型钢混凝土结构的设计与施工

对型钢混凝土结构的主要设计方法进行了分析,对我国两部规程中有关型钢混凝土梁的正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力、偏心受压构件、剪力墙和梁柱节点的计算理论和计算方法进行了比较分析,并对型钢混凝土结构施工要点进行了讨论,以供工程设计与研究参考。     

关于钢板-混凝土组合剪力墙正截面承载力计算公式的探讨

JGJ 138-2012《组合结构设计规范》(报批稿)中的钢板-混凝土组合剪力墙正截面偏压承载力计算公式虽与实验数据吻合较好,但相对工程实践中出现的一些情况并不完全适用。经分析后建议宜选取与端部边缘构件纵筋设计强度较接近的型钢,否则应按不同设计强度分别计算相对界限受压区高度并取较小值。钢板-混凝土组合剪力墙偏压正截面计算公式中的剪力墙竖向分布筋及内置钢板抗弯承载力贡献项中宜增加修正系数,以免高估其对剪力墙抗弯承载力的贡献。     

型钢混凝土柱设计方法与施工工艺研究

为探索型钢混凝土柱的设计方法与施工工艺,分别对轴心受压、偏心受压的正截面承载力和斜截面承载力进行分析,给出了建议的承载力计算公式,并绘制了实用的简化型钢混凝土柱表供设计使用;对型钢混凝土柱的保护层厚度、最小配箍率、轴压比进行了研究,从构造要求上对型钢混凝土柱的抗震性能进行控制;同时,总结了型钢混凝土柱的关键施工工艺,并对施工中可能遇到的钢筋冲突问题给出了建议。     

不同配筋形式混凝土剪力墙受剪性能试验研究

通过13片高宽比为1.5、轴压比为0.5的不同形式混凝土墙抗震性能试验研究,对比了不同形式剪力墙受剪破坏形态、极限承载力及延性性能。试验表明:截面两端设置型钢、钢管或核芯柱的混凝土墙及墙内设置型钢或钢筋暗斜撑的混凝土墙,可不同程度地提高剪力墙受剪承载力及延性;增加墙体分布筋配筋率也可提高剪力墙受剪承载力,但配筋率过高时,其延性很差。提出了两端设置型钢及墙内设置暗斜撑的混凝土剪力墙受剪承载力设计计算公式,计算结果与试验比较吻合。还提出了剪力墙受剪截面控制条件的建议公式。     

型钢混凝土偏心受压构件正截面受压承载力计算方法及试验验证

型钢混凝土偏心受压构件是组合结构中的主要结构构件,其正截面受压承载力的计算方法在各国组合结构规范中都有规定。主要介绍在试验研究基础上,以平截面假定为基础建立的型钢混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,以及承载力计算值与试验实测值的比较,二者吻合良好。此计算方法已列入《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)、《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)。     

型钢混凝土结构(SRC)设计规程比较

首先对日本及欧美等国外有关型钢混凝土(SRC)结构的设计规程进行了介绍,并简单介绍了我国现有的关于型钢混凝土(SRC)结构的两部规程《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082-97)及《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001)的编制背景和依据。对两部规程中有关型钢混凝土梁的正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力、型钢混凝土(SRC)偏心受压构件、剪力墙和梁柱节点的计算理论和计算方法进行了重点比较分析,并结合型钢混凝土(SRC)梁、型钢混凝土(SRC)偏心受压构件和梁柱节点承载能力的计算实例,对两部规程的应用方法、计算步骤和计算结果做了比较分析,为使用两部型钢混凝土结构设计规程提供参考。     

双钢板混凝土组合剪力墙斜截面承载力计算方法

分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明,剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征,无轴压力作用时,墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝,表面钢板发生45°剪切屈曲;轴压力可提高墙体的斜截面承载力;当剪跨比小于0.85时,随剪跨比减小,墙体受剪承载力增大,当剪跨比大于0.85时,剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大.在此基础上,提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型,即当墙体达到极限状态时,钢板可视为45°分布式斜拉杆,混凝土可视为45°分布式斜压杆,拉压杆相互垂直.进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式,并通过拟合试验结果,考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响.公式计算结果与试验结果吻合良好.     

