重组竹-钢填板螺栓节点承载力试验研究

通过不同侧材厚度、不同螺栓端距的重组竹-钢填板螺栓节点受拉试验,研究单向顺纹受拉时节点的受力性能、破坏模式及破坏机制,分析螺栓端距、侧材厚度等参数变化对节点力学性能的影响。结果表明:随着侧材厚度的增大,节点破坏模式由单纯的销槽承压破坏演变为同时发生螺栓受弯屈服和销槽承压破坏,节点承载力、延性系数均随之增大;节点承载力亦随螺栓端距加大而增大,但螺栓端距达到7d(d为螺栓直径)时,增加端距对节点承载力影响可忽略。将试验结果与《木结构设计规范》、《木结构设计手册》和美国木结构规范ANSI/AFPA NDS—2012承载力计算结果对比得知:《木结构设计手册》推荐的计算公式可以用于重组竹-钢填板螺栓连接承载力计算;其余两规范推荐的计算公式偏于保守,计算误差可达200%以上。     

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.     

大跨重载钢结构梁柱销轴节点承载性能试验研究

某多层工业厂房为钢框架结构,二层大跨度楼面钢桁架与钢柱连接采用销轴节点.钢桁架上下弦杆及腹杆均采用H型钢截面,弦杆及腹杆通过特定构造形式的节点域采用销轴与柱伸出的耳板连接.为满足工程设计要求,需要确定其承载性能.根据设计要求和有限元分析结果,对该连接节点设计了4组试件进行试验研究,结果表明销轴节点在设计荷载下处于弹性阶段,破坏阶段仍具有良好的延性,承载性能满足设计要求,可为类似工程参考.     

三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱受压性能试验研究与数值分析

对12根三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱分别进行了轴压、偏压试验和数值模拟分析.通过试验研究,得到了各试件的荷载-位移、荷载-应变曲线以及最大承载力,并分析了屈曲模式和破坏特征.采用有限元软件ABAQUS分析了双腔箱形柱的长细比变化、截面腹板的高厚比变化、荷载偏心方向和偏心距参数对拼合双腔箱形柱受压性能的影响.结果表明,LT-A(长柱)和MT-A(中长柱)组试件的最终破坏模式为整体弯曲屈曲破坏,个别MT-A组试件破坏位置发生在柱端,其余均在柱中.试件的轴压最大承载力均随试件长细比的增大而逐渐减小.试件轴压最大承载力随截面腹板高厚比的减小而增大;偏压试件的最大承载力随着偏心距的增加而降低.     

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。     

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.     

Q420高强钢角焊缝承载力特性试验及模拟分析

角焊缝是钢结构及钢管法兰连接的重要连接形式,直接影响法兰安全性。为了研究角焊缝在无劲法兰中受力状态及承载力特性,开展了双盖板正面角焊缝拉伸试验,测定角焊缝的变形特性及不同部位应变的发展规律,分析轴拉受力过程中角焊缝的应力-应变关系,计算确定角焊缝的屈服强度、极限强度和弹性模量。不同规格板厚正面角焊试件的屈服强度与其设计强度比值为1.9,极限强度与其设计强度比值为3.0,角焊缝的弹性模量与钢材基本相同。开展角焊缝试件的非线性有限元模拟,角焊缝荷载-位移曲线分析结果与试验结果吻合较好,且破坏形态与试验一致。研究表明我国《钢结构设计规范》中角焊缝的设计规定是偏于安全的。     

薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.     

胶合木端板连接节点低周反复试验与承载力

提出一种适用于胶合木节点的内嵌钢板-端板连接形式.对2个具有不同厚度端板的新型节点及1个常用的内嵌钢板螺栓连接节点进行了低周反复加载试验.结果表明:新型节点的延性以及耗能能力有较大提高,端板厚度是影响新型节点性能的重要因素.对新型节点的屈服荷载,根据虚功原理推导了其计算公式;对新型节点的极限承载力,分析比较了其破坏模式和各模式的承载力计算公式.计算结果与试验结果符合较好.基于上述研究,提出了端板厚度的选取建议.     

