腹板开洞竹木工字梁受力性能的试验研究

以洞口尺寸、形状和净距为参数,对28根开孔梁和2根实腹梁的力学性能进行了试验研究与对比分析,研究其破坏形态及破坏机理等,并与未开孔梁的试验结果进行对比.提出了基于费氏空腹桁架理论的开孔梁承载力计算公式.结果表明,开孔梁内的应力分布、挠度变化不再完全符合传统弯曲理论.随着径腹比的加大,开孔梁的承载力和刚度呈显著下降趋势.方孔梁的承载力略大于外接圆孔,以外接圆孔代替方孔梁的承载力偏于安全.对于径腹比为0.5的多洞口梁而言,当方洞和圆洞净距分别大于2倍和2.5倍孔长时,可忽略洞口间的相互影响.通过对比分析,理论结果与实验结果的误差平均值为15%左右,从而验证了修正后的空腹桁架理论计算公式的准确性和可靠性.     

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。     

波纹腹板钢结构工字梁-柱延性节点的有限元分析

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱型节点,这种节点是把靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱梁的抗弯能力,将失效部位从较为脆弱的节点焊缝处转移到延性较好的梁上波纹腹板区域,达到塑性铰外移的目的.为了研究该新型节点的抗震性能,必须清楚理解其在地震荷载作用下的失效机制.本文采用有限元分析的方法得到该新型节点在低周循环荷载下的失效机理.通过有限元软件ABAQUS对局部波纹腹板工字钢梁-柱节点进行建模,分析其在拟静力低周往复荷载下的抗震性能,并与试验结果对比分析,发现试验与有限元结果吻合良好.并通过有限元分析得到了关键应力路径的应力分布图,更加详细地解释了梁局部波纹腹板型节点的失效模式及破坏机理.     

加劲肋对组合工字梁腹板局部稳定性影响的有限元分析

本文采用有限元分析的方法研究了横向和纵向加劲肋对组合工字梁在弯曲作用下腹板局部稳定性的影响,并根据计算结果分析了加劲肋的配置对提高组合粱局部稳定性的作用。     

GFRP管外包GFRP筋混凝土梁工作性能试验研究

提出一种GFRP管外包GFRP筋混凝土受弯构件,并采用结构试验的方法研究GFRP外包管对GFRP筋混凝土受弯构件变形能力及承载性能的影响。试验结果表明,GFRP外包管能明显提高GFRP筋混凝土梁的极限承载能力,且较为有效地避免GFRP筋混凝土梁发生脆性破坏,但对提高GFRP筋混凝土受弯构件的变形能力的作用不明显。按我国纤维复合材料规范对该非金属混凝土结构进行承载力计算后发现,现行设计规范对于GFRP筋混凝土构件斜截面抗剪承载力的计算过于保守,导致配筋率过高。     

竹木组合工字梁的静载试验研究

以竹集成材为翼缘、欧松板为腹板设计竹木组合工字梁,对10根不同结构的工字形截面竹木组合梁进行了4点弯曲静载试验。研究剪跨比及加劲肋等参数对组合梁破坏形态、强度和延性等影响。结果表明:腹板和翼缘具有很好的协同效果,组合梁的破坏始于侧向失稳,主要破坏形态表现为翼缘内欧松板层裂及腹板被剪坏。组合梁的极限承载力随着剪跨比的增大呈下降趋势; 竹加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度最大为15.7%,对极限位移最大增加幅度约为10.13%。     

变截面波形钢腹板箱梁剪应力计算理论

在平截面假定和无相对滑移等条件下,基于弹性梁段微元给出了变宽变高波形钢腹板截面剪应力计算理论,认为剪力、弯矩和轴力均会产生剪应力,并且后两者仅仅在变截面产生剪应力.建立了有限元模型,并将传统计算理论和该计算理论与有限元计算结果进行对比,验证了该计算理论的可靠性.     

