冷弯薄壁型钢增强复合材料夹层梁的受剪性能

冷弯薄壁型钢增强复合材料(GCS)夹层梁由上、下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)面板、轻质芯材和冷弯薄壁型钢组成.将薄壁型钢(压型钢板)嵌入巴萨木芯材内部,以提高其剪切刚度和极限承载力,薄壁型钢和纤维面板之间采用铆钉连接.通过3点弯试验对GCS夹层梁受剪性能进行研究,分析了薄壁型钢厚度、铆钉间距等参数对其剪切受力机理和破坏模式的影响.结果表明:相对于无薄壁型钢增强复合材料夹层梁,GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力分别提高了98％ ～133％ 和71％ ～127％;薄壁型钢厚度对GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力影响不明显;GCS夹层梁剪切破坏模式为巴萨木芯材剪切和GFRP面板与薄壁型钢界面剥离破坏;铆钉能有效抑制GFRP面板与薄壁型钢间界面剥离破坏,提高夹层梁延性性能,间距越小,提高效果越明显.     

冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究

对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 kN集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明:在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 kN集中荷载作用下的跨中挠度。     

冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频研究

对2个冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖试件进行了人平行于梁方向行走、人垂直于梁方向行走、人沿楼盖对角线方向行走以及激励锤冲击4种不同动力荷载工况下的振动试验,研究激振方式和钢丝网布置对组合楼盖自振频率的影响。研究表明:组合楼盖的自振频率不会随着外部激励的改变而发生较大变化,在组合楼盖中设置钢丝网的抗剪构造措施对提高楼盖的自振频率影响较小。采用ABAQUS有限元软件对组合楼盖有限元模型进行数值模拟分析,结果表明:增大楼盖梁板厚和减小楼盖跨度会显著提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频,而改变楼盖面板厚度、楼盖的宽度以及增设扁钢带和刚性支撑件对冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频影响较小。在试验研究和参数分析的基础上,提出可用于计算冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频的简支T形组合梁模型。     

冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板“扭转-恢复-逆向扭转”和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

组合截面冷弯薄壁型钢结构研究进展

冷弯薄壁型钢房屋抗震性能优越,适合工业化建造,在国内外建筑行业已占有一席之地,符合国家“十三五”规划对房屋建筑发展提出的新要求。该文对国内外在冷弯薄壁型钢房屋受力性能的研究成果和相关规范的设计规定进行了全面的综述,发现传统冷弯薄壁型钢房屋在传力机制、受力构件截面种类等方面的不足,提出新型组合截面的冷弯薄壁型钢“非盒子”式的框架结构体系,总结该体系中受力构件、节点以及整体框架受力性能的研究进展,给出了组合柱稳定承载力、节点极限弯矩和初始刚度的计算公式。最后对该类组合截面冷弯薄壁型钢框架结构体系今后需要深入研究的问题提出了建议。     

不同构造措施的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

研究了一种新型钢-混凝土组合墙体,即冷弯薄壁型钢增强的混凝土剪力墙的抗剪性能。通过5个冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙和1个钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验,研究了边缘构件纵筋类型及数量、表面钢模网、冷弯薄壁型钢底部锚固等构造措施对剪力墙抗剪性能的影响。研究表明：配筋合适的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的受剪性能和破坏模式与传统钢筋混凝...     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁（SRRC柱-S梁）组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖基频研究

首先对构造不同的4个足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖模型进行了动载试验。在正常使用阶段,研究了压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距、刚性支撑件、楼盖端部约束构造设置和楼面活荷载对组合楼盖基频的影响;其次采用ANSYS有限元程序对试验模型16种荷载工况的基频进行模拟,验证了有限元分析方法的可行性;接着利用有限元对组合楼盖基频影响因素进行了分析;最后提出了预测楼盖基频的理论公式。研究表明:组合楼盖的基频随楼面活荷载的增加而降低;压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距、楼盖梁间距、跨高比、腹板高厚比的减小和加强楼盖端部约束、增大楼盖梁及混凝土翼板厚度、相邻楼盖梁跨中设置刚性支撑件均能够提高组合楼盖的基频;而改变压型钢板板型和楼盖宽度对基频影响很小;提出的理论公式能够较好地预测组合楼盖基频。     