新型装配式蜂窝板空腹屋盖结构的承载力试验研究

为了全面评估由高性能金属蜂窝板以特定方式连接而成的新型装配式空间结构的拼接效果,研究该空腹屋盖结构的力学性能、破坏机理和极限承载力,设计制作了2个平面尺寸为1 m×3 m、结构高度为300 mm的空腹箱型足尺试件,进行极限承载力的理论分析及试验研究.结果表明,该结构具有较高的承载能力,体现了轻质高强的结构特性,其破坏形态主要表现为蜂窝板的面内压屈破坏,但若连接强度不足,将发生连接件先于蜂窝板压屈的不利破坏模式.不同模拟方法下箱型试件的对比分析结果表明,采用有限元耦合法模拟连接件的工作状态是简便可行的,为今后该类新型结构的分析设计提供了参考依据.     

型钢混凝土板柱节点抗冲切性能试验研究

为研究型钢混凝土板柱节点的抗冲切性能,考虑型钢布钢形式、板纵筋配筋率、混凝土强度、板厚及型钢含钢率等参数变化,设计制作了12个1/5缩尺试件.通过竖向单调加载试验,研究试件的破坏过程及破坏模式,分析荷载-挠度曲线、极限抗冲切承载力、延性系数及耗能能力.结果表明,型钢混凝土板柱节点具有明显的延性破坏特征,其极限抗冲切承载力、延性性能及耗能能力普遍优于钢筋混凝土试件.并且随着型钢布置数量、板纵筋配钢率、混凝土强度、板厚及型钢含钢率的增加,节点的抗冲切承载力均能得到一定程度的提升.此外,借鉴现有规范推导出了型钢混凝土板柱节点的极限抗冲切承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好.     

CFRP板加固钢梁界面应力的理论与试验研究

在碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁中,CFRP板端部的应力集中往往会导致板的剥离破坏.文中首先对CFRP板加固钢梁的界面应力进行了研究,推导了外荷载作用下CFRP板加固钢梁的界面应力计算公式;然后,通过改变CFRP板的长度、厚度以及加载方式,探讨了静载作用下8个试件的承载力及刚度变化.理论分析及试验结果表明:(1)试件的主要破坏模式是CFRP板的剥离破坏;(2)增加板长能减小加固梁的界面应力集中,但不能提高梁的截面承载力和刚度;增加板厚虽然增加了界面应力集中,却能进一步提高梁的截面承载力和刚度;(3)由界面应力的理论计算公式求出的各个试件发生剥离破坏时的最大界面应力基本一致.     

不锈钢螺栓连接节点抗剪性能试验

目的研究端距、边距及板厚等因素对不锈钢螺栓连接节点抗剪承载力的影响,为后续提出不锈钢螺栓连接承载力设计方法提供试验依据.方法设计10个不锈钢螺栓盖板连接节点试件进行拉伸试验,考虑端距、边距、螺栓中距和板厚等参数,通过粘贴的应变片数值变化快慢及总应变大小来判断螺栓连接节点的破坏模式.结果在其他因素不变情况下,端距小于2 d时易发生冲切破坏,边距小于1.5 d时易发生净截面破坏,螺栓中距小于3 d时两螺栓之间板件易发生冲切破坏或承压破坏;且当板厚小于4 mm时,盖板平面外易发生翘曲.结论满足螺栓中距应不小于3 d、端距不小于2 d和边距不小于1.5 d的构造才是经济安全的;建议板厚大于4 mm为厚板,小于4 mm为薄板,薄板易发生翘曲,且端距越大越容易发生;当发生翘曲时,翘曲部位受力由受压变为受拉,会导致连接节点承压强度发生折减.     

柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

侧压竹集成材弦向偏压试验研究

为了研究侧压竹集成材弦向偏压的力学性能,考虑偏心距的变化,设计18个长细比为36、截面为77mm×77mm、弦向偏压的竹集成材柱试件,进行试验研究与分析.结果表明:弦向偏压竹集成材柱的竹片接长部位或竹节部位为受拉区域的薄弱部位,其位置决定了偏压柱的破坏形式.随着偏心率的增大,C面的纵向和横向极限应变绝对值呈上升趋势,而A面及两侧面B面和D面的纵向和横向极限应变绝对值呈下降趋势.对于纵向极限应变,偏心距较小试件的试验结果离散性较大;对于横向极限应变,所有试件试验结果的离散性均较大.偏心距较小时,试件的极限承载力下降较快且离散性较大;偏心距较大时,极限承载力下降较慢.弦向偏压柱试件跨中截面平均应变基本上呈现线性分布,符合平截面假定.给出了弦向偏压竹集成材柱承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合良好.     

