腹板嵌入式组合梁刚度与滑移

腹板嵌入式组合梁交界面上的滑移以及滑移对刚度影响与普通组合梁有很大不同,通过建立嵌入式组合梁的滑移微分方程推导出三种不同荷载状态下的滑移计算公式,进而通过曲率关系得出考虑滑移影响的挠度变形计算公式.在试验的基础上建立ANSYS有限元模型,通过试验结果与有限元结果对两点加载条件下理论公式进行验证.结果表明,建立的滑移与变形理论公式可以用来计算腹板嵌入式组合梁的变形性能;槽钉连接件的连接抗剪刚度相对较大,可不考虑滑移效应对挠度的影响.     

蜂窝梁弯扭屈曲分析及整体稳定性的计算方法

蜂窝梁是在工字钢或H型钢腹板上按一定的线形进行切割后变换位置重新焊接组合形成的新型钢梁,具有节省材料、便于铺设管道、平面内刚度增大、承载能力高等优点.由于蜂窝梁腹板开孔,与相同截面的实腹梁相比抗侧刚度被削弱,整体稳定性降低.文中以实腹梁临界弯矩计算公式为基础,考虑蜂窝梁的抗侧刚度、翘曲刚度和扭转刚度,给出蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩计算公式,采用ANSYS对纯弯状态下的蜂窝梁进行了弯扭屈曲分析,以蜂窝梁的孔高比和距高比为变量,给出了不同情况下蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩值,并与当量实腹梁临界弯矩公式计算结果进行对比,得出蜂窝梁临界弯矩与当量实腹梁临界弯矩之差随孔高比和距高比之间的变化关系,对蜂窝梁整体稳定性计算公式进行修正,最后提出了蜂窝梁整体稳定性的实用计算方法.     

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.     

箭型蜂窝夹层板力学性能及等效方法研究

针对箭型负泊松比蜂窝夹层板,给出了线弹性范围内蜂窝芯层的等效力学参数理论公式,并通过拉伸试验和有限元仿真验证了公式的准确性.分别选取三明治夹芯板理论、Reissner等刚度理论、Hoff等刚度理论对夹层板进行等效,建立等效后的有限元模型,完成静力分析和模态分析,与实体单元模型的计算结果进行对比.结果表明:在不同加载形式下,考虑了芯层剪切刚度和面板弯曲刚度的三明治夹芯板理论,等效精度最高,更适合用于箭型负泊松比蜂窝夹层板的简化分析.     

装配式组合梁剪力钉抗剪刚度研究

根据装配式钢-混凝土组合梁桥道板快速安装的工程需求,提出水平布置的装配式剪力钉。为了研究装配式剪力钉的抗剪刚度问题,进行推出试验。为选定合适的抗剪刚度公式,论述了国内、外常规剪力钉抗剪刚度计算方法的适用性和优缺点,并根据试验结果对现有抗剪刚度计算公式进行了分类。分析两类试件的抗剪刚度,发现:与常规剪力钉相比,装配式剪力钉的抗剪刚度均较大,正常使用极限状态下二者的抗剪刚度相差最明显。最后引入剪力钉抗剪刚度退化率的概念,用以分析组合构件在荷载作用下不同阶段的抗剪刚度变化特性。     

钢蜂窝梁-混凝土楼板组合梁抗火性能研究

目的研究钢蜂窝梁-混凝土板组合梁的抗火性能,分析不同参数对蜂窝组合梁临界温度的影响,为蜂窝式钢结构的抗火设计提供参考.方法分别对3根腹板为实腹、圆形开孔、正六边形开孔的蜂窝组合梁进行抗火试验;对比分析组合梁在火灾条件下的时间-位移曲线及临界温度;建立有限元计算模型,对火灾下的蜂窝组合梁进行数值模拟研究,对比不同开孔率、孔间距、腹板高厚比以及是否设置加劲肋等因素对蜂窝组合梁抗火性能的影响.结果加劲肋是影响蜂窝梁临界温度的重要参数;开孔率和孔间距对蜂窝梁的临界温度有一定影响;当腹板高厚比过大时,蜂窝梁很容易发生火灾下的腹板屈曲破坏,腹板高厚比越小,蜂窝梁临界温度越高.结论与开孔率和孔间距相比,加劲肋和腹板高厚比对蜂窝组合梁的临界温度影响更大,通过设置加劲肋及调整腹板高厚比,蜂窝组合梁的抗火性能可以得到有效改善.     

