组合钢板剪力墙力学性能及开裂行为的数值仿真

组合钢板剪力墙是一种新型的高层建筑结构抗侧力构件,它通过钢板-边框架、边框架-钢筋混凝土盖板、钢板-钢筋混凝土盖板的协同作用来抵抗侧向荷载,研究各部件的协同作用机理是对其进行合理设计的关键。建立了考虑多重非线性及混凝土损伤开裂的组合钢板剪力墙数值模型,从钢板高厚比、螺栓预紧力大小、钢筋混凝土盖板厚度和配筋率4个方面研究这种组合结构的力学性能及损伤开裂行为。结果表明:螺栓预紧力越大,屈服荷载越大,滞回性能越好;增加钢筋混凝土盖板的厚度或配筋率可减小盖板的开裂损伤程度;螺栓预紧力对钢筋混凝土盖板的损伤开裂程度及钢板-钢筋混凝土盖板界面的相对滑移均有影响,因此,螺栓预紧力的控制应兼顾二者的利弊。     

某钢筋混凝土盖板现场荷载试验及性能评价

为检测新修钢筋混凝土盖板的工作性能,进行了现场荷载试验,由此得到了盖板在最大允许荷载作用下产生的短期挠度、开裂情况及残余变形,并对各项性能进行了评价,为盖板的后期使用提供了依据.     

粘钢加固既有石楼板抗弯性能试验研究

为提高既有石结构中石楼板(石板)的抗弯承载力和变形能力，防止石板发生脆性破坏，提出了用于石板抗弯加固的粘钢加固技术，并对加固石板试件进行受弯性能试验，研究钢板厚度及宽度(即截面积)对石板受弯性能的影响.结果表明，粘钢加固石板可显著有效改善石板的脆性破坏形态，加固后石板的破坏形式表现为具有明显挠曲变形的延性破坏；粘钢加固石板的抗弯承载能力得到显著提升，其极限荷载较未加固石板提升了60%～233%,随着钢板的厚度和宽度的增大，加固效果更加显著；粘钢加固石板能有效抑制石板受拉区不可见微裂缝的发展，显著提高了石材的极限拉应变，从而增大石板的开裂荷载.随着钢板的厚度和宽度的增大，开裂前石材极限拉应变提升幅度为79.75%～178.48%,粘钢加固石板的开裂荷载较未加固石板提升了60%～140%;最后通过理论计算，建立粘钢加固石板的受弯承载力计算公式，理论计算结果与试验结果较为符合.     

加劲肋厚度对节点开裂行为的影响分析

为研究节点域横向加劲肋厚度对钢框架节点开裂行为的影响,利用ANSYS有限元程序建立一系列以加劲肋厚度为变量的节点模型,通过引入裂纹发展方程,计算得出各单元在每循环下的裂纹长度,并对低周往复荷载作用下各节点的开裂过程进行深入分析。分析结果表明:等效塑性应变是导致节点开裂的重要因素,其值变化在一定程度上决定着节点焊缝的开裂规律;当节点域横向加劲肋较薄时,增大加劲肋厚度会导致节点裂纹开裂速度加快,当加劲肋厚度超过一定值后,裂纹开裂速度趋于稳定。     

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能，对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析，研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明：正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态；当钢纤维体积分数为1%时，钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大，但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小；正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关，极限弯矩则随钢板强度的增加而增大；增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩，当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时，开裂弯矩的提升率最大.     

铁路涵洞板梁受力分析及加固措施研究

采用现场测试试验与有限元(ANSYS)数值模拟相结合的方法对列车因道碴厚度不足而引起盖板开裂病害的原因进行了力学分析.探讨重载列车冲击作用对涵洞盖板结构受力及变形的影响.并提出对既有病害的涵洞采用在盖板下缘粘贴钢板进行加固的方法,对加固后的涵洞盖板进行了数值计算,通过分析计算结果,满足相关规定,结构可保证列车的安全运营...     

工字形柱弱轴盖板连接边框节点滞回性能影响因素分析

为了使盖板可以应用于工字形柱弱轴连接,提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接形式.首先,对盖板节点在循环荷载作用下的受力性能进行有限元模拟和试验对比验证;然后,对新型弱轴盖板连接边框节点进行低周反复荷载作用下的一系列有限元变参数分析,研究各种因素的变化对该类节点滞回性能的影响.研究结果表明:新型弱轴盖板连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力可达0.03 rad,塑性铰出现在盖板末端的梁截面上,节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念.建议新型弱轴连接节点选用矩形盖板,盖板最大长度取0.5倍梁截面高度,盖板厚度取0.5倍梁翼缘厚度,且设计中宜控制钢柱的轴压比不超过0.6.     

