单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏心受压性能,进行8根单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压试验,分别研究不同加载方向十字型钢偏心率和荷载偏心率对试件破坏模式、侧向挠度、荷载-挠度曲线和极限承载力的影响规律,建立该组合柱正截面受压承载力计算方法。结果表明:根据荷载偏心率的不同,组合柱表现出小偏心受压破坏和大偏心受压破坏两种形态,组合柱截面应变符合平截面假定。正向偏心时,十字型钢偏心率增大,试件极限承载力和变形能力小幅降低;负向偏心时,十字型钢偏心率对发生小偏心受压破坏的试件偏压性能影响较小,发生大偏心受压破坏的试件极限承载力随十字型钢偏心率增加略有提高;荷载偏心率增大,试件初始刚度和极限承载力降低。将单轴对称十字型钢偏于安全地换算成H型钢,采用规范JGJ 138?2016计算换算截面试件偏压承载力,计算结果偏于保守,采用该文提出的方法计算的试件偏压承载力与试验值吻合较好。     

不锈钢焊接箱形截面压弯构件弯曲屈曲试验研究

为了研究不锈钢焊接箱形截面压弯构件的弯曲屈曲,该文对5根奥氏体型和5根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了偏心受压试验,试件长细比在55~85,荷载偏心距分别设计为50 mm、60 mm、70 mm,并且在试验前对试件的初始弯曲和荷载初偏心进行了测量。根据试验结果对构件静力承载性能进行了分析,并将试验结果分别与CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范EN 1993-1-4中不锈钢压弯构件承载力的计算值进行了对比。结果表明:所有构件均发生平面内的整体弯曲失稳,且整体失稳前没有发现明显的局部板件屈曲;构件承载力随着偏心距、长细比的增大而降低;对于双相型不锈钢压弯构件,依据CECS 410:2015和EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全;对于奥氏体型不锈钢压弯构件,依据EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全,依据CECS 410:2015的个别试件计算结果略低于试验结果,但整体偏于安全。     

锈损冷弯薄壁卷边槽钢短柱受压承载力试验研究

为研究锈损对冷弯薄壁型钢短柱受压承载性能的影响,设计加工了6个轴压及6个绕强轴偏心受压短柱试件,首先通过拉伸试验,分析了材料力学性能与锈蚀程度间的关系,然后对试件进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力及变形特征等特性,结果表明:锈损钢材的屈服、抗拉强度、弹性模量及伸长率均随锈蚀程度的增加呈线性下降趋势。锈损未使短柱试件的最终破坏模式发生变化,但随着偏心距的增大,试件由腹板局部屈曲变为以畸变屈曲为主的耦合破坏模式;在相同锈蚀率条件下,轴压试件的极限承载能力较偏压试件退化更明显。采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟,计算结果表明其能够较好的预测试件承载力及屈曲行为。     

弯曲应力作用下的腹板转动约束刚度研究

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对弯矩绕截面强轴作用的冷弯薄壁卷边槽钢腹板,首先构造出一个满足全部边界条件的位移函数,利用迦辽金法求出弯曲应力作用下腹板提供给翼缘板的转动约束刚度近似解析解;接着利用有限元分析软件验证了其计算精度;最后研究提出了具有较高精度的转动约束刚度简化计算公式。研究成果为提出冷弯薄壁卷边槽钢在弯矩绕强轴作用下的弹性畸变屈曲荷载实用计算公式提供了依据和方便。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。     

板件中间V形加劲复杂卷边槽钢轴压构件的稳定性能研究

分别采用有限条数值解法和手算方法对16根轴压简支试件的弹性局部、畸变屈曲临界应力进行了计算,对比了数值解法与手算方法的计算结果,验证了手算方法求解弹性稳定临界应力的有效性。研究了V形加劲复杂卷边槽钢轴压构件的弹性稳定性能。研究表明:V形加劲肋的存在对轴压试件的弹性局部屈曲临界应力影响显著,但对弹性畸变屈曲临界应力影响较小,减小翼缘板件的宽厚比能明显提高截面的弹性畸变屈曲临界应力。     