岩基扩展基础抗剪性能影响因素分析

通过有限元数值模拟,研究不同刚度比、跨高比情况下,岩基上扩展基础的剪力分布情况,发现基础截面剪力最大位置位于柱与基础交接处所在截面,且刚度比越大,基底反力分布呈现基础底部中心反力大基础边缘反力小的特点越加突出;跨高比越小,基底反力越向基底四周扩散。同时将不同情况下的剪力与规范法剪力计算结果进行对比分析,总结刚度比、跨高比对岩基上扩展基础抗剪性能的影响规律,并通过模拟结果推导了抗剪破坏值公式。     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

等效简支边界条件的整体梁立柱设计研究

本文利用NASTRAN敏度优化工具,研究了等效简支边界条件的整体梁立柱设计方法,给出了不同梁腹板尺寸下立柱尺寸。通过与组合梁立柱设计的经验公式比较,验证了组合梁立柱设计的刚度要求并不适用于等效简支边界条件的整体梁立柱。依据有限元模拟结果,总结了便于工程快速设计的公式,并通过与有限元结果比较,验证了该公式的与有限元结果具有较高的一致性。     

滚珠丝杠等效刚度解析表达研究

为了得到精准的滚珠丝杠等效抗拉及抗扭刚度的计算公式,对一种丝杠刚度的计算方法进行了研究.通过理论推导、数值仿真和基于修正的二维对数正态分布的密度函数拟合得到了考虑不同参数的滚珠丝杠的抗弯和抗拉刚度的解析表达式.对比公式计算结果和有限元仿真结果,可以发现本文的刚度表达公式具有更强的通用性和计算精度.     

外包钢—混凝土组合梁负弯矩区承载力数值分析

针对外包钢-混凝土组合梁负弯矩区抗弯承载力性能,利用ABAQUS6.12有限元软件对组合梁进行非线性有限元数值模拟.有限元结果与试验值对比结果吻合较好.利用该模型,分析外包钢-混凝土组合梁负弯矩变形机理,探讨了混凝土强度等级、抗剪连接件间距、钢材屈服强度等因素对组合梁负弯矩区承载力的影响,为工程设计提供依据.     

岩基扩展基础抗剪性能的影响因素与规范对比分析

通过有限元数值模拟,研究不同刚度比、跨高比情况下,岩基上扩展基础的剪力分布情况。发现基础截面剪力最大位置位于柱与基础交接处所在截面,且刚度比越大,基底反力分布呈现基础底部中心反力大、基础边缘反力小的特点越加突出;跨高比越小,基底反力越向基底四周扩散。同时将不同情况下的剪力与规范法剪力计算结果进行对比分析,总结刚度比、跨高比对岩基上扩展基础抗剪性能的影响规律;并通过模拟结果推导了抗剪破坏值公式。     

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合梁,以板宽、槽钢型号、抗剪连接件间距为试验参数,对7根组合梁进行静载试验,分析该组合梁剪切应变分布规律。使用有限元软件建立数值分析模型,预测组合梁力学性能和破坏模式,在此基础上,对组合梁的剪跨比、材料强度、钢梁腹板高度和厚度、混凝土板宽度和厚度进行参数化分析。基于叠加原理,提出考虑混凝土板抗剪和剪跨比对抗剪贡献的影响的双拼槽钢-混凝土组合梁极限抗剪承载力公式,并对比规范中公式和其他学者建议的计算公式。研究结果表明：该组合梁剪切破坏、弯剪破坏与弯曲破坏的界限剪跨比λ分别为0.5和2.5;当剪跨比λ=0.1～4.7时,混凝土板抗剪承担比例为4%～43%,随剪跨比减小而增大;本文提出的公式计算精度高,适用性好。     

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.     

