考虑开孔钢板厚度的PBL剪力键力学性能研究

钢-混凝土组合结构中PBL剪力键的力学性能受到多种参数的影响.为了解开孔钢板厚度对PBL剪力键力学性能的影响,进行了6 组24 个PBL 键试件的推出试验,研究PBL 键的静力性能及影响因素;从荷载-滑移曲线出发对PBL 键的传力机理进行分析;研究PBL 键的破坏机理和开孔钢板厚度对破坏模式的影响.试验研究结果表明:开孔钢板的厚度对PBL 键的设计承载力、抗剪刚度和极限承载力都有显著影响;荷载较小时PBL 键的承载能力由混凝土榫抗剪提供,混凝土榫抗剪失效后转由贯穿钢筋抗剪承载;受开孔钢板厚度的影响,PBL 键的破坏形式有贯穿钢筋的弯剪破坏、剪切破坏或开孔钢板的剪切破坏.结合国内典型推出试验的结果,推导了考虑开孔钢板厚度的PBL键承载力计算公式,公式与试验结果吻合良好.     

部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载能力试验研究

为建立部分预制装配型钢混凝土（PPSRC）构件的抗剪承载力计算公式,该文设计并进行了7个试件的静力加载试验,考虑了剪跨比、现浇混凝土强度和截面形式三个变化参数对PPSRC构件抗剪性能的影响。通过分析试件的破坏过程、剪力-位移曲线和剪力-应变曲线,对PPSRC构件的破坏机理和抗剪承载力进行研究。基于试验结果,分析了预制装配型钢混凝土构件抗剪承载力的主要影响因素,依据叠加原理提出了部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载力计算公式。试验结果表明:部分预制装配型钢混凝土构件斜截面破坏形态有斜压破坏和剪压破坏两种形式,预制混凝土和现浇混凝土的协同工作良好;提出的抗剪承载力计算公式可为部分预制装配型钢混凝土构件的设计提供一定的基础。     

装配整体式双向孔空心模板剪力墙受剪性能试验研究

研究了一种新型装配整体式住宅产业化结构构件,即装配整体式双向孔空心模板剪力墙的受剪性能。通过1个钢筋混凝土剪力墙和5个装配整体式双向孔空心模板剪力墙的拟静力试验,研究了其破坏模式和破坏过程,分析了内部接缝、轴压比、剪跨比、水平分布钢筋等参数对其受剪性能的影响。研究表明:装配整体式双向孔空心模板剪力墙的破坏过程和破坏模式与钢筋混凝土剪力墙不同,在水平荷载作用下沿内部接缝出现宏观竖向裂缝,经历整截面墙受力到分缝剪力墙受力的过程,避免了剪切破坏,具有良好的变形能力,但是受剪承载力降低;提高剪跨比,墙体承载力降低,承载力稳定性和变形能力提高;增加轴压比提高墙体的受剪承载力和抗侧刚度;提高水平钢筋配筋率提高墙体的受剪承载力和变形能力。     

用横向钢板增强的PBL刚性剪力键力学性能分析

为提高钢-砼组合结构的界面抗剪能力,将型钢剪力连接件与PBL剪力连接件的构造特点相结合,提出了在开孔钢板间用横向钢板增强的新型PBL刚性剪力键。通过精细化有限元分析,对该刚性剪力键细部受力变形及应力规律进行分析,得到了各部分在界面剪力作用下的力学行为及破坏模式。并根据分析结果,得到了该刚性剪力键的典型荷载-滑移曲线。     

混合结构PBL剪力键的荷载-滑移特征曲线研究

剪力键的荷载-滑移特征是混合结构简化有限元分析的基础。为研究混合结构PBL剪力键(Perfobond strip connectors)群的剪力传递,基于三批24组较大规模的PBL剪力键静载试验,借助于分布式光纤传感测试技术,深入分析了PBL剪力键的受力机理及影响其荷载-滑移的重要因素,提出了PBL剪力键极限承载力的计算公式;根据总体标准差的估算原理及回归分析,归纳出PBL剪力键弹性极限及承载能力极限状态下的荷载-滑移特征,得到了剪力键加载过程的荷载-滑移全曲线表达式。试验研究表明:设置穿孔钢筋的混合结构PBL剪力键具有较高的极限承载力和良好的延性性能,穿孔钢筋对PBL剪力键的荷载-滑移特征影响显著,开孔钢板与外围混凝土间的剪力-摩擦效应是PBL剪力键承载力构成的重要部分;PBL剪力键的弹性极限荷载对应于0.35倍的承载能力极限荷载,其屈服荷载约为极限承载力的0.695倍;荷载-滑移全曲线中弹性段可由直线表征,非线性段曲线服从对数分布。     