防屈曲钢板剪力墙稳定性研究

以新型抗侧力构件防屈曲耗能钢板剪力墙为研究对象,基于板的稳定性理论,考虑混凝土盖板抗弯刚度和抗弯承载力,分析整体和局部屈曲内嵌钢板弹塑性性能,推导出了防屈曲钢板剪力墙整体稳定临界荷载值和最小混凝土盖板厚度表达式.引入钢板非弹性阶段切线模量因数η,优化了防屈曲钢板剪力墙整体稳定临界荷载表达式,得到了非弹性阶段最小混凝土盖板厚度参考式.对板的微分方程推导得到了内嵌钢板屈曲半波数和半波式屈曲褶皱对混凝土盖板挤压力表达式,并进行有限元分析.得到四螺栓单元局部稳定要求螺栓间距方程式,给出了螺栓间距与混凝土盖板厚度之间的关系式和最大螺栓间距与混凝土盖板建议比值,其最大螺栓间距与混凝土盖板厚度比值l0/tc=90.     

IPSW结构竖向缝连接抗剪承载力试验及理论研究

为了验证新型全装配式钢筋混凝土剪力墙(IPSW)结构中竖向缝连接的可行性并研究其抗震性能,制作了2个竖向缝连接试件,并对其进行低周反复荷载试验.试验结果表明,翼缘墙板与腹板墙板之间的连接件(内嵌边框、高强螺栓和连接钢框)能够有效地传递二者之间的相互作用力,保证二者协同工作.然后,分别基于最大拉应力理论、平截面假定和力的平衡条件、抗剪抵抗机构和力的平衡条件,建立了开裂荷载、屈服荷载、极限抗剪承载力的计算模型,并推导了理论公式.结果表明,开裂荷载、屈服荷载以及极限抗剪承载力的试验值与理论值吻合较好.由此可见,IPSW结构的竖向缝连接方案可行,特征荷载的计算模型及计算公式合理.     

梁柱盖板连接节点强度和刚度的有限元分析

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。采用通用有限元软件ABAQUS,对梁柱盖板连接在单调荷载作用下的受力性能进行了三维非线性有限元分析。分别考虑柱腹板厚度、柱翼缘厚度及柱翼缘宽度的影响,设计了3组共12个试件,总结了这3个因素对节点承载力和刚度的影响,为此类节点的设计提供了参考。     

沅水大桥高桩承台钢吊箱围堰预制混凝土底板受力分析

通过对钢吊箱围堰的钢筋混凝土底模板的施工过程进行数值模拟,分析了混凝土底模板在自重荷载、安装钢围堰和施工封底混凝土3个施工步情况下其上应力和变形分布规律.高桩承台施工中采用钢吊箱围堰,利用钢筋混凝土底模板代替钢模板,对预制混凝土底模板的厚度和承受不同荷载之后的内力和变形分布规律进行分析,并进行了几何尺寸优化.分析中考虑板的自重,将钢吊箱重量作为分布荷载施加于板边预定位置,并在围堰内部预制板上施加封底混凝土重力荷载.分析结果表明:在自重荷载、钢围堰荷载和封底混凝土荷载作用下板中的应力和变形分布不均匀,板的厚度对板中的应力和变形影响显著.对于不等厚度底模板,其应力和变形亦能满足工程需要.依据应力分布特征对模板内部桩孔周围部分应力和变形的较大部位加厚,将传统等厚度模板变成不等厚度模板,既保证了施工过程的安全性,又减轻了结构自重,取得了较好经济效益,可为类似工程所借鉴.     

裂缝对钢桥面铺装受力性能的影响

钢桥面铺装开裂破坏是沥青铺装最典型的病害类型,铺装层开裂不仅仅影响到钢桥面铺装层路用性能,而且对钢桥面板的受力也相当不利.本文采用ANSYS通用有限元软件,建立了典型的正交异性钢桥面板结构以及其上的ERS铺装体系的有限元模型,研究车轮荷载作用下表层裂缝对钢桥面铺装体系受力性能的影响,并进一步分析裂缝宽度对钢桥面铺装体系主要受力指标的影响.结果表明裂缝对与其垂直方向的应力影响较大,而对平行方向的应力影响较小,裂缝宽度对各项应力的敏感性影响较高.     

刚性钢框架梁柱连接的受力性能及设计准则

回顾了前人对刚性钢框架梁柱连接的研究 ,特别是Northridge地震后的研究。介绍了Northridge地震和阪神地震中梁柱连接的破坏情况 ,以及刚性钢框连接在静力荷载和循环荷载作用下的性能 ,影响连接受力性能的主要因素 ,最后提出了在进行刚性框架设计的准则。     

粘钢补强钢筋混凝土梁的正截面承载性能

对粘钢补强钢筋混凝土(RC)梁在荷载作用下的变形过程和破坏形式,进行了理论和试验研究,讨论粘钢位置和粘钢量对RC梁的短期刚度、挠度、开裂荷载、极限荷载和破坏形式等承载性能的影响.通过理论计算结果与试验结果的比较分析,得出粘钢板与RC梁协调工作系数主要随相对高度变化的结论.提出计算协调工作系数、抗弯承载能力和挠度的计算公式,给出工程设计建议和确定合适钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量的技术措施.     

