装配式钢牛腿偏心受压力学性能试验与有限元分析

装配式钢牛腿,因其结构简单、安装方便、使用安全得到广泛肯定.针对一种新型装配式钢牛腿开展研究.考虑肋板厚度、偏心距、锚板类型,进行了4个不同形式的装配式钢牛腿的偏心受压力学试验.测定了钢牛腿节点的荷载-变形曲线、应力分布状态、极限强度,观测其破坏形式,建立了有限元模型,分析研究了荷载-变形关系和节点弯矩-转角关系.结果 表明:钢牛腿节点呈现出半刚性节点特征.牛腿有两种破坏形式,当锚板无支撑保护时,锚板在牛腿还未达到极限承载力时先屈曲破坏;当锚板有支撑保护时,牛腿的极限承载力取决于螺栓的抗剪强度.从应力分布上对比发现,结构刚度突变处应力集中.连接处的焊缝质量和螺栓的材质是受力的关键,改善它们将极大地提高节点的承载能力.钢牛腿肋板厚度越大,极限承载力越大;偏心距越小,极限承载力越大.节点的初始刚度随肋板的加厚小幅增加,偏心距对节点初始转动刚度影响效果不明显,侧板与锚板安装间隙过大会降低节点刚度,应尽可能减少制作误差.     

竖向荷载下空心楼盖板柱节点试验研究与计算分析

为了研究抗冲切元件和板厚对空心楼盖板柱节点受力性能的影响,在柱周围楼盖局部实心和布置暗梁的前提下,对6个节点试件进行竖向荷载作用下的试验研究与计算分析.对比研究了6个试件的破坏机制、承载能力、变形能力和应变分布,基于屈服线理论提出了节点的极限承载力计算方法.结果表明,空心楼盖板柱节点具有冲切破坏和弯曲破坏的双重破坏特征,并以弯曲破坏为主.增加板厚和配置抗冲切元件均可提高节点的极限承载力和刚度.与增加板厚和弯起钢筋相比,配置型钢剪力架对节点极限承载力的提高效果更为明显.节点设计时,可优先选择配置型钢剪力架参与节点抗剪.节点的极限承载力计算方法综合考虑了抗冲切元件、楼板配筋率和空心率的影响,计算值与试验值吻合较好.     

不同连接程度GFRP-混凝土桥面板力学性能试验研究

提出了一种简便的改进GFRP-混凝土组合板连接程度并进一步改进组合板延性的方法,即通过砾石覆盖率来改变GFRP-混凝土界面的黏结强度,并利用界面黏结失效前后组合板连接机理的变化来改变组合板的弯曲刚度,进一步改变组合板的延性.通过5片足尺T形GFRP-混凝土组合板四点弯曲试验研究了不同连接程度下组合板受力性能的差异.试验中,重点关注了变形、板端滑移、应变分布、破坏模式等力学参量.试验结果表明,尽管无黏结T形GFRP板与混凝土的界面光滑,但GFRP板与混凝土间已表现出部分组合作用.砾石覆盖率的变化可以改变组合板的连接程度、破坏模式、极限荷载及其延性.合理的砾石覆盖率可以使组合板在板端出现滑移前具有很好的抗弯刚度,在出现板端滑移后仍具有较好的变形能力,并且不会显著降低组合板的极限荷载.最后,通过理论方法对组合板的开裂荷载和抗剪承载力进行了计算分析.研究结果表明,理论值与试验值吻合较好.     

BFRP加固震损混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过4组三维混凝土框架节点进行模拟地震的预损伤试验、构件加固和加固后的低周反复试验,研究不同受损程度下玄武岩纤维加固后节点的抗震性能.通过对试验现象与相关结果包括极限承载力、极限位移、延性系数、钢筋应变、玄武岩纤维应变、耗散能力等方面进行分析表明,楼板对框架梁抗弯承载力的贡献是不容忽视的.经过玄武岩纤维加固后节点的极限承载力和抗震性能达到并超过未加固时的水平,玄武岩纤维可以提高节点核心区的承载力和黏结滑移性能,在较大荷载下,有效约束混凝土柱的横向膨胀和变形,加固后节点的最终破坏形式由柱端的压弯和节点的剪切破坏转变为梁、板的弯曲破坏,即由"弱柱强梁"转变成了"强柱弱梁"的破坏形式.研究结果表明,玄武岩纤维加固地震灾害后的钢筋混凝土框架节点是合理、有效的.     