低周反复荷载下型钢再生混凝土短柱抗震性能试验研究

通过8个不同再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率下的型钢再生混凝土短柱的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析了不同设计参数对短柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化、延性及耗能等力学性能的影响。试验结果表明:型钢再生混凝土短柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏;试件荷载-位移滞回曲线基本呈梭形;试件达到峰值荷载后,承载力下降较快、变形小、延性较差;再生粗骨料取代率对试件承载力影响不大,延性耗能随着取代率增大而有所减低;随着轴压比的增大,试件承载力提高但延性耗能降低幅度大;随体积配箍率的增大,试件承载力及延性耗能均相应增大。除轴压比较小的短柱外,其余型钢再生混凝土短柱的延性系数均小于3,表明短柱抗震性能较差。因此,在实际工程中应采取相应的措施以改善短柱抗震性能。     

现浇边缘构件的装配整体式齿槽剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配整体式齿槽剪力墙的抗震性能及竖向接缝性能,对1片现浇剪力墙和3片齿槽剪力墙进行了拟静力试验,变化参数包括轴压比和剪跨比。试验结果表明：墙体发生弯曲破坏,齿槽剪力墙与现浇剪力墙承载力和刚度基本相当,具有良好的抗震性能,可满足“等同现浇”的性能需求;位移角为1/1000时,齿槽剪力墙竖向接缝保持完好;位移角大于1/500时,竖向接缝两侧墙体发生竖向错动变形。齿槽剪力墙滞回曲线饱满,位移延性系数大于5,具有良好的变形能力;提高轴压比、降低剪跨比,加速了竖向接缝开裂并促进竖缝两侧相对变形的发展;改变轴压比和剪跨比对齿槽剪力墙承载力和变形性能的影响规律与现浇剪力墙相同;较高轴压力作用时,墙体破坏集中于竖向插筋孔区域形成竖向裂缝,墙角压溃区域减小。采用ABAQUS软件进行有限元分析,模拟骨架曲线及破坏形态与试验结果吻合良好;改变轴压比、剪跨比对墙体性能的影响与试验结果一致,增加横向槽孔尺寸、减少横向槽孔内侧尺寸,对墙体力学性能基本无影响。     

钢管高强混凝土叠合构件受剪承载能力试验研究

结合3个普通钢筋混凝土构件和11个钢管高强混凝土叠合构件的单调加载静力试验,对钢管高强混凝土叠合构件的破坏形态、破坏机理和受剪承载能力开展研究。通过分析破坏特征与荷载-跨中挠度曲线,重点对钢管尺寸、剪跨比和是否焊接栓钉对叠合构件受剪承载力的影响进行分析。试验研究结果表明:试件发生剪切斜压和剪压两种破坏模式;试件的受剪承载力随钢管尺寸的增加而提高;随剪跨比的增大而降低;焊接栓钉可提高试件的承载能力,但作用有限。依据现有规范并结合试验结果,基于桁架-斜压场模型提出了钢管高强混凝土叠合构件的受剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

预制节段UHPC梁接缝抗剪性能的有限元模拟

该文采用有限元软件ABAQUS对预制节段超高性能混凝土(UHPC)梁剪力键接缝的抗剪性能进行了三维精细有限元模拟。模型中同时考虑了材料非线性、几何非线性以及UHPC材料的塑性损伤,模拟得到的荷载-滑移曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好。采用经过验证的有限元模型对剪力键接缝的抗剪性能进行了数值参数分析,结果表明：接缝的抗剪承载力及其对应的滑移随着所施加的侧向应力或UHPC强度的增大而增大,但UHPC抗压强度对抗剪承载力的影响大于UHPC抗拉强度,而且UHPC的抗拉压强度之间无固定的相关规律,因此对于UHPC接缝抗剪承载力的计算应分别考虑抗拉强度与抗压强度的影响;由于剪应力分布的不均匀性,抗剪承载力的计算还应考虑多键块的强度折减效应。此外,对剪力键接缝构造的参数分析结果表明：当键块的宽度和总高度相同时,接缝抗剪承载力随着键块相对高度的减小而增大,但当键块相对高度小于1/2时,接缝的抗剪承载力基本保持不变;当键块总面积以及键块数量相同时,多个键块之间的协同工作能力随键块竖向间距的增大而变强;键块深度对接缝抗剪承载力的影响不大。与目前被广泛采用的普通混凝土接缝抗剪承载力的计算公式对比,有限元...     