变截面变轴力悬臂柱稳定性计算方法

介绍了等效刚度和等效负刚度的概念,通过等效刚度法和等效负刚度法建立了变截面变轴力悬臂柱与等截面柱顶力悬臂柱的等效关系,对变截面变轴力稳定性问题进行解答并给出了计算公式.通过ABAQUS有限元软件对公式计算结果进行验证,结果表明:公式计算结果相对有限元法求解结果略偏小,但其相对误差在0.6%～6.5%范围内且该公式具有一定的精度,可供计算变截面变轴力稳定问题.     

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.     

考虑楼层刚度的伸臂结构力学性能

针对带伸臂框架-核心筒的结构方案设计提出了一种考虑普通楼层刚度的简化计算方法,并将此方法与有限元模型计算结果进行对比 . 在此基础上对楼层数量、楼层刚度比、伸臂刚度比、伸臂跨度比及高跨比等参数影响规律进行分析,提出了考虑普通楼层刚度的等效核心筒刚度比计算公式,并分析对比了其对伸臂结构动力性能影响规律. 结果表明：简化计算方法与有限元模型计算结果吻合较好,相对未考虑普通楼层刚度情况误差率减小 20%;提出的等效核心筒刚度比公式能较好地估计普通楼层对整体刚度的贡献,能满足工程方案设计精度要求,且拟合的等效核心筒刚度比计算公式能简化结构动力分析,近似估计伸臂结构动力特性,为带伸臂框架-核心筒的结构动力分析提供简单的实用分析方法和理论依据.     

水平荷载作用下RC剪力墙有效刚度研究

采用MSC.Marc建立了钢筋混凝土剪力墙的精细有限元分析模型,并采用试验数据对分析模型进行验证.在此基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了剪跨比、轴压比、纵筋强度、约束构件的配筋率、混凝土强度等5个参数对水平荷载作用下剪力墙有效刚度折减系数的影响.分析结果表明,相对于其他参数,轴压比是影响剪力墙有效刚度的主要因素.基于参数分析结果提出了一个计算剪力墙有效刚度的简化公式,简化公式计算结果与试验结果吻合良好,表明简化计算公式合理可靠,可供工程设计参考.     

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验研究

采用高强螺栓剪力键连接的钢-预制UHPC组合梁具有性能优越、施工方便、构件拆除更换快捷等优点。目前缺乏关于UHPC中高强螺栓剪力键抗剪性能的相关研究,限制了该类组合梁的工程应用。基于此,试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响。试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式,剪切面下方发生局部混凝土受压剥落,而预制UHPC板外表面仅在预制槽周边观察到细微裂缝。随着螺栓直径从16 mm增大至27 mm,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了210%、128%和124%;当螺栓等级从4.6级提高到12.9级时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了124%、77%和92%;随着螺栓预紧力等级从0.2增大到1.0时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力和延性变化不明显,但初始抗剪刚度提高了80%;相比于相同直径的传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求。结合试验结果,分析现行国内外规范对钢-混凝土组合梁中剪力键抗剪承载力计算公式的适用性,并在此基础上提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力。此外,研究提出适用于预测钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键荷载-滑移关系的计算模型,模型预测结果与试验结果的相关系数处于0.98到0.99之间。     

考虑胶层的蜂窝夹层复合材料动态特性

提出了一种蜂窝夹层复合材料等效模拟方法.将面板与胶层等效为层合材料,并推导了其等效弹性参数.根据等效板理论、三明治夹芯板理论及所提出的方法分别建立自由-自由状态的铝蜂窝夹层复合材料有限元模型.将3种等效方法的数值计算结果与试验模态参数进行对比,结果表明,所提出等效方法的最大误差不超过5%,平均误差降低到2.03%,表明考虑胶层的影响,模态参数计算结果更为精确.通过控制变量法和相对灵敏度分析表明,胶层是影响复合材料动力学性能的关键因素之一,在面板与蜂窝胞壁连接良好的前提下,减小胶层的厚度或增加胶层材料的弹性模量能够有效提升材料的整体动态性能.