闭口型压型钢板—混凝土简支组合楼板承载力的影响参数分析

压型钢板—混凝土组合板两材料之间的接触和相关力学性能较为复杂。为了表明一种闭口型压型钢板—混凝土组合板的承载性能,采用非线性有限元分析软件ABAQUS对混凝土强度、压型钢板屈服强度、纵向剪切强度给予整体承载性能的影响进行了参数分析。并建议采用简化纵向剪切强度—水平滑移关系的有限元建模方法,而其计算结果与力平衡法而得到的有限元分析结果和欧洲规范4设计计算结果进行了对比。结果表明,对组合板的承载性能给予最大影响的因素之一为纵向剪切强度。并且建议的修正有限元模型结果具有良好的准确性。     

组合板纵向抗剪承载能力的简化计算方法

压型钢板与混凝土界面的纵向剪切-粘结破坏是控制组合板承载能力的破坏方式。在试验研究和有限元分析的基础之上,基于欧洲规范的部分连接法,引入代表抗剪连接程度的折减系数η,提出了简支压型钢板-混凝土组合楼板纵向抗剪承载能力的简化计算方法;针对组合板中最为常用的抗剪栓钉的端部锚固形式,通过试验研究和有限元参数分析,再与各国规范的比较和讨论,考虑了栓钉尺寸和数量、混凝土强度和弹性模量、组合板荷载分布和尺寸等因素,提出了端部锚固组合板剪切-粘结破坏时承载能力的改进计算方法。简化计算方法可用于具有不同几何形状、压纹类型和荷载分布情况的组合板。采用简化计算方法得到的结果与不同研究者的试验结果对比后显示出较好的一致性,可供工程设计参考。     

考虑滑移的压型钢板-轻骨料混凝土组合板抗弯性能研究

基于压型钢板-轻骨料混凝土组合板受弯试验及有限元分析,研究了压型钢板厚度、组合板厚度及钢板强度等因素对组合板受弯承载力的影响。探究了栓钉的组合效应及压型钢板与轻骨料混凝土交界面之间的相对滑移问题,针对带栓钉的组合板,提出了考虑压型钢板和轻骨料混凝土之间黏结滑移的抗弯承载力计算式。     

钢管混凝土柱与组合梁端板连接的非线性有限元分析

为了研究钢管混凝土组合框架梁柱半刚性连接的受力性能与破坏形式,本文采用ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁端板连接的非线性有限元模型。该模型考虑了材料非线性、几何非线性和复杂接触问题,确定了钢管核心混凝土和楼板混凝土的本构关系模型、各组件的复杂接触关系。研究了组合节点的柱端水平荷载-水平位移关系曲线和破坏形式,并用试验结果验证了计算结果的准确性。进行了大量的参数分析,获得了在正、负弯矩作用下影响组合节点极限承载力和初始刚度的主要参数。研究结果表明:所建立的钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁端板连接的有限元模型具有较好的准确性,可以为半刚性钢管混凝土组合框架的理论研究提供参考依据。     

开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合板有限元分析及参数研究

采用有限元软件ABAQUS对带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板进行了三分点加载模拟,有限元中考虑了混凝土的非线性本构关系、钢板与混凝土之间的非线性接触关系。将模拟结果与试验数据进行对比,结果表明:有限元分析能较好地模拟钢-混凝土组合板的受力全过程。在探讨误差产生的原因的同时,对影响组合板受力性能的因素进行分析。结果表明:孔距和贯穿钢筋对组合板的抗弯极限承载力影响较小,对组合板的刚度影响较大。最后提出了带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板的抗弯承载能力理论计算公式,对参数进行重要性分析后得到满足实际工程应用的简化计算方法。     

钢混凝土组合桁架的纵向剪切力

钢混凝土组合桁架中钢和混凝土界面的纵向剪切分布一般是高度非均匀,在桁架节点出现峰值。对两个钢混凝土组合桁架梁的性能进行试验研究,所获试验结果对ANSYS软件包的非线性三维数值有限元模型进行校准。对30多个空腹板简支桁架中跨剪切变量进行研究,包括不同的荷载-滑移关系。在弹性阶段,尤其重要的是连接点受疲劳荷载导致塑性区的塑性重分配,使桁架节点连接处出现独特的剪切流峰值。数值结果与欧洲规范4进行比较,详细探讨了桁架节点剪切连接的增浓作用的影响。最后,对实际设计提出建议。     

波形钢腹板与混凝土底板连接构造受剪承载力研究

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

基于ABAQUS的钢板混凝土板平面外弯剪性能的非线性有限元分析

以钢板混凝土板的平面外弯剪性能试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢板混凝土板的非线性有限元模型,模拟弯剪破坏、剪切破坏、钢板剥离破坏3种破坏形态下构件的受力性能。模型考虑了材料的非线性、钢板与混凝土的接触和栓钉的滑移模型,计算结果与试验结果吻合良好。利用有限元模型,对影响钢板混凝土板面外受力性能的主要参数进行了分析,包括栓钉间距、钢板厚度。结合试验现象和有限元分析结果,指出了钢板混凝土板面外受力性能随参数变化的原因,并提出了在一定情况下不同破坏形态之间转化的参数临界值。结果表明:可以通过对栓钉间距与钢板厚度的控制来使得钢板屈服,从而保证无抗剪钢筋的钢板混凝土板在平面外可以达到弯剪破坏形式。     