钢板剪力墙研究及工程应用

对纯钢板剪力墙、内置钢板混凝土组合剪力墙、外包钢板混凝土组合剪力墙三类剪力墙进行综合研究,给出了3种钢板剪力墙特性及设计方法,同时中国建筑千米级摩天大楼为载体,对外包钢板混凝土组合剪力墙进行研究。研究表明:此3种钢板剪力墙结构延性好、耗能能力强,具有良好的抗震性能;纯钢板剪力墙结构非常适用高烈度区普通结构或350 m以下的超高层建筑;内置钢板混凝土组合剪力墙刚度大、强度高、延性好,可充分发挥混凝土和钢材2种材料的特性,但施工非常复杂;外包钢板混凝土组合剪力墙是一种新型剪力墙,对使用高强度、高性能混凝土和钢材没有限制,该种墙体更容易满足抗震性能化要求,且施工方便,工业化程度高;3种剪力墙均满足平截面假定,可采用纤维元的方法计算钢板混凝土组合剪力墙承载力。     

内置钢板-混凝土剪力墙抗剪承载能力模拟研究

内置钢板-混凝土组合剪力墙在钢筋混凝土剪力墙截面中配置钢板,充分发挥了钢筋混凝土和钢板的作用,其抗弯、抗剪性能有了明显提高。本文通过ABAQUS有限元软件建立组合墙体的精细化模型进行数值分析,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证模型的正确性。随后通过36组模型研究了钢板厚度、混凝土强度和轴压比对组合墙体抗剪承载力的影响。最后结合中国、美国和日本的相关结构设计规范,对内置钢板-混凝土剪力墙的斜截面受剪承载力计算公式提出修改建议。     

平安金融中心钢-混凝土组合剪力墙设计分析

在钢筋混凝土剪力墙中两端设置型钢暗柱、中部设置钢板,形成钢-混凝土组合剪力墙结构,能充分发挥钢-混凝土组合结构优势,提高剪力墙承载力,减小截面厚度,改善结构抗震性能。采用有限元软件ABAQUS对平安金融中心核心筒区域钢-混凝土组合剪力墙进行了计算分析。结果表明,对于钢-混凝土组合剪力墙,只要构造设计合理,内埋的型钢、钢板与钢筋混凝土在达到极限承载力前是协同工作的。     

钢板带加强型型钢混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究

为进一步改善一字型内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙的抗震性能,设计和完成了2个剪跨比为1.0的钢板带加强型内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙低周往复水平加载试验,并与1个未设置钢板带的内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙进行对比分析。试验结果表明:钢板带的设置使剪力墙的水平承载力有显著提升,极限位移角提高20%左右,满足了相关规范极限位移角大于1/100的要求;钢板带的设置使试件破坏模式发生变化,总耗能有大幅度提升;钢板带的设置要适度,不能过强,以免形成新的薄弱区。     

混凝土剪力墙受剪承载力计算

依据收集到的313片混凝土剪力墙受剪性能试验资料,对我国现行《混凝土结构设计规范》推荐的剪力墙受剪承载力公式的可靠性进行了分析;分别采用我国规范混凝土剪力墙受剪承载力计算模式、混凝土偏心受压构件受剪承载力计算模式和美国ACI规范剪力墙受剪承载力计算模式,用回归分析方法建立了相应的剪力墙受剪承载力计算公式。分析结果表明,现行规范推荐的剪力墙受剪承载力公式的计算结果为试验结果的偏下限值,具有91.7%的保证率;而用上述3种计算模式建立的剪力墙受剪承载力公式,亦采用试验结果的偏下限值,均具有不低于95%的保证率。建议以我国规范的混凝土偏心受压构件受剪承载力计算模式为基础建立的公式,可作为混凝土剪力墙受剪承载力计算公式。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

预制装配式双开孔钢板部分约束砼组合剪力墙板抗震机理研究

基于已有外包钢板剪力墙研究成果,考虑钢板开孔形状、开孔尺寸、混凝土强度、钢板厚度等设计参数,连接件采用栓钉连接,利用有限元软件ABAQUS建立新型双开孔钢板部分约束砼组合剪力墙板的力学模型,并对其进行了单调荷载受力机理的数值模拟,对比分析了各设计参数的影响规律。研究结果显示:开孔双钢板混凝土组合剪力墙充分发挥了钢板拉力场和混凝土压力场协同作用,其受力机理与外包钢板混凝土组合剪力墙相同,且开孔措施可显著改善混凝土耗能损伤进程;单调荷载作用下,混凝土强度、钢板厚度和钢板开孔大小等参数对初始抗侧刚度、屈服承载力和极限承载力影响明显;结合利用现有交叉斜杆模型理论,提出了未考虑轴压力作用时开圆孔双钢板剪力墙斜截面受剪承载力计算方法,且计算结果与模型模拟吻合较好。相关研究成果为后续研究和工程应用提供了理论参考。     

