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。     

玻璃纤维增强复合材料输电塔节点承载力试验研究及有限元分析

为了推广玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在输电线路中的应用,对GFRP进行了材料力学性能试验,获得了基本力学性能参数;进行了6个足尺寸GFRP节点试验,获得了节点构件的受力性能及破坏模式;对试验模型进行了有限元分析,数值结果与试验结果吻合较好。试验与数值分析结果表明:GFRP具有很高的拉伸强度,并且顺纤维方向的拉伸强度远远大于垂直纤维方向的拉伸强度;GFRP节点承载力高,可满足输电塔的安全要求,为方便GFRP节点设计,建议取主材轴向应变5×10-3作为此种GFRP节点极限承载力临界值;节点的薄弱部位位于钢套管与复合材料管的连接处,节点连接方式是影响节点极限承载力的主要因素。     

短槽式石材幕墙面板GFRP加固的整体性

为研究短槽式石材幕墙面板防高空坠落的措施,对42块短槽式石材幕墙面板的整体性进行了破坏性试验.短槽连接节点采用设计的金属件进行加固,面板背面用玻璃纤维布(GFRP)进行不同粘贴方式的加固.试验的破坏结果验证了石材面板短槽连接节点加固的效果,得到了不同GFRP粘贴形式下面板的破坏形态和承载力变化.研究结果表明:所设计的金属件能有效改善石材面板连接节点局部破坏的特征,相对于未使用金属件加固的石材面板,迎风面承载力提高1.08倍,背风面承载力可提高44%;石材面板背面粘贴不同形式GFRP的方法能保证石材面板破坏后的整体性,防止高空坠落,迎风面的承载力提高1.96～2.59倍.     

玻璃纤维复合套管拉压连接性能研究

玻璃纤维复合材料(简称GFRP材料)凭借质量轻、强度高以及耐腐蚀等优势,在工程中得到越来越广泛的应用。其连接性能是结构设计的重要一环,实际工程中常采用钢套管连接形式。对于Φ200×10规格钢套管的连接性能进行研究,为了避免"尺寸效应"的影响,试件均为足尺模型。通过试验装置,对其轴心抗压与抗拉性能进行研究,得到了GFRP复合钢套管的荷载-位移曲线和应变分布规律,分析了其极限承载力、变形能力和破坏形式的影响因素。     

带初始缺陷的拉挤型GFRP管轴压性能试验研究

通过对7个管端有竖向裂缝的拉挤型GFRP管进行轴压试验,研究了管端竖向裂缝型初始缺陷的位置及长度对拉挤型GFRP管的轴压性能影响,得到了极限承载力,荷载—位移曲线和应力—应变曲线,并分析了管端裂缝长度和位置对拉挤型GFRP管极限承载力,位移及初始刚度的影响。试验结果表明:管端竖向裂缝型初始缺陷对GFRP管的破坏模式和破坏现象没有明显的影响,主要表现为脆性破坏,且初始缺陷处无明显破坏;初始缺陷的影响主要在荷载作用前期,且对试件初始刚度影响较小;裂缝在中间位置处对试件的极限承载力的影响比裂缝在管端角部试件的极限承载力的影响大。     

木结构钢填板预应力套管螺栓连接试验

针对木结构螺栓连接初始刚度低的问题,提出了一种新的连接形式——钢填板预应力套管螺栓连接.在这种连接形式中,张拉后的螺杆使放置于木孔内且紧贴木孔壁的套管顶紧钢填板;在节点受力初期,主要利用钢填板与套管间的摩擦力抵抗钢填板相对于木槽的滑移.为研究连接性能,对单个新连接节点以及普通螺栓连接节点进行了抗拉试验,试验结果表明,新连接节点具有较好的承载力和刚度;在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.另外,考虑到《木结构设计规范》GB5005-2003对销轴类连接节点顺纹端距的严格要求,又对一组端距小于规范要求的单个新连接节点进行了顺纹抗拉试验,试验结果表明,小端距的新连接节点承载力和刚度仍优于普通螺栓连接节点;同样,在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.     

