铝-木组合梁受弯性能研究

提出一种以T型带肋定向结构刨花板(oriented strand board,OSB)为骨架,梁腹板下表面与铝板通过螺钉连接组成的铝-OSB板T形截面带肋组合梁(简称为铝-OSB板组合梁)。以组合梁的腹板高度和铝板厚度为参数,设计了4根铝-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对各个试件进行抗弯性能的试验,观察在各级荷载作用下试件的破坏过程和破坏形态、OSB板和铝板的应变变化以及组合梁跨中挠度的变化规律。建立ABAQUS有限元模型,对比有限元模拟与试验的结果,并且分析不同螺钉间距对组合梁受弯性能的影响。试验结果表明:在达到极限承载力时,各组合梁的铝板均达到屈服应变;组合梁中OSB板和铝板能够同时参与工作,整体工作性能好,组合效应显著;提高组合梁的腹板高度和铝板厚度可以不同程度地提高组合梁的受弯承载力,且腹板高度对组合梁的受弯性能影响远大于铝板厚度对其的影响;有限元分析结果与试验结果吻合良好;基于有限元模拟的分析表明,随着螺钉间距的减小,组合梁的承载力会有所提高。     

T型件连接梁柱节点冲击试验研究和数值分析

设计采用了T型件连接的2个半刚性钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察T型件翼缘和腹板的厚度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响.通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力.试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是节点核心区域的T型件的翼缘或腹板断裂破坏和受弯变形,以及钢梁腹板扭曲变形;2个半刚性连接的节点试件的抗冲击转动能力主要受制于T型件部位,且由于T型件构件承载力不足,其最大转角均未到达FEMA350标准倒塌控制转角限值(θ=0.109 rad)要求;T型件连接的半刚性节点相对普通全焊接的刚接节点的耗能能力和延性均有降低.采用ABAQUS软件建立了T型件连接梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析T型件连接梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,设计采用部分强度半刚性连接的T型件连接节点设计不利于构件向悬链线效应转换.     

冷弯薄壁矩形管板组相关屈曲压弯承载力研究

冷弯薄壁矩形钢管柱易发生局部屈曲破坏.为了研究冷弯薄壁矩形钢管柱的压弯承载性能,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管柱非线性有限元模型.采用上述模型对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的884个受常轴压力、变水平力作用的矩形钢管柱进行参数分析,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式和抗弯承载力.结果表明:冷弯薄壁矩形钢管柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式,比如:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲.结合极限状态的应力分布特征,基于有效塑性宽度法提出了考虑板组相关屈曲的冷弯薄壁矩形钢管柱的极限抗弯承载力计算公式,其预测值与有限元模拟结果吻合良好.     

双腹板工字型GFRP腰梁机械连接力学性能试验研究

为深入研究双腹板工字型GFRP腰梁机械连接节点的力学性能,基于无连接和有机械连接2种类型GFRP腰梁的静载试验,分析双腹板工字型GFRP腰梁在三分点对称加荷下的受力特征,明确2种类型腰梁的极限状态和破坏形式。结果表明,GFRP腰梁采用双腹板工字型截面型式,截面的最大应力为183 MPa,是GFRP腰梁纵向抗拉强度的62%,纵向抗压强度的73%(容许压缩承载力的205%),可以使GFRP材料强度得到充分发挥,腰梁稳定性能良好;GFRP腰梁容易出现局部破坏,首先在翼缘板处发生局部失稳,随即引起腹板产生屈曲破坏,翼缘和腹板连接处出现面层剥离和鼓起,腰梁连接处增设的缀板和螺栓可有效的抑制该局部破坏变形;采用螺栓机械连接并在连接处增设同材质缀板,可降低螺栓钻孔对梁体本身截面的削弱作用,使GFRP腰梁的刚度和极限承载能力分别提高17.9%和44.9%,是GFRP腰梁的合理连接方式。研究成果可为GFRP腰梁的推广应用提供参考和借鉴。     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

竹木组合工字梁的静载试验研究

以竹集成材为翼缘、欧松板为腹板设计竹木组合工字梁,对10根不同结构的工字形截面竹木组合梁进行了4点弯曲静载试验。研究剪跨比及加劲肋等参数对组合梁破坏形态、强度和延性等影响。结果表明:腹板和翼缘具有很好的协同效果,组合梁的破坏始于侧向失稳,主要破坏形态表现为翼缘内欧松板层裂及腹板被剪坏。组合梁的极限承载力随着剪跨比的增大呈下降趋势; 竹加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度最大为15.7%,对极限位移最大增加幅度约为10.13%。     

腹板开洞连续组合梁受力性能 试验研究与有限元分析

为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对6根组合梁试件进行了试验研究与有限元分析,其中5根为腹板开洞梁,1根为腹板无洞梁。研究内容为组合梁极限承载力、混凝土板和钢梁受力全过程的截面剪力分布规律。结果表明:与腹板无洞组合梁相比,腹板开洞使组合梁的极限承载力得到明显削弱;洞口范围内混凝土板截面承担的剪力随着荷载的增加而不断增大;而在无洞梁段,钢梁承担的剪力比混凝土板承担的剪力要大,说明现行《钢结构设计规范》有关组合梁抗剪计算的相关条文已不适应于腹板开洞组合梁。     

负弯矩下钢-混凝土蜂窝组合梁力学性能研究

目的研究负弯矩及弯剪作用下钢-混凝土蜂窝组合梁的破坏形态,分析不同参数对蜂窝组合梁力学性能的影响.方法在集中荷载作用下对一根蜂窝组合梁和一根蜂窝梁进行静力试验,研究在负弯矩和剪力共同作用下,钢-混凝土蜂窝组合梁的受力状态和破坏模态.以蜂窝组合梁静力性能试验为基础,建立有限元模型,将模拟结果与试验结果对比以验证模型合理性,进而研究腹板高厚比、翼缘宽厚比以及是否设置混凝土板等影响因素对蜂窝组合梁受力性能的影响.结果设置混凝土板,对于蜂窝组合梁负弯矩下的承载力有相应的提高,混凝土板对承载力的贡献为7%左右;在混凝土板受拉情况下,减小腹板高厚比和翼缘宽厚比对蜂窝组合梁的承载力均有提高,增大钢筋纵向配筋率可以提高蜂窝组合梁的开裂荷载.结论腹板高厚比、翼缘宽厚比以及混凝土板纵向配筋率对蜂窝组合梁力学性能均有明显影响,设置混凝土板可以小幅提高组合梁承载力.     