分布式连接全装配RC楼盖横板向弯曲刚度计算方法研究

在分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)中,板与板之间和梁板之间通过连接件连接以提高楼盖的竖向承载力和平面内刚度。为研究DCNPD竖向承载力计算方法,在试验基础上进行了DCNPD横板向弯曲刚度理论与数值模拟分析。结果表明:DCNPD的竖向承载能力略小于现浇楼盖,远大于不加连接件的装配式楼盖,验证了DCNPD板缝构造横板向传力的有效性;建立了DCNPD横板向弯曲刚度简化分析模型,基于等效梁模型理论提出DCNPD横板向弯曲刚度计算方法,并验证了该方法用于楼盖竖向承载力弹性分析的可行性;楼盖的板缝数和连接件个数对其横板向与整体楼盖的竖向承载能力影响较大,而板缝数的影响更为显著,工程中在运输和吊装条件允许的情况下,宽板预制方案可有效提高楼盖的竖向承载能力。研究成果可为分布式连接全装配RC楼盖的研究应用提供参考和依据。     

钢管混凝土哑铃形截面拱空间受力性能试验研究

进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明:模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。     

平端板连接半刚性梁柱组合节点的初始转动刚度

在现有研究成果的基础上,推导了柱腹板抗压、抗拉和抗剪刚度;钢筋抗拉刚度;柱翼缘和端板抗弯刚度;混凝土楼板抗压刚度等.在此基础上,利用组件法,推导了组合节点初始转动刚度的计算方法、考虑了组合节点承受正弯矩、负弯矩作用的情况.与试验数据比较表明:该方法具有很好的计算精度.给出的初始刚度计算公式,既适用于按照完全抗剪连接设计...     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁负弯矩区力学性能试验研究

为研究圆管翼缘组合梁负弯矩区的力学性能,进行了5根简支组合梁负弯矩作用下的静力加载试验,分析了试验梁的变形、应变发展规律。依据试验梁承载能力极限状态下的受力特性,采用简化塑性理论推导了圆管翼缘组合梁负弯矩区纯弯、纯剪承载力的计算公式,比较了公式对试验梁极限承载力的计算精度。对比EC4、GB 50917-2013、ASCE及Liang等公式的弯剪相关关系及对试验梁极限承载力的计算结果,提出了圆管翼缘组合梁负弯矩区弯剪相关承载力的适用计算公式。研究结果表明:试验梁在试验过程中表现出良好的稳定性和延性性能,最终破坏时伴随发生了局部剪切屈曲、下翼缘侧向屈曲、梁端腹板压屈及钢梁整体弯扭屈曲等4种典型破坏形态;当混凝土翼板受拉开裂后,不计混凝土抗剪作用的计算弹性剪应变分布较为符合实测剪应变曲线;受高剪力、高弯矩相关效应影响,计算负弯矩区圆管翼缘组合梁承载力时应考虑弯剪相关作用;GB 50917-2013给出的弯剪相关关系对试验梁极限抗弯承载力的计算平均值为96%,是综合计算精度与结果安全性的较适用公式。建议在应用所提纯弯、纯剪承载力公式的基础上,采用GB 50917-2013的弯剪相关公式计算负弯矩区圆管翼缘组合梁的弯剪相关承载力。     

填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力分析

为研究填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力的计算方法,对2片空腔墙体和9片填充式墙体足尺试件进行低周往复加载试验,研究墙体在水平荷载作用下的破坏模式,结果表明:空腔墙体的破坏模式为墙面板与龙骨之间的螺钉连接破坏,进而导致墙面板蒙皮作用的失效;填充式墙体的失效模式分为两种:填充材料角部的受压破坏和冷弯型钢立柱的弯曲破坏。基于上述破坏模式,考虑墙面板蒙皮作用和填充材料支撑作用的影响,根据极限平衡理论,提出基于叠加法的受剪承载力计算模型,建立受剪承载力计算公式,该模型能反映自攻螺钉连接强度、填充材料强度和冷弯型钢龙骨强度对墙体受剪承载力的影响;理论计算值与试验值的比值在0.947~1.112,结果吻合较好。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