GFRP筋抗压力学性能试验研究

设计了GFRP筋抗压试验方案,通过试验研究了不同柔度GFRP筋的抗压力学性能.结果表明:GFRP筋的抗压破坏可以划分为3种,即强度破坏、非弹性失稳破坏和弹性失稳破坏;GFRP筋极限抗压强度小于极限抗拉强度,约为极限抗拉强度的55%;GFRP筋抗压弹性模量比抗拉弹性模量大.在进行GFRP筋抗压力学性能试验时,为防止局部破坏,试件端部应有良好的约束;为确定极限抗压强度设计曲线,应进行试件柔度对临界应力的影响试验.     

GFRP型材-木组合梁受弯性能试验研究

针对目前玻璃纤维增强塑料（glass fiber reinforced polymer，简称GFRP）-木组合梁组合形式单一、材料利用不充分等问题，提出了板型GFRP-木组合梁、槽型GFRP-木组合梁和倒T型GFRP-木组合梁3种组合形式，以GFRP生产工艺、组合截面形式为参数变量，设计制作了6组受弯试验梁并进行了试验。结果表明，GFRP-木组合梁按破坏现象可分为受拉区GFRP和木材被拉断、受压区木材褶皱失稳、组合梁纵向剪切破坏3种；GFRP-木组合梁较基准木梁和基准GFRP梁极限承载力平均提高了67.04%和26.43%，组合效应显著，其中以槽型GFRP-木组合梁的组合效果最优，但处于梁腹部的缺陷对组合梁刚度和强度的削弱不可忽略。研究结果丰富了GFRP-木组合梁的截面形式及制作方式，提升了组合梁的组合效果，可为同类型的工程应用提供参考。     

新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点抗震性能的有限元分析

为研究新型钢板组合PEC柱-钢梁节点连接的抗震性能,以采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点试验试件为研究对象,考虑轴压力、PEC柱截面形式与钢板组合截面布置方式等设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立4个中节点有限元模型并对其滞回性能进行模拟.研究结果显示:柱轴压力提高了节点连接的初始抗弯刚度,而二阶效应降低了其抗弯能力;采取钢结构翼缘卷边增强了混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;钢板组合截面布置是决定梁柱连接刚度合理匹配的关键;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效,且较好地实现了混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均因T形件的加强使得梁上塑性铰出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时节点转角均超过0.02弧度,表明该节点连接能较好地满足抗震对节点转动能力的需求.     

玻璃纤维布加固木柱抗压性能试验

通过对12根圆形截面木柱的轴心抗压试验,研究木柱的抗压极限承载力、破坏形态和荷载关系,并分析玻璃纤维布(GFRP)加固设置形式、用量对提高木柱的轴心抗压承载力的影响.试验结果表明:设置横向加固可以约束柱身的纵向开裂,同时进行纵向加固设置可以约束木柱的偏压失稳;在不同方式的GFRP粘贴加固下,木柱的抗压极限承载力得到了明显的提高,提高幅度介于21%～83%之间;采用GFRP包裹加固,能有效约束木柱的横向变形,显著提高木柱的延性.     

铝合金箱形-工字形盘式节点整体变形性能试验研究

铝合金网壳结构在大跨空间结构中具有广泛的应用前景.南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用了铝合金网壳结构,其节点包含两种截面杆件,均使用不锈钢环槽铆钉与节点盘进行紧固连接,形成了特殊形式的箱形-工字形盘式节点.为研究铝合金箱形-工字形盘式节点在面外弯矩作用下的传力机理、变形性能、节点刚度、破坏模式和极限承载力,开展了箱形-工字形盘式节点整体试件的静力加载试验,使用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行了数值模拟,并将试验结果与相同截面铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点的试验结果进行对比分析.试验结果表明:南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用的铝合金箱形-工字形盘式节点为半刚性节点,节点刚度较大,整体延性相对较小;在较大面外弯矩作用下构件的上节点盘发生屈曲变形,试件加载破坏时下节点盘仍处于弹性阶段,杆件连接部位腹板出现明显屈曲变形,杆件与上节点盘连接处发生断裂破坏.足尺有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,具有工程应用可靠性.与相同截面的铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点试验结果相比,铝合金箱形-工字形盘式节点6根连接杆件之间的相互作用提高了节点刚度,但在一定程度上降低了节点的延性和抗弯承载力,在设计和使用过程中需进一步加强和改进.     