钢-UHPC组合结构中栓钉剪力键力学性能研究

为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明:栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。     

CFRP加固钢板的粘结界面剥离破坏

II型界面破坏是碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢板常见的破坏方式之一。为揭示CFRP加固钢板粘结界面破坏的力学机制,开展了单剪试验和双剪试验分别研究了CFRP-钢板界面力学性能及破坏过程,并采用数字图像相关技术(DIC)对CFRP的轴向应变分布进行监测。对比两个试验的破坏模式发现,双剪试件的粘结界面主要发生II型破坏,界面破坏的主要力学原因是剪应力;而存在偏心加载的单剪试件,粘结界面上的剪应力和偏心加载引起的弯矩共同作用,使粘结界面发生I/II型混合模式失效。在II型破坏模式下,不同粘结长度的极限荷载及粘结滑移值随着粘结长度的增大而增大,但当粘结长度超过有效粘结长度后,极限荷载及极限滑移值基本保持不变。而在所讨论的偏心加载引起的界面I/II型混合破坏模式下,不同粘结长度的极限荷载基本不变。基于试验数据得到的双线性粘结-滑移关系建立了有限元模型,对CFRP加固钢板的II型界面粘结破坏行为进行分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。      

吊顶主次龙骨节点受剪和受弯性能试验研究

近年发生的地震中吊顶的震害显著,主次龙骨节点失效是吊顶破坏的主要原因之一。为评估吊顶主次龙骨节点的受剪和受弯性能,对其开展单调加载和低周往复加载试验,考察了节点的破坏模式、承载力、变形能力、滞回性能和耗能能力,建立了节点的易损性曲线。研究结果表明：主次龙骨节点主轴受剪和次轴受剪的破坏模式分别为节点剪切破坏和节点面外弯曲并脱出,主次龙骨节点受弯的破坏模式是节点脆性脱出破坏。对比节点主轴受剪,节点次轴受剪时强度更低,但节点变形能力更强。对比节点主轴受弯,节点次轴受弯时强度更高,但节点转动能力稍低。主次龙骨节点受剪和受弯时的荷载-位移滞回曲线捏拢效应显著,耗能能力不强。易损性分析表明,主次龙骨节点次轴受剪和主轴受弯时更容易破坏。     

斜向加载钢筋混凝土核心筒抗震性能的试验研究

为了研究混凝土核心筒在不同地震作用方向的破坏机理和抗震性能,进行了一个沿主轴45#x000b0;方向和一个沿主轴0#x000b0;方向加载的混凝土核心筒的水平低周反复荷载试验。研究了在不同加载方向下钢筋混凝土核心筒的破坏模式、层间滞回性能、耗能能力、墙肢截面应变、承载力、变形及延性性能、薄弱部位、强度衰减等。结果表明,加载角度对核心筒的破坏模式和抗震性能产生较大影响,增大加载角度,试件的损伤由两片腹板墙体逐渐向所有墙体发展,混凝土核心筒的空间性能发挥的较充分,受力模式发生改变,水平承载力和基底弯矩有一定程度的提高,最大层间位移角变化不大,但其层间延性系数有所降低。     

On the interaction of normal and shear stresses in multiaxial fatigue damage

One of the important issues in assessing multiaxial fatigue damage is interactions between different components of stress such as normal and shear stresses. The present study investigated this interaction effect on the fatigue behavior of materials with shear failure mode when subjected to multiaxial loading conditions. A method is introduced to model this interaction based on the idea that two types of influence are caused by the normal stress acting on the critical plane orientation. These two types of influence are affecting roughness induced closure, as well as fluctuating normal stress which affects the growth of small cracks in mode II. Shear‐based critical plane damage models which use normal stress as a secondary input, such as FS damage model, could then use the summation of these terms. In order to investigate the effect of the method, constant amplitude load paths with different levels of interaction between the normal and shear stresses, as well as variable amplitude tests with histories both taken from service loading conditions and generated using random numbers were designed for an experimental program. The proposed method was observed to result in improved fatigue life estimations where significant interactions between normal and shear stresses exist.     

平板支座抗震性能的有限元研究

为了研究水平荷载下不同砂浆层厚度的平板支座节点的抗震性能及受力机理,该文利用有限元软件ABAQUS,模拟分析了8个砂浆层厚度为0 mm~50 mm的平板支座节点在单调和循环荷载下的破坏模式及承载力曲线,并将模型破坏模式及极限承载力计算值与试验结果进行对比,结果证明该模型可有效对平板支座的滞回性能进行计算分析。有限元计算结果表明,随着砂浆层厚度增加,支座节点极限承载力降低,支座锚栓由剪切变形变为弯曲变形;支座锚栓近似均匀受力;循环加载下平板支座的承载力相比于单调加载降低约30%。在有限元参数分析的基础上,综合考虑了支座锚栓的破坏机制及支座锚栓的变形对平板支座水平承载力的影响,总结平板支座的水平承载力主要由支座锚栓承担的剪力、支座锚栓轴力的水平分量及摩擦力组成,提出了平板支座节点水平承载力的计算公式。同时,在公式中引入折减系数0.7,考虑循环加载对平板支座节点水平承载力的降低。     