船体梁剪应力计算及实用程序

现代船舶多数为包含多个闭室的双壳型（双层底，双舷侧）结构。其总纵强度分析或结构设计共同体共同体横剖面上的剪应力。应用翘曲理论，从有限元模型出发，编制了计算具有多闭室横剖面剪应力分布的实用程序，对３条油船作了实船分析。结果说明方法和程序是有效的，并据计算结果提出了合理布置板厚的建议。     

高等级公路路面沥青层剪应力分布研究

采用实测轮胎接地有效面积和接地压力,通过编写Fortran程序将交通荷载转化为移动均布荷载,对三维多层的沥青路面进行有限元动态分析,得到路面沥青结构层剪应力沿深度方向的分布规律.结果表明,不同荷载条件下路面沥青层剪应力的差异明显,水平力对剪应力亦有较大影响;路面面层回弹模量、泊松比及基层回弹模量对剪应力的影响均比较显著.     

矩形截面梁的剪应力公式推导

剪切弯曲时,梁横截面上既有正应力。又有剪应力。一般情况下,正应力是引起粱破坏的主要因素。但是当梁的跨长较短、截面较高,或者象工字形等截面腹板较薄的情况下。剪应力的数值也可能相当大,这时还有必要进行剪应力计算。     

FRP片材加固梁的剪应力分析

目前关于FRP片材加固梁的界面剪应力研究大都假定FRP片材与混凝土梁之间的粘结是完全的,且粘结胶的厚度都是均匀的。实际中,混凝土梁与FRP片材界面的胶有不均匀性和非连续性性质,已有的关于界面粘结剪应力分布的成果和粘结破坏模式成果不能完全反映这种情况下FRP片材加固梁的性能。考虑混凝土受压的非线性性能和钢筋对梁的作用后,推导了FRP片材下加固梁粘结部位的剪应力通用计算公式,并将计算结果与有限元分析相比较,结果表明两者的吻合程度良好。     

波形钢腹板工字形梁焊接残余应力研究

采用数值模拟与试验的方法对Q345钢波形钢腹板工字形梁焊接温度场与残余应力分布进行了研究. 采用完全耦合法建立了波形钢腹板工字形梁热弹塑性三维有限元模型,得到其焊接温度场与应力场,并通过在有限元模型中定义多条研究路径的方法,研究了不同路径上纵、横向焊接残余应力的分布规律. 在波形钢腹板工字形梁的焊接过程中采用红外线测温法与电阻应变计法进行焊接温度与残余应力的试验研究. 结果表明：焊接残余应力的数值模拟结果与实测结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性和可行性;焊接过程中热源中心稳定温度高达1 401 ℃,远离热源中心温度迅速降低,当与热源中心距离大于25 cm时温度已趋近室温;波形钢腹板弯折角处焊缝的最大Von Mises应力为395 MPa,远高于材料的屈服强度;腹板表面距焊缝0.5 cm处的纵向残余应力高达351 MPa,而波形钢腹板表面的横向残余应力呈抛物线形式波动,最大值为48.5 MPa;波形钢腹板工字形梁上的焊接残余应力以纵向应力为主,且主要分布于距焊缝20 cm的范围内. 研究结论可为实际工程中波形钢腹板工字形梁的残余应力消除提供参考依据.     

腹板开孔冷弯槽钢梁直接强度法研究

直接强度法(direct strength method,DSM)是预测冷弯型钢受弯构件承载力行之有效的设计方法,该方法兼顾了构件发生畸变屈曲和局部-整体相关屈曲两种主要的屈曲破坏模式,计算过程相对简单,应用性强,应用范围广,具有较为广阔的发展前景。为了进一步完善腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式,为我国《冷弯型钢结构技术规范》的新一轮修订及工程设计提供参考,对已有的360组腹板开孔冷弯槽钢梁的试验数据及有限元参数分析数据进行了整理,将数据结果与现行北美冷弯型钢结构设计规范(NAS)(2016)中腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式曲线进行了对比。比较结果表明,对于绝大多数腹板开孔冷弯槽钢梁而言,NAS(2016)中DSM的承载力预测结果是偏于不安全的,其中对于发生以局部屈曲为主破坏的开孔梁的预测结果偏差尤为显著。最后,基于已有的试验结果、有限元参数分析结果和弹性屈曲临界应力求解方法,得到了适用于腹板开孔冷弯槽钢梁承载力设计的DSM修正公式。     