胶合木植筋节点抗拔性能理论预测

木材与植筋之间的黏结性能对木结构植筋节点的抗拔性能有重要影响。为了实现对胶合木植筋节点抗拔性能的全过程分析,通过胶合木植筋节点荷载-滑移试验,建立黏结应力-滑移关系;基于能量法,借助提出的黏结应力-滑移关系,理论推导出胶合木植筋加载端处的抗拔承载力-滑移关系解析解,并对胶合木植筋节点的抗拔性能进行全过程理论预测。结果表明:对于不同植筋杆件,节点的破坏模式与荷载-滑移性能存在一定差别;传统的线弹性理论计算公式过于保守地估计胶合木植筋节点极限抗拔承载力,尤其是对于长锚固试件;基于能量法和已提出的黏结应力-滑移关系计算得到的理论曲线与试验曲线吻合良好,验证理论解析解的可靠性。本研究将为木结构植筋节点承载力设计提供一定的理论依据。     

T形钢连接梁柱节点的试验和抗剪计算方法研究

通过对4个中空夹层钢管混凝土柱-钢混凝土梁采用高强螺栓T形钢连接的组合节点的低周反复荷载试验,研究了其典型破坏形态及节点域的剪力-剪切变形骨架曲线;在此基础上,对其节点域的传力机理和抗剪性能进行了理论全过程分析,分别建立了节点域钢管腹板、钢管翼缘和夹层混凝土的剪力-剪切变形的三折线模型,并根据剪切变形协调条件对三部分曲线进行简化后叠加,由此得到整个节点域的屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,并将理论计算结果与试验数据进行对比,二者整体吻合较好.     

侧压竹集成材梁长期受弯性能试验研究

竹集成材是一种将竹材加工成竹片并进行干燥、胶合而成的层集材.本文共进行了3组侧压竹集成材的长期受弯性能试验研究,长期试验开始前通过试验确定梁的受弯极限承载力,以此作为确定长期荷载施加值的依据.长期试验的持续时间为8个月,在此期间,得到了侧压竹集成材梁不同应力条件下的蠕变变形实测数据.研究表明:在不同应力水平下,构件的蠕变变形曲线与典型的蠕变变形曲线较为接近;应力水平对侧压竹集成材梁蠕变变形有着重要的影响,应力水平低,蠕变变形程度相对较小,当加载水平高于正常使用荷载时,其蠕变变形的发展更为明显;在实际工程设计中,应考虑侧压竹集成材梁在高应力水平的长期荷载作用下蠕变破坏的可能;侧压竹集成材梁的正常使用荷载标准值取极限承载力的45%更为经济.     

开孔板连接件剪切受力机理的试验研究

提出新的开孔板连接件抗剪承载力测试方法.共进行七组21个试件试验,测试开孔板连接件的荷载-滑移关系,观测开孔板连接件的破坏形态.结果表明:每组试件的荷载-滑移曲线重复性较好,验证了本文提出的测试方法的合理性.根据试验结果,分析开孔板连接件的破坏性质及影响开孔板连接件抗剪承载力的因素.     

不同节点轻钢框架的受力性能试验研究

通过对4种不同形式和构造的轻钢框架梁柱连接节点试验研究,分析了端板厚度、T型钢厚度、柱腹板加劲肋等因素对半刚性节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响.研究表明,轻钢框架半刚性连接是承载力较高、延性性能非常好的连接形式.柱腹板设加劲肋的端板连接是轻钢框架较好的半刚性节点.T型钢翼缘厚度对节点承载力的提高作用不明显,但腹板抗剪能力对此有影响.对于具有半刚性连接节点的轻钢框架,应该进行非线性分析.半刚性连接节点组合构件在荷载作用下的滑移现象不能忽视,分析和设计中应引起足够重视,并应提出可靠构造措施.     