钢-混凝土组合梁的简化非线性模拟

建立有效的宏观模拟方法,研究钢-混凝土组合梁的非线性性能,考虑了材料非线性和混凝土板与钢梁之间的表面滑移。通过组合梁宏观模拟和试验的对比,分析了这种方法的有效性。对单调正、反弯曲下的4根足尺组合梁进行了试验研究。结果表明:通过宏观模型能获得组合梁的非线性荷载-位移性能的重要特征。宏观模拟方法对简化形式和准确度做了权衡,是进行有限元分析的可行方法。采用数值宏观模型,进行负弯矩下钢-混凝土组合梁的参数研究,包含:混凝土板的受压强度、型钢翼缘和腹板的屈服强度、剪切连接程度。最后,对加载过程中的滑移和其对组合梁性能的影响进行了分析。     

Shear bond mechanism of composite slabs — A universal FE approach

The strength of concrete slabs composited with cold-formed profiled steel decks is normally governed by the longitudinal shear bond failure at the steel concrete interface. The design methods for the longitudinal shear bond strength adopted in the current construction practice such as the m-k method and partial interaction method all based on the full-size tests, which are expensive and time consuming, however are also semi-empirical. A universal FE approach of composite slabs is presented, in which the shear bond interaction between the steel deck and the concrete is treated as a contact problem considering adhesion and friction. Both geometrical and material nonlinearities are all considered in the FE model. The preliminary FE analysis is verified in simulation of the pull-out tests as far as the cohesion and the frictional bond of the contact interface are considered. The fine FE analysis using the contact model is further carried out in study of the composite slabs in flexural bending. The FE analysis based on the nonlinear contact concept is verified and validated by comparing the test results for both the pull out and bending tests of the composite slabs. Comparisons of the experimental and the FE analytical results indicate that the FE analysis based on the interface contact model, agree well with the test results, and is capable of predicting the performance and the load carrying capacity of composite slabs.     

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力研究

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力受楼板叠合面的纵向抗剪能力控制。本文通过3组组合楼板的荷载试验,研究了单跨简支组合楼板和两跨连续组合楼板的极限抗剪和抗弯性能。试验结果表明:组合楼板的极限承载能力受叠合面的纵向抗剪能力控制;与简支组合楼板相比,连续组合楼板承载能力有明显提高,跨中挠度显著减小,端部支座剪力出现滑移时与简支板端部剪力值相近,显示了连续组合板的端部滑移与剪力的关系与简支板的情况相似。但与简支组合板不同的是,连续组合板端部出现滑移后,其极限承载能力明显高于相同跨度简支板极限承载力。根据试验结果,得到了组合楼板叠合面纵向抗剪能力的计算公式。在组合楼板的承载力设计中,应对支座端部的竖向剪力进行叠合面的纵向抗剪能力验算,文中提出了连续组合楼板的承载力计算方法。     

压型钢板-混凝土组合楼板设计中的若干问题

针对钢 混凝土组合楼板叠合面的抗剪强度、连续组合板设计的纵向抗剪强度和剪跨以及端部锚固对板承载力的影响等问题进行了讨论和分析。在组合楼板的承载力设计中 ,应对支座端部的竖向剪力进行叠合面的纵向抗剪强度验算。对于连续组合楼板 ,可采用连续跨中正弯矩区的长度与简支楼板跨度等效的原则进行剪跨计算。端部锚固栓钉对组合楼板纵向抗剪强度的贡献可采用量化的公式进行计算     

New evaluation and modeling procedure for horizontal shear bond in composite slabs

A new method for modeling the horizontal shear bond in steel deck-concrete composite slabs is proposed. The method considers the slab slenderness as the strength parameter that affects the accuracy of horizontal shear bond modeling. A calculation procedure called the Force Equilibrium method is developed to generate shear bond stress versus end slips relationship (shear bond property) from bending tests. An interpolation procedure is also presented to estimate the shear bond property curves for slabs of varying slenderness using two sets of bending test data. The shear bond property curves are applied to connector elements of finite element models to model the horizontal shear bond behavior in composite slabs. The results of this study show that the shear bond of composite slabs under bending varies with the slenderness parameter, and hence influences the slab strength and behavior, as well as affecting the accuracy of the finite element analyses. The finite element analyses conducted on slabs with different slenderness utilizing a single shear bond property, which are not varied according to the slenderness parameter, may lead to either safe or unsafe results, depending on the geometry of the slabs.     