折线先张法预应力工字梁受力性能试验

为克服直线先张法的预应力筋不能弯折而使桥梁跨径受限,以30 m折线先张法预应力混凝土工字梁为研究对象,研究折线先张法工字梁在弹塑性阶段的应力、变形、裂缝和承载能力,进行理论计算及静载破坏试验,并利用Midas Civil有限元软件的psc程序计算,对比静载试验与有限元模型。结果表明：在弹性阶段,荷载与混凝土应变、挠度的试验曲线均呈线性变化;跨中截面和3L/8截面为梁体应变的危险截面;加载至1～1.4倍的开裂荷载时,L/4、L/2截面挠度变化仍基本处于线性增大状态,斜率约为按弹性阶段计算的2倍;当出现第一条裂缝后,随着荷载的增加,裂缝继续向工字梁腹板延伸,跨中底板及腹板附近出现新裂缝,但未出现梁端剪切裂缝或破损现象。预应力混凝土工字梁的应力、挠度校验系数均小于1,表明折线先张法工字梁的抗弯和抗剪承载能力、强度、刚度、抗裂性均满足设计及规范要求。     

变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算分析

为了得到便利的变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算方法,对同时受弯矩、轴力、剪力作用的箱梁微段进行研究。基于静力平衡条件和材料力学正应力计算理论,推导了箱梁微段在弹性阶段的剪应力解析计算式。以受集中力的悬臂梁为例,解析法与ABAQUS的模拟结果基本吻合。波形钢腹板承剪比分析表明:腹板在近悬臂端的承剪比远未达到100%,传统的等截面梁剪应力计算方法在变截面梁上的应用还有改进的空间。通过将底板所受拉力的竖向分力考虑为底板上的剪力,近似求得了腹板剪力,并定义安全因子用以判断所得剪力是否偏安全,经修正后最终得到了合适的简化方法。     

高强混凝土深梁裂缝分布规律与分形性研究

高强度混凝土梁梁在剪力作用下裂缝的形成，扩展和分布十分复杂，本文借助模型实验获得了高强混凝土深梁在剪力作用下的裂缝分布规律，应用分形几何理论研究了裂缝分布的自相似性。研究表明，所形成的裂缝有很好的自相似性，分形维数可描述裂隙化程度，且剪力，挠度与分形维数具有明显的量化关系。     

复合材料层合梁的横向剪应力分析

根据双重迭加方法所导出的位移场模型以及相应的位移形式的平衡方程,对于简支层合梁受一般载荷作用下的问题,简化成求解其代数方程组的问题,所得计算结果与三维弹性解进行了详细的比较。     

实心截面梁剪切弯曲剪应力的计算

提出构造剪应力因式函数的凑应力法.这种方法可以解决菱形、六边形等侧边不光滑的多边形和其它一些侧边不光滑截面的弯曲剪应力近似计算问题.将它与扩充的儒拉夫斯基公式合用,可较好地解决常见实心截面梁的此类问题.     

强化材料梁剪切弯曲时剪应力分析

塑性理论对线性强化弹塑性材料在剪切弯曲时横截面上的剪应力分布，由于无法给出相应的屈服函数而不能得解析解。文中利用一个简单直观的方法，解出了对称截面情况下的剪应力分布。     

梁腹板开圆孔节点的分析模型

在距柱表面一定距离的梁腹板上开设一定大小的孔洞是改善钢框架结构抗震性能的一种有效手段,文中结合试验结果提出了梁腹板开圆孔节点的分析模型.为了能够在结构的弹塑性分析中考虑梁腹板开圆孔节点的影响,除在梁端、柱端设置塑性铰外,还应在腹板孔削弱处增设塑性铰.新增塑性铰位于腹板削弱区域最危险截面处,其弯矩-转角关系与普通实腹式钢梁一致,仅屈服点存在一定的差异.利用该模型对梁腹板开圆孔节点的拟静力试验及含梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能试验进行了模拟,其结果能满足工程要求.