复合材料夹层结构平接节点抗弯性能试验

试验研究采用复合材料工字型连接型材的复合材料夹层结构平接胶结节点的抗弯性能,考察工字型连接型材纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点的破坏模式、荷载-变形关系、连接区域应变发展规律的影响,对平接节点的破坏机制进行了分析。试验研究表明:节点出现连接型材破坏或胶层剥离破坏;复合材料连接型材纤维布的铺设与层数对连接节点的破坏模式有影响,连接型材刚度与强度满足要求时,搭接长度是确定连接节点承载力的重要因素。研究成果可供复合材料夹层结构平接节点设计参考。     

复合材料夹层结构平接节点抗弯性能试验

试验研究采用复合材料工字型连接型材的复合材料夹层结构平接胶结节点的抗弯性能,考察工字型连接型材纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点的破坏模式、荷载-变形关系、连接区域应变发展规律的影响,对平接节点的破坏机制进行了分析。试验研究表明:节点出现连接型材破坏或胶层剥离破坏;复合材料连接型材纤维布的铺设与层数对连接节点的破坏模式有影响,连接型材刚度与强度满足要求时,搭接长度是确定连接节点承载力的重要因素。研究成果可供复合材料夹层结构平接节点设计参考。     

拼接GFRP管混凝土构件轴心受压性能

拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件,再在内部浇筑混凝土,形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件.通过试验,研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式.结果表明,当加载到(30%~40%)Pu(极限荷载)时,在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%~70%)Pu时,GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载,套箍约束作用继续存在.拼接构件的破坏发生在构件端部,连接处没有发生破坏,而连续整体构件破坏发生在中部位置,表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作.     

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。     

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。     

C/GFRP加固混凝土梁受弯性能试验研究

通过三根采用不同纤维(CFRP、C／GFRP和GFRP)正截面加固的混凝土梁和一根对比梁的受弯破坏实验，对比研究了C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁的受力特点、破坏形态、合理加固方式、梁体应交情况、承载能力、刚度和变形能力，试验结果表明：采用C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁在受弯承载力显著提高的前提下表现出了较好的廷性，这种加固技术切实可行，并可以降低工程造价。     

高层钢框架梁柱刚性节点设计研究

本文介绍了梁柱刚性连接节点的概况,结合美国北岭地震和日本阪神地震中节点破坏的现象,分析了目前梁柱刚性连接节点的问题,并根据最新的国内外研究成果,总结出了新型梁柱节点形式——塑性铰外移的梁端增强式连接（本文采用悬臂梁段上下翼缘上加梯形盖板、悬臂梁段采用梯形截面及悬臂梁段翼缘加厚三种形式。）     

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200 mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250 mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。     

多轴向增强拉挤复合材料木夹芯梁弯曲试验

为解决传统GFRP(玻纤增强复合材料)型材的节点弱、刚度低等缺陷问题,提出一种以花旗松为芯材、以多轴向GFRP为外壳的新型拉挤复合材料夹芯梁,对比研究了木梁、GFRP空管梁和GFRP木夹芯梁的四点弯曲性能,采用声发射监测梁的损伤演变.结果表明:木梁发生受拉破坏,空管梁的腹板和上翼缘发生屈曲、褶皱,夹芯梁面层发生褶皱破坏;相比木梁和空管梁,夹芯梁的极限承载力最大提高约250%和50%,抗弯刚度最大提高约160%和90%;单向布增强梁的强度和刚度最低,三向布可兼顾梁的抗弯刚度和横向强度,延缓发生腹板-翼缘分离.声发射研究表明:累积能量、累积撞击数和荷载的时程曲线有较好的一致性,累积撞击数率比反映了梁的微观损伤累积程度,累积能量率比反映了梁的宏观损伤特征.