除尘器壳体双肢组合截面立柱轴压稳定性研究

除尘器壳体围护结构中的立柱因需要支承顶部较宽截面的箱形梁以及承担较大的轴力而设计成双肢H型钢组合截面。利用非线性有限元方法，研究此双肢组合截面柱在考虑初始缺陷情况下承受轴向压力时的稳定性。研究表明，立柱轧制、墙板与立柱焊接产生的残余应力会小幅降低立柱稳定承载力。立柱的失稳形式为柱顶跨段内前翼缘与前腹板组成T形截面整体弯扭失稳与腹板局部失稳同时发生的相关失稳。墙板与两肢间连接墙板作为蒙皮板，为立柱承担部分荷载并约束其侧向变形。连接墙板越靠近前翼缘，立柱的稳定性越好。连接墙板宽度、墙板宽度、墙板角钢加劲肋刚度和节点连接板厚度等因素对立柱稳定性影响较小。仅邻近立柱的墙板和连接墙板增厚可对立柱稳定性有增强作用，远离立柱的墙板壁厚影响较小。立柱稳定系数与H型钢柱翼缘宽厚比的关系不是单调的；立柱绕弱轴弯曲长细比、腹板高厚比的增大会降低立柱稳定性。基于大量非线性有限元计算结果，提出了除尘器壳体中双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的计算建议。     

单轴对称十字型钢混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土柱轴压性能,对9根短柱进行轴压试验,试验参数为十字型钢偏心率、混凝土强度、含钢率和配箍率。试验得到试件破坏形态、荷载-变形曲线、应变变化规律,分析了组合柱受力机理及各参数对其轴压性能的影响,基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该组合柱轴压承载力计算方法。结果表明:试件破坏集中在纵向H型钢偏心方向远侧;型钢、纵筋、箍筋及混凝土协同工作,各种材料强度充分利用;试件轴压承载力和延性随十字型钢偏心率和箍筋间距增大而降低;混凝土强度和含钢率提高,试件轴压承载力提高,但试件延性随混凝土强度提高而显著降低;采用中国JGJ138-2016、欧洲EC4和美国ACI318-14计算的试件轴压承载力均偏低,该文提出的轴压承载力计算方法计算值与试验值吻合良好。     

冷弯薄壁卷边槽钢梁的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式

以既有理论研究成果为基础,结合应用广义梁理论,对冷弯薄壁卷边槽钢在绕截面强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载进行了深入细致的分析。首先基于45个截面冷弯薄壁卷边槽钢梁畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度的近似计算公式;接着对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了分析,提出了精度较高的线性近似计算公式;依据畸变屈曲特征方程,提出了考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;利用以上结果,最后提出了冷弯薄壁卷边槽钢在绕强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式。简化公式具有足够的精度,便于手算,实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考采用。     

考虑局部屈曲的H形截面钢构件单轴压弯恢复力模型研究

考虑局部屈曲影响的恢复力模型是对薄柔框架结构进行抗震分析的基础。为得到H形截面钢构件绕不同主轴压弯的截面层次的弯矩-曲率恢复力模型,对薄柔H形截面钢构件单轴压弯的滞回性能进行了有限元参数分析。基于试验及参数分析结果,建立了考虑板件局部屈曲相关作用引起的各项退化的恢复力模型,该模型按照退化阶段加载刚度是否有滞升现象分成两种退化模型,绕强轴压弯与腹板有屈曲的绕弱轴压弯采用一般退化模型,腹板无屈曲的弱轴压弯采用刚度滞升模型。通过与多个不同宽厚比、轴压比组配截面的试验与有限元分析结果进行对比,证明了所提恢复力模型正确性与适用性。该文提出的模型体现了薄柔H形截面在屈曲后仍具有一定的延性和耗能能力,这表明在抗震设计中是可以利用的,为轻钢体系建筑的性能化设计提供了设计依据。     

钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-混凝土梁节点的核心区受压极限承载力研究

为研究钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-梁节点的核心区受压极限承载力,对8个带上下短柱的弱节点试件进行了加载试验,探讨节点区的破坏形态、峰值承载力以及节点内钢筋的应变特点。试验结果表明:轴压和偏压试件的节点区破坏形态不同;随着初始偏心与节点高度的增大,试件的峰值承载力明显降低,但节点宽度对极限承载力影响不明显。在规范配筋混凝土局压承载力计算公式的基础上,引入节点高度影响系数,并考虑荷载的偏心作用,建立节点区受压承载力计算公式。该公式与试验结果较为符合。     