内嵌多块钢板销式木连接力学性能研究

采用单调加载方法对11个内嵌钢板单销木连接试件进行顺纹受压试验,研究内嵌钢板销式连接的力学性能和破坏模式以及钢板数目、钢板间木材厚度与钢板外边缘木材厚度之比和钢销直径对承载力的影响.试验结果表明,在钢销直径相同的条件下,连接节点的承载力随钢板数目和钢板间木材厚度与钢板外边缘木材厚度比值的增加而增大.基于欧洲屈服理论并根据叠加原理推导了内嵌多块钢板单销连接节点顺纹受压承载力计算公式,理论计算结果与试验数据符合较好.     

新型板桁架组合梁承载力分析

为研究新型板桁架组合梁的承载力与挠度设计方法,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限承载力计算公式。利用有限元软件对混凝土强度、混凝土板厚度、混凝土板宽、压成型钢板厚度、下弦杆截面积、梁高等设计参数进行研究,验证了承载力公式的适用性,并讨论不同参数对于极限承载力的影响。将板桁架组合梁挠度等效为空腹虚拟梁的弯剪变形挠度和虚拟桁架梁剪切变形挠度,在虚功原理基础上推导出挠度计算公式,并利用有限元方法与挠度计算公式进行对比分析,结果表明：极限承载力计算公式、挠度公式与有限元实测值拟合程度良好,验证了公式的准确性与适用性;混凝土板宽度、混凝土强度、梁高、下弦杆截面积、混凝土板厚度对极限承载力影响较大,各参数增加一倍,板桁架组合梁极限承载力分别提高28%、32.7%、35%、41.4%、47.6%;压成型钢板厚度对极限承载力影响几乎忽略不计。     

平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震试验研究

为研究耗能梁段长度和柱轴压对平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行4个偏心支撑半刚接钢框架的低周反复荷载试验,并从滞回曲线、承载力、延性、耗能及螺栓应变等方面分析了试件的抗震性能.试验结果表明:平齐端板连接偏心支撑钢框架破坏模式为耗能梁段端板焊缝或腹板断裂,其余构件均未出现明显屈曲变形和裂纹,易于震后修复和更换耗能梁段.耗能梁段长度是偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的重要影响因素之一,随耗能梁段长度比的增大,极限承载力及累计耗能均呈下降趋势,短耗能梁段试件的承载力高于长耗能梁段试件的,由于构件之间的滑移,平齐端板连接偏心支撑钢框架结构滞回曲线呈现不同程度的捏缩现象,且随着耗能梁段长度增加,捏缩现象愈加明显.     

单边螺栓连接圆中空夹层钢管混凝土柱 节点拟静力试验研究

为了获悉中空夹层钢管混凝土柱节点在地震作用下的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点的拟静力试验,分析了端板形式和柱截面空心率对此类节点性能和破坏模式的影响;详细观察了节点在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类节点的滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:此类端板连接节点具有典型的半刚性特征,连接可靠,耗能效果良好;在相同空心率条件下,外伸端板连接节点的极限承载力、耗能能力要高于平齐端板连接节点;在相同端板形式条件下,节点的极限承载力和耗能能力随着柱截面空心率的增大而减小。研究成果可为我国半刚性中空夹层钢管混凝土结构的设计与应用提供科学依据。     

中空夹层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓连接节点抗震试验研究

为了深入研究装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个中柱节点的水平低周反复加载试验。试件由圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边紧固高强螺栓和平齐或外伸端板连接组成。文中详细研究了试件破坏形式和组合楼板的裂缝分布规律,分析了滞回曲线、强度和刚度退化规律及耗能能力等,采用欧洲相关规范评价了此类装配式组合框架节点的刚性。试验结果表明,端板形式和柱截面空心率对此类装配式组合框架节点的承载力和耗能能力有明显影响。当端板形式相同时,柱截面空心率为0.61的节点承载力和总耗能比柱截面空心率为0.73的节点有明显提高;当柱截面空心率相同时,外伸端板连接节点的承载力和总耗能优于平齐端板连接节点。分析表明,装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点为半刚性连接、部分强度节点。研究成果可为此类新型装配式组合框架在实际工程中应用提供科学理论依据。