钢管混凝土桁架弦杆界面传力特性分析

文章采用有限元建模方法分析钢管与混凝土的界面传力特性，以揭示钢管混凝土桁架弦杆工作机理；将钢管与混凝土界面状态分为绑定(即界面抗剪刚度无穷大)、光滑(即界面抗剪刚度无穷小)和黏性接触(即界面抗剪刚度有限),分析钢管混凝土桁架节间内受压上弦杆、受拉下弦杆钢管与混凝土的轴向应力、界面剪切应力及剪力传递长度。结果表明：不同界面状态下钢管轴向应力、界面剪切应力差异较大；黏性接触最接近钢管与混凝土界面真实工作状态，弹性工作状态下，剪力传递长度保持为常数，与轴力无关；剪力传递长度范围内钢管和混凝土轴向应力、界面剪切应力沿桁架节间长度方向呈指数函数分布，剪力传递长度范围外钢管、混凝土轴向应力保持不变。研究结果可为钢管混凝土桁架桥强度、刚度计算及节点构造设计提供依据。     

方钢管混凝土柱节点的抗剪受力分析

为研究方钢管混凝土柱节点的受剪屈服问题,建立了方钢管混凝土柱节点抗剪受力模型。该模型在试验的基础上,将方钢管混凝土柱节点抗剪受力过程分为协同工作、共同工作、屈服强化和极限变形4个阶段,抗剪受力由钢管腹板和节点核心区混凝土共同承担,其中核心区混凝土又以平面抗剪和压杆模式分别对抗剪承载力作出贡献。综合考虑这三者的作用,该模型与试验结果吻合较好。使用该模型可对方钢管混凝土柱节点的受剪和变形等性能进行分析研究。     

方钢管混凝土柱节点的抗剪受力分析

为研究方钢管混凝土柱节点的受剪屈服问题,建立了方钢管混凝土柱节点抗剪受力模型。该模型在试验的基础上,将方钢管混凝土柱节点抗剪受力过程分为协同工作、共同工作、屈服强化和极限变形4个阶段,抗剪受力由钢管腹板和节点核心区混凝土共同承担,其中核心区混凝土又以平面抗剪和压杆模式分别对抗剪承载力作出贡献。综合考虑这三者的作用,该模型与试验结果吻合较好。使用该模型可对方钢管混凝土柱节点的受剪和变形等性能进行分析研究。     

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.     

钢管混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型

为了研究钢管混凝土梁柱节点受剪承载力,对钢管混凝土梁柱节点的剪切破坏机理进行了深入的讨论,分别对核心区混凝土、钢管以及加强环对节点的抗剪贡献进行了分析,提出了考虑轴压力、柱端弯矩、梁端竖向剪力等因素的梁柱节点受剪承载力计算模型,通过实例验证了公式的合理性。     

钢管混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型分析

为了研究钢管混凝土梁柱节点受剪承载力,对钢管混凝土梁柱节点的剪切破坏机理进行了深入的讨论,分别对核心区混凝土、钢管以及加强环对节点的抗剪贡献进行了分析,提出了考虑轴压力、柱端弯矩、梁端竖向剪力等因素的梁柱节点受剪承载力计算模型,通过实例验证了公式的合理性。     

钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点抗震性能试验

为满足建筑造型中设置钢管混凝土斜柱的要求,在结构中形成了钢管混凝土斜柱与环梁相交的抗剪环-环梁节点。检验这种斜柱抗剪环-环梁节点的抗震性能,进行了2个2/3缩尺比例的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁梁柱组合体的低周反复加载试验。试验结果表明,通过对环梁的合理配筋构造,即使试件最终破坏发生在环梁内,仍能够使组合体具有足够的变形能力和耗能能力;由于钢管混凝土斜柱与环梁节点承载能力相对独立,即使环梁最终发生破坏,对钢管混凝土斜柱的纵向承载力也不致造成较大影响。     

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。     

外环式空间钢管混凝土柱-钢梁节点受剪性能

为了探讨空间钢管混凝土柱-钢梁环板节点的受剪性能,基于ABAQUS建立圆形和方形空间环板节点在3种不同梁端加载方式下的有限元模型,分别对节点域的剪力-梁端位移曲线进行分析.在此基础上,选取4个影响节点域抗剪的参数进行分析,以此来明晰空间钢管混凝土节点的受剪机理.结果表明:平面内-平面外梁端依次加载为节点域受剪的最不利加载方式,钢梁强度、柱混凝土强度、柱钢管强度对节点域抗剪起着有利作用,轴压比在一定范围内对抗剪有利,超过这个范围反而不利.     

钢桁腹-混凝土组合结构桥梁新型PBL-钢管节点试验研究

开发了一种适用于钢桁腹-混凝土组合结构桥梁、便于现场快速组装的新型PBL-钢管节点.为研究该节点的力学性能,制作了大比例缩尺模型试件并进行了静力加载试验,同时制作了一个不带开孔夹持钢板的简单V形钢管节点试件进行对比.研究结果表明:新型PBL-钢管节点的破坏形态表现为钢管交汇区的直剪破坏,导致破坏的主要原因是混凝土弦杆节间的轴力差在节点区产生的竖向剪力;设置夹持钢板可提高节点的抗剪承载力及变形能力,但夹持钢板作用存在滞后效应;新型PBL-钢管节点的抗剪承载力主要由连接螺栓、PBL剪力键及弦杆混凝土提供,基于节点破坏形态提出的抗剪承载力简化公式的计算结果偏于安全,可用于指导节点设计.新型PBL-钢管节点是一种可靠的节点形式,适用于实际工程.     