型钢混凝土偏压构件微小偏心时的正截面承载力计算

对微小偏心时型钢混凝土偏压构件混凝土截面极限压应变与轴力偏心距的关系进行假定,推导出混凝土、钢筋及型钢的应变与应力,建立了计算型钢混凝土偏压构件微小偏心时的正截面承载力的N-M相关方程.     

型钢再生混凝土组合柱正截面受力性能的有限元分析

采用OpenSees作为有限元分析平台对6根型钢再生混凝土轴压试件和9根偏压试件进行受压静载试验全过程的非线性数值模拟,分析了再生混凝土取代率、长细比及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱轴心受压承载力的影响和再生混凝土取代率、相对偏心距及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱偏心受压承载力的影响。在分析中,选用基于柔度法的纤维模型进行型钢再生混凝土柱的静力非线性分析,并结合梁柱杆件单元,根据不同的材料属性对型钢再生混凝土柱正截面进行精细划分,来实现型钢再生混凝土柱的模拟技术。与试验的对比分析表明,OpenSees能够有效地模拟型钢再生混凝土柱正截面的受力和变形过程,具有较好的计算精度。     

型钢混凝土中高剪力墙正截面受弯的开裂荷载和极限荷载的计算方法

为了研究两种型钢混凝土剪力墙(内置型钢框架的混凝土剪力墙和内置型钢桁架的混凝土剪力墙)在受弯情况下的正截面受力状态,以这两种型钢混凝土中高剪力墙和普通钢筋混凝土中高剪力墙在无轴力作用下的单调和反复水平加载试验为基础,通过力学分析和参考现有规范,主要考虑型钢组件对墙体受弯性能的影响,提出了此两种型钢混凝土中高剪力墙在受弯状态下正截面开裂荷载和极限荷载的计算方法,进一步提出了简化计算方法,并将计算结果与试验结果进行比较验证,为此种构件的工程设计提供算法。     

偏心受拉钢筋混凝土剪力墙受剪性能试验研究

对4个偏心受拉钢筋混凝土剪力墙试件进行了静力试验研究,研究发现：对于小剪跨比试件,轴拉力可以改善试件延性,同时降低剪力墙的受剪承载力和侧向刚度;提高剪力墙中的竖向分布钢筋配筋率可提高偏心受拉剪力墙的斜截面受剪承载力。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中偏心受拉剪力墙斜截面受剪承载力计算公式可满足工程设计安全要求,但是该公式中未考虑竖向分布钢筋的贡献,对于竖向分布钢筋配筋率较高的剪力墙计算结果偏保守。提出了考虑竖向分布钢筋贡献的偏心受拉剪力墙斜截面受剪承载力计算式,同时,提出了偏心受拉剪力墙的设计建议,以期为实际工程设计提供参考。     

型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构承载力及试验验证

框支剪力墙结构可以提供建筑底层大空间,因此在实际工程中被广泛地采用。为提高其抗震性能,提出型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构加以改进。介绍了框支剪力墙内力简化计算方法和两种型钢混凝土柱正截面设计公式,给出型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构承载力确定方法,并进行了一榀1/4缩尺模型在竖向荷载和单调水平荷载作用下的静力试验作为验证。     

钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究

通过11片高宽比为1.5、轴压比为0.5的钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究,对比了不同连接形式钢板-混凝土组合墙受剪破坏形态、极限承载力及延性性能。试验表明,钢板-混凝土组合墙中型钢、钢板与混凝土可很好地协同工作,而且四周焊接的钢板-混凝土组合墙可大幅度提高受剪承载力,而延性与普通配筋墙相当或略高;采用连接板与周边型钢连接的钢板-混凝土组合墙,其承载力提高幅度取决于连接板的强度,延性性能较好。基于承载力叠加原理提出的钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力设计计算公式与试验结果吻合较好,并具有适当的安全度,同时还提出了钢板-混凝土组合剪力墙受剪截面控制条件的建议公式。