内衬混凝土波折钢腹板梁抗弯性能试验研究

提出了波折腹板内衬混凝土改善连续梁负弯矩区的结构力学性能.通过两点对称加载试验研究了波折腹板内衬混凝土组合梁的弯曲性能.试验表明:与钢波折腹板梁相比,内衬混凝土可限制波折腹板梁受压翼缘的屈曲,提高组合梁的弯曲强度与延性.依据试验弯曲破坏模式与应力分布,提出了弯曲强度的计算方法,理论与试验结果相比吻合较好.试验结果与理论计算方法可为波折腹板内衬混凝土结构的设计提供参考.     

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.     

腹板嵌入式组合梁抗剪性能试验

通过6个嵌入式组合梁抗剪试件的试验,观测组合梁受剪破坏过程,研究腹板嵌入式组合梁竖向抗剪承载力的各影响因素.试验表明,嵌入式组合梁的抗剪承载力和钢梁腹板截面、混凝土翼板截面、混凝土强度等级、混凝土翼板剪跨比有关.基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出混凝土翼板的抗剪承载力的计算公式.考虑到弯剪相互作用,提出了嵌入式组合梁受剪承载力简化计算方法;分析了钢板连接件在嵌入式组合梁受剪时的实际受力.结果表明.钢板连接件具有较高的承载力,易于在组合梁中实现完全抗剪连接.     

冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁抗弯性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁的抗弯性能,对3个不同抗剪构造的组合梁进行了单调静载试验,考察了组合梁的破坏形式、承载能力等.组合梁的破坏特征为托梁腹板剪切破坏并出现扭转,托梁上翼缘屈服、部分抗剪螺钉拔起、混凝土出现贯通裂缝继而组合梁发生整体破坏.试验结果表明：设置抗剪件对组合梁极限承载力无显著影响但可提高组合梁抗弯刚度.建立ANSYS有限元模型进行数值模拟,并对验证后的有限元模型进行变参数分析,研究结果表明：减小螺钉间距、提高钢材强度、增加托梁腹板高度、增加混凝土厚度均会提高组合梁承载力.最后,基于考虑托梁腹板高度、螺钉间距等影响因素修正系数η,提出了组合梁抗弯极限承载力公式,并与试验结果、有限元结果对比,验证了公式的正确性.     

不同剪力连接程度预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究

探究剪力连接程度对预应力钢—混凝土组合梁中混凝土和钢梁的界面的剪切滑移、截面刚度、挠度变形、极限强度等受力性能的影响 .试验选用栓钉剪力连接件 ,设计 3根不同剪力连接程度的预应力组合连续梁 ,采用跨中加载集中力 ,探究预应力组合梁静载受力全过程受力特性 .     

半连续组合梁的抗弯和转动性能

为研究半连续组合梁结构的力学性能,进行了两榀足尺半刚性连接组合框架试验,分析了梁端节点弯矩承载力和极限转角,组合梁的曲率、挠度和正负弯矩区截面弯矩承载力。通过试验结果与理论、规范比较,考察了不同荷载水平作用下半刚性连接对组合梁性能的影响。研究表明:半连续组合梁比简支或连续组合梁要经济合理;梁端半刚性连接对组合梁承载力和挠度有较大影响,在组合梁设计时须考虑端部节点特性;钢梁下翼缘屈服对组合梁挠度计算有一定影响。     

钢-混凝土连续组合梁纵向开裂问题的验算

试验表明,以单排栓钉连接的钢-混凝土组合梁在竖向荷载的作用下混凝土翼板易发生沿梁长方向的纵向开裂．根据8根连续组合梁的试验研究结果及有关资料,分析了组合梁混凝土板纵向开裂的原因及影响因素,分别按照以混凝土板中栓钉剪力和混凝土横向应力的关系建立的计算模型以及混凝土板的受剪计算模型两种方法对连续组合梁的开裂荷载计算公式进行了推导,并分别和实测结果进行比较,进而给出了连续组合梁混凝土板纵向开裂的验算公式．     

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.     

部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能分析

针对部分充填砼钢箱连续组合梁裂缝控制问题,开展超高性能混凝土(UHPC)翼板-部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能研究,探讨该组合梁裂缝控制的新途径.通过3根部分充填砼钢箱连续组合梁试验,得到挠度、滑移和裂缝的开展特征.基于ABAQUS软件建立部分充填砼钢箱连续组合梁有限元分析模型,分析UHPC翼板部分充填砼钢箱连续组合梁关键参数对受力性能的影响.结果表明:负弯矩区采用UHPC翼板能显著提高组合梁抗裂性能;当负弯矩区UHPC翼板长为0.3倍跨径、厚度为1/3翼板总厚时,能满足裂缝控制要求且经济合理;与普通混凝土相比,高应变强化UHPC初裂荷载提升2.3倍,可视开裂荷载提升7.6倍.