优化平板载荷试验装置对地基极限承载力特征值的影响

常规的原位试验平板载荷装置在确定地基极限承载力时误差大、精确度不高,导致所确定极限承载力不符合实际值;因此试验装置的优化改进对试验数据的精确度影响甚大。在平板荷载试验装置方面做了很大改进,将原位试验改进前后的试验数据得到的承载力值与承载力系数与经典的极限平衡法(Vesic经验公式及修正)计算极限承载力大小作对比,并结合潜在滑移场理论所确定极限承载力及土样的承载力系数,得到了优化试验装置对地基承载力特征值的影响。     

轻型木结构剪力墙新型面板钉节点试验研究

面板钉节点是影响木剪力墙抗侧力性能的重要因素,为提高面板钉节点的工作性能,提出一种黏结硅胶条的新型面板钉节点.并对新型面板钉节点进行了单调加载试验,分析了不同类型钉节点的承载能力、变形能力和破坏模式.试验结果表明:新型面板钉节点较常规钉节点承载力明显提升,当硅胶条与结构胶协同工作良好时,新型面板钉节点的延性、极限位移会得到进一步提升;同时发现顺纹方向加载试件承载能力和初始刚度等均优于横纹方向加载试件.最后对延性较好的新型面板钉节点的荷载-位移曲线进行了拟合,为该新型面板钉节点在轻型木结构剪力墙的有限元研究中提供了合理的恢复力模型.综上,相较于常规钉节点,新型面板钉节点各方面性能显著提升,可用于工程实践推广.     

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.     

按土强度参数确定弱化砂土层水平极限抗力的探讨

利用施加反压的方法模拟具有残余孔压的弱化饱和砂土层,针对相对密度为30％和40％的弱化饱和砂土层,进行了单桩水平承载力模型试验,研究了不同弱化状态饱和砂土层的水平极限抗力．结果表明,随饱和砂土层中残余孔压的增加,其水平极限抗力逐渐降低;土层液化后,其水平极限抗力降低约90％,这与已有的振动台及动力离心模型试验结果基本一致．按Reese建议的破坏模式,针对土层表面作用上覆压力的备件,推导了依据土强度参数确定土层水平极限抗力的理论关系式;据此确定了弱化饱和砂土层的水平极限抗力,并与模型试验结果进行了比较．结果表明：饱和砂土层液化前,其理论水平极限抗力与模型试验结果基本吻合;饱和砂土层液化后,其理论水平极限抗力小于模型试验结果．这说明饱和砂土液化前土层的破坏遵循Reese建议的破坏模式．     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

开缝钢板墙等效交叉支撑模型

作为一种用于高层建筑钢结构抗侧力构件,开缝钢板墙已被验证具有良好的滞回耗能能力.在先前的1∶4缩尺开缝组合钢板墙试验中,发现开缝组合钢板墙在循环加载作用下,其极限承载力受循环应变强化的影响.通过足尺开缝组合钢板墙试验进一步验证了循环应变强化效应的存在;基于开缝钢板墙的受力性能,对普通开缝钢板墙和开缝组合钢板墙提出了统一的等效交叉支撑模型和等效支撑的恢复力模型,用于模拟开缝钢板的滞回特性.对4个普通开缝钢板墙试件和3个开缝组合钢板墙试件进行了计算机数值模拟,验证了等效交叉支撑简化模型的合理性.     

水平缝螺栓连接的全装配式复合墙体 受力性能试验研究

提出一种用于全装配式复合墙体水平接缝的干式连接方法,通过预埋钢件、L形钢连接件和高强螺栓来连接预制墙体和上、下层结构.为研究采用此种干式连接方式绿色装配式复合墙体的抗震性能和连接件的受力性能,以钢连接件厚度和高强螺栓规格(直径和预拉力)为关键参数,设计5榀墙体试件进行单调加载试验,对试件的破坏模式、水平荷载-位移曲线、特征值点、抗震性能指标、连接件的应变、连接件与墙板的相对滑移进行研究.研究结果表明:水平缝采用螺栓连接的试件变形能力较强,极限位移角达1/25时仍具有较高的承载力;增加钢连接件厚度可提升试件的承载力和初始刚度,但高强螺栓规格对试件承载力和刚度无明显影响.     

方形钢管约束下核芯混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束的核芯混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载－应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。     

方形钢管混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力。借鉴典型的约束混凝土本构关系,提出了方形钢管混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。