新型钢梁-型钢混凝土剪力墙组合节点抗震性能

采用非线性有限元方法,对提出的一种新型钢梁-型钢混凝土剪力墙组合节点进行低周循环加载非线性研究,并通过参数化分析,探讨混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、钢材强度等级、端板厚度和摩擦因数等因素对该类节点抗震性能的影响。结果表明:提出的这种新型盖板犬骨式钢梁-型钢混凝土剪力墙组合节点滞回曲线饱满,抗震性能优越;混凝土保护层厚度、钢材强度等级和端板厚度等因素对节点的抗震性能影响较大。     

型钢-混凝土组合梁桥面连续抗裂性能

为了掌握常规设计方法下型钢-混凝土组合梁桥面连续的开裂特征和破坏模式,从而优化结构设计,对此类结构开展足尺模型试验和有限元分析。试验结果表明:常规设计方法下桥面连续构造抗裂性能差,在较低荷载下便会出现开裂;裂缝分布集中在桥面连续区域1.2 m范围内,裂缝数量少;试件破坏模式是剪力钉被剪断随后连接板钢筋屈服。基于试验结果,建立有限元模型进行进一步分析,分析结果表明:与不考虑滑移的梁相比,考虑滑移的组合梁的开裂荷载将提高,极限荷载取决于剪力连接件抗剪强度;栓钉间距、连接板厚度的增加能提高桥面连续的开裂荷载和极限承载力,栓钉直径对桥面连续的开裂荷载影响不大,但对其承载力影响较大;连接板底部与钢梁做无粘接处理可以大幅提高桥面连续开裂荷载。     

盖板加强型节点局部试件断裂性能试验研究

为研究钢框架盖板加强型节点焊缝处发生断裂的可能性,设计制作了11个盖板加强型节点局部试件进行单调拉伸试验,研究了加载速率、加强板厚度、焊缝缺陷对局部试件断裂性能的影响。试验结果表明:试件破坏形态主要分为梁翼缘板颈缩断裂和加强板端部角焊缝断裂两类;提高加载速率会导致试件塑性变形能力降低;加强板厚度变化对局部试件影响较小;对接焊缝缺陷对试件的承载能力及焊缝的断裂性能影响不明显;试件对加强板端部角焊缝缺陷较敏感,缺陷处易发生断裂。     

铁素体和珠光体含量影响变形过程的原位研究

在扫描电镜下原位观察了两种钢的拉伸变形过程,两种钢分别为以铁素体为主、含少量珠光体的纯净高强钢和以珠光体为主、含少量先共析铁素体的车轮钢.纯净钢拉伸时,不论试样厚度满足平面应变与否,均以铁素体的滑移变形为主,并最终导致韧性开裂,裂纹连续扩展,少量的珠光体对整个变形断裂过程几乎没有影响;断口呈现韧窝状.对于车轮钢,当试样厚度很薄不满足平面应变条件时,尽管先共析铁素体很少,拉伸时,仍以先共析铁素体的变形为先导过程,并在先共析铁素体与珠光体的界面处优先开裂,成为不连续微裂纹,断口呈现韧窝和准解理两种混合特征;当试样厚度满足平面应变条件时,则以珠光体中渗碳体片层的脆性开裂为主,断口呈现准解理特征.     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

锚具失效后后张法预应力简支梁试验研究

为研究后张法预应力混凝土简支梁桥拆除锚具后残余预应力对结构抗力的贡献,通过2根切除锚具试验梁和1根对照梁的静载试验,研究拆除锚具后预应力梁的受力性能。研究结果表明:拆除锚具后,预应力钢束通过灌浆材料对混凝土具有纵向压缩作用,混凝土与普通钢筋对结构的贡献从端部到跨中逐渐减小;切除锚具只影响开裂荷载和裂缝开展宽度,并不影响梁体最后的裂缝分布形式和跨中混凝土破坏形态,但会降低极限荷载;达到屈服荷载后,试验梁的预应力钢束与孔道灌浆开始脱离,试验梁承载能力降低,试验梁的抗裂性能以及结构延性明显降低;开裂后,在同样荷载增量下,试验梁中预应力钢束承担更多的荷载。建议在实际拆桥工程中,当拆除锚具后,在达到结构屈服荷载之前可按正常状态考虑预应力钢束对结构的作用。