈服控制的B、C梁,则要增大下弦管的壁厚.上下弦管是否采用钢管混凝土对梁的受力性能与极限承载力有显著的影响.然而,管内混凝土的等级对梁的极限承载力影响很小.波形钢腹板应具有足够的厚度以避免其局部屈曲破坏.在保证这一板厚的前提下,波形板厚度对梁的承载力影响并不大,承载力计算中可以忽略其对梁的抗弯能力的贡献.     

再生混凝土梁抗弯性能试验

以再生骨料的取代率为试验参数,对1组普通混凝土梁和4组不同取代率的再生混凝土梁进行对比试验.研究在相同水灰比条件下,再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁抗弯性能的差异和共同点,以及不同取代率的再生混凝土梁抗弯性能的差异.重点分析再生混凝土梁的平截面假定的适用性,承载能力、抗裂性能和抗弯刚度的差异.结果表明再生混凝土的立方体抗压强度和普通混凝土的立方体抗压强度相差不明显;再生混凝土梁极限受弯承载力小于普通混凝土梁的极限受弯承载力,取代率对再生混凝土梁的受弯极限承载力没有明显的影响;再生混凝土梁的抗弯刚度小于普通混凝土梁;再生混凝土抗裂性能比普通混凝土差.     

再生混凝土框架梁抗震性能试验

目的研究再生混凝土框架梁在反复荷载作用下的破坏形态、滞回耗能特性、承载性能、延性以及刚度退化,探讨梁端塑性铰区的配箍要求.方法采用荷载与位移混合控制加载,对剪跨比为3的2根再生混凝土框架梁和2根普通混凝土框架梁进行低周反复荷载试验.结果再生混凝土框架梁与普通混凝土框架梁具有相近的承载性能,延性系数均大于4.0.当加密区箍筋间距为100 mm时,再生混凝土梁与普通混凝土梁的延性相近,但前者的极限位移角为后者的1.04倍;当箍筋间距为70 mm时,再生混凝土试件的延性低于普通混凝土试件4%,极限位移角低于普通混凝土试件9%.与箍筋间距为100 mm时的结果相比,箍筋间距为70 mm的再生混凝土试件的延性系数提高15%,极限位移角提高6%;普通混凝土试件的延性系数提高20%,极限位移角提高23%.结论再生混凝土框架梁的骨架曲线与普通混凝土框架梁类似,正截面受弯承载力可采用普通混凝土梁的计算方法,计算值与实测值吻合;再生混凝土框架梁与普通混凝土框架梁的抗震性能差异不大,可应用于工程中.     

滑移效应对组合梁弹性受弯承载力的影响分析

在钢与混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板之间由于剪力连接件产生变形,导致混凝土板和钢梁的变形不协调,从而产生相对滑移.滑移的产生将导致组合梁的刚度减小,挠度增大,降低弹性抗弯承载力,现有的换算截面法没有考虑这一不利影响.文中运用解析法对钢一混凝土组合梁在对称荷栽作用下的滑移公式进行了推导与试验验证.结果表明,公式的计算值与试验值吻合较好,同时研究了滑移效应对弹性受弯承载力的影响,研究表明,滑移效应时弹性受弯承载力有一定的影响.当组合特征值α≥0.003时就可以忽略其对弹性受弯承载力的影响.     

钢-混凝土预制板组合梁的组合性能

通过制作了12个推出试件,研究了栓钉连接件在不同工作环境下的抗剪承载力及其抗滑移性能;并对不同孔型、不同抗剪连接度的3根钢-混凝土预制板组合梁进行了静力性能试验,对比分析了钢-混凝土预制板组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度、荷载-组合梁全截面应变及截面整体工作性能.结果表明:预留后灌孔为方孔推出试件的栓钉承载力比圆孔好;孔内填充混凝土强度对栓钉承载力影响很大,孔内混凝土强度高则栓钉承载力好;3根试验梁的截面应变分布满足平截面假定的要求,且均为弯曲破坏形式;组合梁具有良好的组合效应及受弯性能,完全抗剪连接的组合梁与部分抗剪的承载力接近,但完全抗剪组合梁钢梁与混凝土板界面间得滑移值明显小于后者.本文结果将增进对钢-混凝土预制板组合梁的理解和认识,为今后改进该类型梁工程设计提供有价值的参考.     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。     

配筋率对GFRP板-混凝土组合梁受力性能的影响

为研究配筋率对FRP板-混凝土组合梁受力性能的影响规律,利用ABAQUS有限元软件建立4种不同配筋率情况下的碳纤维增强复合材料(GFRP)加固混凝土梁模型,通过组合梁的荷载-跨中挠度曲线和承载力两个方面验证了模型建立方法的合理性.研究结果表明,随着配筋率的增大,组合梁的极限承载力也增大,相同荷载下,配筋率大的梁变形较小,说明增大配筋率可以有效提高组合梁的极限承载力,同时减小梁的变形.但是在相同条件下增大混凝土强度等级,能使组合梁承受的极限承载力和变形更大一些.因此,说明组合梁的受力性能不仅会受配筋率的影响,还会受到混凝土强度的影响.     

受力筋搭接钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

为研究钢筋搭接接头对钢筋混凝土梁受弯性能的影响,验证现有钢筋搭接长度修正系数是否能满足《混凝土结构设计规范》（GB?50010—2010）的正常使用极限状态限值要求,以钢筋搭接长度和搭接百分率为变量,完成了16根两点集中荷载作用下受力钢筋搭接钢筋混凝土简支梁受弯性能试验. 对试件的裂缝发展、裂缝宽度、裂缝间距、破坏形态、受弯承载力和跨中挠度等进行了观测. 试验结果表明：搭接百分率及钢筋搭接长度对试验梁的承载能力及变形有较大影响,钢筋搭接长度较大的梁试件均能满足承载能力要求;在使用阶段荷载下,试验梁的跨中挠度均满足限值要求,但钢筋搭接长度较小的梁裂缝宽度不满足限值要求. 基于试验数据并考虑搭接百分率及钢筋搭接长度两个参数,给出了钢筋搭接梁最大裂缝宽度与钢筋无搭接梁最大裂缝宽度的关系,并提出了钢筋搭接长度修正系数的建议值,以此为基础对我国混凝土结构设计规范及美国ACI 318规范的合理性进行了探讨.     

钢框架内填再生混凝土墙结构等效模型分析

为得到钢框架内填再生混凝土墙结构的简化分析模型,对其在水平荷载作用下的受力性能进行分析,在明确内填墙板传力特点及裂缝分布的基础上,将钢框架内填再生混凝土墙结构等效为斜向板带模型,并采用有限元方法对整体模型及不同板带数量的斜向板带模型进行了分析。结果表明:有限元整体模型的初始刚度及极限承载力均略高于试验模型,峰值荷载之后承载力下降较小;当板带数=4~6时,斜向板带模型在加载后期承载力无下降;当板带数=7~9时,在加载后期承载力有大幅度下降,极限承载力均略高于试验模型,荷载位移曲线与试验曲线吻合较好;通过对不同高跨比、内填墙板厚度及混凝土强度的参数扩展分析,确定了钢框架内填再生混凝土墙结构斜向板带模型板带数的合理取值为≥7,且随着结构高跨比的减小、内填墙板厚度的增加和再生混凝土强度的提高而适当增加。