传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点抗震性能试验研究及有限元分析

设计并制作了4个比例为1:2的传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点模型,通过低周反复荷载试验研究其抗震性能,得到了传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点的破坏形态、滞回特性、延性等指标。研究表明:传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点试件在加载过程中形成了上、下2个小核心区和中间短柱三个区域,其典型破坏形态是节点下核心区在压剪复合应力作用下的剪切破坏。试件变形以下核心区最大,其次为中间短柱。基于试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟分析,得到的节点破坏形态、应力分布及滞回曲线与试验结果较为吻合。     

可复位桥梁外剪力键性能试验及承载能力评估

在桥梁抗震设计中,剪力键既要限制上部结构横向位移过大以防止发生落梁,又要避免传递过大的横向地震力造成桩基础的损伤,因此通常被设计成牺牲型单元。该文基于一种新型可复位桥梁外剪力键,并结合我国桥梁工程实际,对约束良好的4个新型可复位桥梁外剪力键试件进行单向水平荷载试验,阐明了该新型可复位外剪力键的破坏形态、失效模式和受力机制,分析竖向配筋率对该类新型外剪力键力学特性的影响,建立新型剪力键的承载能力计算公式,且计算结果与试验数据吻合较好。研究结果表明:该类新型剪力键能够有效地减小桥墩盖梁或桥台台帽损伤,且具有位移能力强、易修易换等优点,尤其适用于基于性能的桥梁抗震设计。     

Numerical simulation of reinforced concrete beams with different shear reinforcements under dynamic impact loads

The behavior of concrete/reinforced concrete structures is strongly influenced by the loading rate. Reinforced concrete structural members subjected to impact loads behave quite differently as compared to the same subjected to quasi-static loading. This difference is attributed to the strain-rate influence on strength, stiffness, and ductility as well as to the activation of inertia forces. These influences are clearly demonstrated in experiments. Moreover, for concrete structures, which exhibit damage and fracture phenomena, the failure mode and cracking pattern depend significantly on loading rate. In general, there is a tendency that with the increase of loading rate the failure mode changes from mode-I to mixed mode. Furthermore, theoretical and experimental investigations indicate that after the crack reaches critical speed of propagation there is crack branching. The present paper focuses on 3D finite-element study of reinforced concrete beams with different amount of shear reinforcement under impact. The experiments reported in literature are numerically simulated using the rate sensitive microplane model as constitutive law for concrete, while the strain-rate influence is captured by the activation energy theory. Inertia forces are implicitly accounted for through dynamic finite element analysis. However, the impact was modeled not by explicit modeling of two bodies but by incrementing the load point displacement till the maximum value and at the rate reported from the test. The results of the numerical study show that the numerical analysis using the procedure followed in this work can very well simulate the impact behavior of reinforced concrete beams. The static and dynamic reactions, crack patterns and failure modes as predicted in analysis are in close agreement with their experimentally observed counterparts. It was concluded that under impact loads, of the order as simulated in this work (blunt impact with velocity of around 1 m/s), the shear reinforcement does not get activated and therefore the dynamic reactions, unlike static reactions, are almost independent of the amount of shear reinforcement in the beams. However, the presence of shear reinforcement significantly affects the crack pattern and the cracks are well distributed in the presence of shear reinforcement, thus avoiding the formation of shear plugs.     

缺陷对单搭胶接接头力学性能的影响

通过单向拉伸试验对比分析了两种接头的破坏模式及载荷-位移曲线, 研究了T700/TDE85复合材料单向层合板单搭接胶层内缺陷对接头破坏行为的影响。试验结果表明, 接头破坏的主导模式为界面破坏, 胶层中微小缺陷对接头强度的影响不大。为研究接头的失效机制, 采用有限元方法对两种接头失效进行数值分析, 模拟了接头搭接区界面剥离应力及剪切应力分布情况, 并分析了缺陷位置变化及面积变化对接头强度的影响。结果表明, 随着缺陷位置距接头搭接区自由端部越近, 接头强度越小, 且缺陷位置距接头搭接区自由端部2.5 mm以内, 缺陷对接头强度影响较大; 接头强度随缺陷面积的增大而减小, 并且缺陷面积占搭接区面积的比率在4.4%以内, 缺陷对接头强度的影响较小; 数值计算结果与实验结果吻合较好。