新型钢管混凝土节点的非线性有限元分析

提出一种新型钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点形式,在节点区中断外钢管,加设芯钢管,使钢筋混凝土梁中的钢筋在节点直通、节点与所连接构件的混凝土成为一体,解决梁的内力在节点传递的问题。为验证新型节点的合理性和可行性,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元工具ANSYS,建立一个三维有限元模型,对芯钢管中柱节点模型的外钢管应力、芯钢管应力、混凝土应力、节点区裂缝进行了分析。结果表明,有限元分析结果与模型试验结果吻合良好,节点的承载力大于被其连接的构件的承载力,满足"强节点、弱构件"的抗震设计原则,证实了新型节点的合理性和可行性。     

钢管混凝土界面抗剪粘结滑移力学性能试验

为探讨钢管混凝土界面抗剪粘结滑移性能,研究钢管混凝土界面应力分布规律,确定界面抗剪粘结应力和粘结滑移本构关系,进行了方、圆钢管混凝土试件的纵向抗剪粘结性能试验研究,试验结果表明:钢管纵向应变沿长度方向基本成呈三角形分布,粘结应力沿钢管混凝土界面均匀分布;方、圆钢管混凝土界面粘结—滑移曲线具有相似的变化规律,圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度较方钢管混凝土要大,基于试验结果,提出了平均粘结应力和相对滑移的本构关系。分析比较了钢管混凝土界面粘接性能的主要影响因素,粘结强度受混凝土强度的影响不明显;随混凝土龄期的增大而略有增大;随钢管长径比的增大而增大;随钢管径厚比(宽厚比)的增大而减小。     

新型钢管混凝土板柱节点抗冲切性能的试验研究

通过对新型钢管混凝土板柱节点抗冲切性能的试验结果进行分析,借鉴混凝土结构设计规范,提出了该节点抗冲切的计算公式和设计建议.该节点保持平板楼盖的连续性,在柱头附近局部加厚楼板形成柱托板,并在托板内设置环向钢筋,避免节点区因钢管不连通而受到削弱.     

水泥混凝土路面传力杆应力分析力学模型

应用三维有限元模型分析水泥混凝土路面中传力杆与水泥混凝土的接触状况,并基于弯曲刚度等效原则将传力杆和水泥混凝土面层系统简化为双层梁结构.计算结果表明,弹性地基上双层梁结构可很好地描述水泥混凝土路面的挠曲效应,而接缝处的双层梁相对位移、转角、以及挤压应力合力与三维有限元解的差异,只需对双层梁层间竖向反应模量进行修正即可;随后,总结归纳了相对位移、转角及挤压应力合力修正系数的回归式,讨论给出了接缝传力杆的抗剪刚度与抗弯刚度的计算式,并指出传力杆的传递弯矩的能力很小可忽略.最后,计算分析了梁端部作用集中荷载时,有基层的地基梁接缝传荷问题,指出在接缝抗剪刚度相同条件下,基层存在可使接缝两侧挠度比增大,接缝传递的剪力减小.     

锈蚀钢筋混凝土梁的斜截面抗剪承载能力

考虑钢筋锈蚀对受力钢筋截面面积和力学性能、钢筋与混凝土间粘结强度以及混凝土保护层厚度的影响,基于“拉、剪临界破坏”的概念和“梁-拱”共同作用的混凝土抗剪抵抗机制,建立了锈蚀无腹筋(主要指箍筋)梁的抗剪承载力公式;考虑梁中纵筋和(或)箍筋锈蚀的影响,基于箍筋与混凝土抗剪作用相互影响的机制,采用相应于有腹筋梁的无腹筋梁对抗剪强度的贡献与箍筋对抗剪强度的贡献相加的模式,建立了锈蚀有腹筋梁的抗剪强度公式.并且,对所建立的锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的理论预测进行了试验验证.     

钢管混凝土柱-RC环梁节点受力性能分析

进行了钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)环梁节点的静载和低周反复荷载实验研究,分析了节点的破坏形态、延性和耗能能力等性能.试验结果表明,这种节点连接可靠,具有良好的延性和耗能能力,能够满足延性抗震设计的要求.     

竖向荷载作用下变角斜柱的局部转换节点

通过2个不同角度的斜柱局部转换节点在竖向荷载作用下的静力试验以及有限元分析,获得了斜柱角度变化对该节点受力性能影响的基本规律.研究结果表明,斜柱角度的不同会导致转换梁和短肢剪力墙的应力分布有明显不同,斜柱角度越大,转换梁所受的拉力就越大,转换梁开裂就越早,结构承载力越低.相反,斜柱角度越小,短肢剪力墙内的应力分布要均匀些,转换梁开裂较晚,可以有效地抑制转换梁刚度的退化,结构承载力也越高.而且,从受力性能上来说,整个节点具有类似桁架模型的受力特征.     

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.     

预制框架内嵌竖缝剪力墙体系抗震性能试验

为研究预制钢筋混凝土框架结构内嵌竖缝剪力墙体系(PRCFW)的抗震性能,设计了2个单跨双层、缩尺比为1∶2的PRCFW试件,并进行了拟静力试验研究.通过分析试件的破坏机制、刚度退化、变形和延性以及滞回耗能性能等,综合考察该结构体系的破坏模式和变形能力.试验表明:现浇节点未发生明显破坏,满足强节点弱构件要求;试件具有良好的延性,平均位移延性系数均大于3;竖缝墙由缝间墙受弯破坏最终发展成贯通各墙肢竖缝根部的剪切破坏;竖缝剪力墙与预制框架间螺栓连接板及其抗剪连接件未发生破坏.试验能够为该体系的进一步研究和工程应用提供参考.