中间加劲复杂卷边槽钢轴心受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间V形加劲复杂卷边槽钢、腹板及翼缘中间V形加劲复杂卷边槽钢等四种截面形式,共计16根轴压简支柱进行了承载力试验。研究了此类复杂截面轴压构件的极限承载力及变形等特性。试验结果表明:中间加劲肋的存在有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴压构件的极限承载力。与相同条件下的复杂卷边槽钢相比,采用板件中间V形加劲的轴压构件承载效率可提高10%?30%左右。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了分析方法的正确性。在此基础上,利用有限元分析对比了普通卷边槽钢与复杂卷边槽钢轴压构件的极限承载力,结果表明复杂卷边槽钢构件的承载效率高于普通卷边槽钢。     

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。     

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。     

冷弯薄壁型钢受弯构件承载力与延性优化研究

该文旨在通过改变冷弯型钢的截面尺寸来提高其承载力和延性。基于ABAQUS有限元软件建立已有试验模型,计算了不同尺寸下的腹板翼缘加劲截面和腹板加劲的折叠翼缘截面的抗弯承载力及延性,分析了上述2种截面的几何尺寸与抗弯承载力及延性的关系,并采用人工神经网络(ANNs)和遗传算法(GA)对截面尺寸进行优化;采用逼近理想解排序法(TOPSIS)分别确定了2种截面的最佳截面尺寸并提出截面尺寸的优化设计公式。结果表明:对壁厚为1.5 mm的冷弯薄壁型钢构件,在一定范围内增加截面腹板高度可以提高其抗弯承载力,采用较小的平翼缘宽度可以提高其延性,设置加劲肋的措施可以略微增加结构抗弯承载力但显著提高结构延性;在所研究的截面中,腹板加劲的折叠翼缘截面具有更好的力学性能。     

设置横向加劲肋的正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能研究

为避免蜂窝构件腹板局部屈曲造成结构失效问题,设置横向加劲肋对正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能影响应重点研究。该文采用试验和有限元分析方法,研究在往复荷载作用下蜂窝钢梁的破坏模式、局部稳定和滞回性能。试验试件为2根孔间墩板均设置横向加劲肋且开孔率相同但腹板高厚比不同的蜂窝钢梁,并与参数相同的2根无加劲肋蜂窝钢梁相对比。结果表明,在低周往复荷载作用下,孔间墩板均设置横向加劲肋的试件,墩板受到横向加劲肋平面外约束从而减小腹板局部屈曲的影响,破坏主要发生在孔角位置,与无加劲肋的蜂窝钢梁试件相比,设置横向加劲肋试件的滞回性能明显提高。通过分析可知,横向加劲肋布置位置不同,蜂窝梁的破坏形态发生改变,对其滞回性能有较大影响,合理的加劲肋布置位置可有效提高蜂窝钢梁的滞回性能。     

对角槽钢加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙。试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形。槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转而导致加劲效果降低。对角布置的槽钢加劲肋具有较大的抗弯刚度,在弹性阶段提高钢板的弹性屈曲荷载,限制钢板平面外变形;在弹塑性阶段能起到增大拉力带的作用,提高结构承载力。推导了框架柱的剪力、轴力和弯矩计算公式,结果表明对角槽钢加劲形式对边缘构件的附加轴力和剪力作用较大,因此在设计时应考虑加劲肋的支撑作用。     

型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压力学性能研究及承载力计算

为研究横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱的双向偏压力学性能,对两根横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱试件展开了双向偏压加载试验,探究了不同偏心距对试件在双向偏压荷载下的荷载-变形曲线、破坏模态和截面应变发展状况的影响,分析了波纹板与钢管、混凝土之间的相互作用机理。在试验基础上运用有限元模拟,分析了偏心距、加载角度、钢管厚度、波纹板厚度等多种参数对横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压荷载下承载力、延性、刚度等力学性能的影响规律,得出钢管厚度增大柱的极限承载力显著提高,加载角度对极限承载力影响不大等主要结论。最后,参考欧洲《EC4》规范钢混组合柱承载力的计算方法,提出了横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压承载力实用计算公式,以期为工程实践提供参考。