对组合钢梁-预制空心板中栓钉连接件的性能分析

在钢-混凝土组合梁中,剪切连接件的机械作用使得纵向剪力转移到钢翼缘/混凝土板的接合处。这种转移能力取决于剪切连接件的强度和混凝土板抵抗由剪力高度集中所导致的纵向开裂的能力。大多数对组合结构的分析都集中在传统的钢筋混凝土和金属面板结构,而对预制空心板中栓钉的剪切能力研究很少。本文对带栓钉的预制空心板组合梁结构提出标准的推力试验方法。一共进行7组测试性试验,试验结果显示新方法符合钢筋混凝土楼板规范要求。在确定这个新的标准方法后,对栓钉进行了72个足尺推力试验,确定了该类型连接件的性能,通过分析试验结果,还指出了各类参数对连接件强度和延性的作用。本文还提出了这种剪力连接件的设计公式。     

组合楼板横向剪切粘结分析及模拟方法

提出压型钢板-混凝土组合楼板横向剪切粘结性能的模拟方法,考虑影响模拟准确性的楼板长细比和强度参数。采用力平衡法推导出抗弯试验中剪切粘结应力与端部滑移量的关系(剪切粘结特性)。建立方程,利用2组抗弯试验数据,估计不同长细比下楼板的剪切粘结特性曲线。将该剪切粘结特性曲线应用于有限元模型中的连接单元,模拟组合楼板的横向剪切粘结性能。结果表明:组合楼板受弯下的剪切粘结性能随长细比变化,并影响楼板承载力、性能及有限元分析的准确性。采用不随长细比变化的剪切粘结特性对楼板进行有限元分析,分析结果并不可靠。     

压型钢板-混凝土组合楼板纵向受剪承载力试验研究

针对组合楼板主要的破坏模式——纵向剪切破坏进行分析,对8块U76型压型钢板-混凝土组合楼板进行了静力试验。试验结果表明:组合板越厚、剪跨越小、剪力横向钢筋越多,组合板纵向受剪承载力就越高。通过与无栓钉组合板的试验结果比较分析,表明组合板中剪跨区的栓钉,能极大地提高受剪承载力;并通过试验得到组合板的荷载-纵向相对滑移关系曲线图,采用欧洲规范4的建议公式,以试验数据为依据,回归得出组合楼板的剪力粘结系数m、k,为该种楼板的工程设计提供参考依据。     

Capacities of headed stud shear connectors in composite steel beams with precast hollowcore slabs

In steel-concrete composite beams, the longitudinal shear force is transferred across the steel flange/concrete slab interface by the mechanical action of the shear connectors. The ability of the shear connectors to transfer these longitudinal shear forces depends on their strength, and also on the resistance of the concrete slab against longitudinal cracking induced by the high concentration of shear force. Most of the research in composite construction has concentrated on the more traditional reinforced concrete and metal deck construction, and little information is given on shear capacity of the headed studs in precast hollowcore slabs. In this paper, a standard push test procedure for use with composite beams with precast hollowcore slabs is proposed. Seven exploratory push tests were carried out on headed studs in solid RC slabs to validate the testing procedures, and the results showed that the new test is compatible with the results specified in the codes of practice for solid RC slabs. Once a standard procedure is established, 72 full-scale push tests on headed studs in hollowcore slabs were performed to determine the capacities of the headed stud connectors in precast hollowcore slabs and the results of the experimental study are analysed and findings on the effect of all the parameters on connectors’ strength and ductility are presented. Newly proposed design equations for calculating the shear connectors’ capacity for this form of composite construction are also be given.     

Inelastic behaviors of steel shear tab connections

Inelastic behaviors of shear tab connections commonly used in modern steel buildings are investigated in this work. Full‐scale steel shear tab connections with and without concrete slab physically tested by other researchers are closely simulated by non‐linear finite element (FE) method. Different nonlinear FE features (inelastic materials, surface‐based contacts and large geometric options) are included, and different solution strategies (Newton method and Explicit Dynamic method) are employed to balance computational effort and solution accuracy. The simulations extend our understandings on shear tab connections at micro levels, including stress distribution in the connection zone, movement of the neutral axis along the beam sections and normal stress distributions along steel shear tabs and concrete slabs. It is found that the shear tabs contribute to flexural strength of the beam‐to‐column connection and the elastic–plastic theory explains the observed behavior well only when concrete slab is not present. The composite steel shear tab connections have unsymmetrical behavior under negative and positive bending moments. The compressive concrete slabs significantly increase the flexural stiffness and strength of composite shear tab connections. It is also verified that the shear studs near steel columns play a key role for the composite connections. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢筋钢纤维高强混凝土板冲切承载力

通过对6块尺寸为1 800 mm×1 800 mm×150 mm钢纤维高强混凝土板的冲切试验,研究混凝土强度等级和钢纤维体积率对板冲切极限承载力的影响。结果表明:钢纤维高强混凝土板冲切破坏之前的变形主要是弯曲变形,钢纤维的掺入提高了钢筋混凝土板的冲切承载力。在试验结果的基础上,运用统一强度理论和塑性极限分析方法,建立钢筋钢纤维高强混凝土板冲切极限承载力的计算公式。