预弯预应力砼梁的试验研究

本文给出了十片预弯预应力砼试验梁的试验方法及结果，同时给出了预弯预应力砼梁的受力特性及抗弯，抗剪破坏机理，并给出了主要的研究结论。     

薄壁钢板自冲铆接受剪性能及承载力计算方法研究

为将机械工程领域中效率与自冲化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构，对51组薄壁钢板自冲铆接进行了受剪性能试验。研究了钢板厚度、厚度比及铆钉长度对其受剪性能和破坏机理的影响规律，拟合出了钢板组合厚度与铆钉长度间的经验公式；分析了现有自冲铆接受剪强度计算方法和各国规范中自攻螺钉连接受剪承载力计算方法的适用性；基于试验和分析结果，提出了薄壁钢板自冲铆接受剪承载力计算方法。结果表明:钢板厚度和板厚比分别是影响受剪性能与破坏机理的关键因素，铆钉长度对受剪性能影响较大且存在较优长度，其可通过拟合出的经验公式快速确定；针对不同破坏模式提出的自冲铆接受剪承载力计算方法，与现有方法相比更适用于设计，且其精度更高、稳定性更好。     

弯剪受力下后锚固群锚承载力计算方法分析

在现有研究理论基础上,针对钢-混凝土后锚固连接钢材破坏时群锚弯剪承载力计算进行分析。采用椭圆型拉剪计算公式并假定所有锚栓均参与受剪,将群锚弯剪受力问题转化为受拉最大那排锚栓的拉剪承载力计算。进行了弯剪受力下的型钢-混凝土后锚固连接件静力和低周反复加载试验,锚固方式采用化学植筋。试验结果表明:受拉最大的钢筋首先达到屈服,且发生在整体锚固破坏前,仅钢筋周围局部混凝土在临近破坏时损坏,可以判断为钢材破坏,破坏前有明显的变形征兆,低周反复加载下后锚固连接承载力较相应的静力时低,建议抗震设计时取承载力折减系数0.8。通过对比分析,该文改进后的群锚弯剪受力方法的计算结果与试验数据吻合较好,可为工程设计提供参考。     

危旧预应力混凝土箱梁承载性能足尺试验

为获得危旧混凝土桥梁的真实承载性能,通过对足尺危旧预应力混凝土小箱梁进行抗弯和抗剪承载性能试验,研究危旧预应力混凝土小箱梁受力退化行为。通过足尺危旧预制箱梁残余承载能力试验,量测分析了试验梁的荷载、挠度、应变、裂缝宽度等,对危旧小箱梁的残余抗弯、抗剪极限承载能力及刚度进行了分析,得出危旧预制箱梁抗弯、抗剪受力性能及破坏机理。将足尺试验结果与承载力计算值以及公路—I级设计内力值进行比较,分析危旧混凝土小箱梁的实际承载性能。引入损伤折减系数,建立危旧混凝土箱梁极限承载力计算公式。试验结果表明:结构损伤降低了箱梁的承载性能,试验梁在未开裂阶段的挠度不满足公路桥规对活载刚度的验算要求,抗弯足尺试验得到的抗弯承载力与抗弯承载力计算结果基本相同,比主梁设计内力弯矩值高70%;抗剪足尺试验结果比主梁设计内力剪力值分别高32%和37%;引入损伤折减系数后的抗弯、抗剪承载力计算公式可以较准确的评估危旧混凝土小箱梁的承载能力,可为我国大量现役混凝土小箱梁的评估与维护提供参考。     

深基坑组合型钢支撑梁稳定性分析

深基坑组合型钢支撑由多根H型钢通过高强螺栓连接而成,支撑梁被横梁和立柱组成的门架近似等间距支承,实践表明支撑梁承载力常被高估。根据支撑体系实际受力情况简化问题,假定横梁和立柱组成的门架为弹性支座,将均布在横梁上的多根型钢简化为作用横梁跨中的单根型钢,利用位移连续条件,先推导出单根横梁时支撑梁在竖向平面内稳定性计算长度取相邻横梁间距所要求的最小横梁刚度,而后分析横梁数量和结构初始缺陷对横梁刚度要求的影响,并指出将支撑梁简化为单根型钢偏于安全,还探讨将弹性分析结果应用到弹塑性结构的方法。结合某深基坑工程实例,按横梁强度计算的支撑梁承载力和支撑梁轴力监测结果都小于按支撑梁截面计算的承载力,说明所用横梁刚度低于最小刚度要求,支撑梁承载力由横梁刚度控制;现有立柱抗侧刚度不及横梁刚度1/10,支撑梁在水平面内稳定计算长度应取支撑梁全长。