钢—压型钢板混凝土组合梁非线性分析

用ANSYS程序对4个简支钢-压型钢板混凝土组合梁试件的受力性能进行非线性分析,在组合梁的有限元模型中,采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移;梁单元来模拟混凝土所受到的栓钉对其的局部压力;非线性材料本构模型考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性。通过与试验结果的对比分析发现该模型可以准确地模拟出钢-压型钢板混凝土组合梁的荷载-挠度曲线、交接面荷载-滑移曲线以及压型钢板组合板的开裂过程,因此,可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能。     

带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪试验研究

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明:带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为"八"字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

钢-混凝土组合梁滑移性能的研究与展望

钢-混凝土组合梁的研究和应用近年来发展很快,其兼有钢结构与混凝土结构两者的优点。钢梁与混凝土板界面滑移对组合梁的承载力和抗弯性能有很大影响。它在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。通过总结目前国内外对钢-混凝土组合梁滑移性能研究以及连接件的荷载-滑移曲线公式,对钢-混凝土组合梁的研究提出了问题并进行了展望。     

压型钢板组合梁滑移性能的有限元分析

利用ANSYS有限元软件对压型钢板组合梁模型进行了有限元数值模拟分析,将有限元分析结果与试验结果进行了比较,验证了模型的合理性,利用ANSYS软件对压型钢板组合梁在栓钉布置方式和混凝土板强度影响下交界面的滑移性能进行了探讨.     

Longitudinal shear test on steel-concrete composite beam with two rows of shear studs

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明：带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为“八”字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

简支钢混组合箱梁界面相对滑移性能研究

为研究简支组合梁中钢梁与混凝土板之间界面的相对滑移,采用有限元软件ANSYS对某钢—混凝土组合箱梁进行有限元模拟,分析了荷载大小和混凝土强度对界面相对滑移的影响。研究表明:钢梁与混凝土板之间的相对滑移量随荷载的增大而增大;相对滑移量随混凝土强度的增大而略微减小。     

弯扭作用下组合梁的非线性分析

对扭矩作用下型钢-混凝土组合梁的性能进行研究,如建筑或桥梁中的曲杆。设计规范和实际设计中常忽略扭矩作用下钢梁与混凝土板的组合效应。采用有限元软件ABAQUS,建立三维有限元模型,考虑部分剪力连接的影响,模拟弯扭作用下型钢-混凝土组合梁性能。考虑材料非线性和几何非线性,选用块单元和桁架单元进行模拟。以跨度、剪力连接水平等为参数,进行参数研究。分析发现了一个新现象,并通过试验验证。这个现象称为"扭转引起竖向滑移",它使假定平面构件发生弯曲。跨度对型钢-混凝土组合梁的弯曲-扭转效应的影响很大,而部分剪力连接却没有影响。最后,提出了设计模型。     

基于开孔钢板连接件的组合梁连接性能分析研究

为了研究新型的开孔钢板连接件的连接性能,对带有双排开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁模型进行了加载试验,试验中主要测试和分析了混凝土板与钢梁上翼缘交界面处的相对滑移量和应变差分布及变化情况,同时利用有限元方法及相关理论对此类组合梁的上述两个指标进行了建模分析计算。对上述结果的比对和综合分析表明:开孔钢板连接件的连接性能良好,抗滑移性能明显优于传统的连接件;理论分析结果与试验结果符合较好。     

法向力作用下钢-混界面黏结滑移性能

采用ABAQUS连接器单元模拟钢-混界面黏结滑移特性,并将预应力效应转化为界面法向力作用,建立了考虑法向力作用的钢板-混凝土界面黏结滑移试验的有限元模型,比较了试验和有限元模型的黏结滑移形态和黏结滑移曲线,分析了钢-混界面黏结滑移受力性能,研究了混凝土强度和法向力大小对界面黏结滑移性能的影响。通过有限元模型结果与试验结果,验证了该建模方法的有效性。结果表明:ABAQUS连接器单元能比较合理地模拟钢板-混凝土界面的黏结滑移性能; 法向力对界面峰值黏结力和残余阶段黏结力影响显著,但对峰值滑移量影响较小; 混凝土强度显著影响峰值黏结力,但对峰值滑移量和残余黏结力影响较小; 所得结论可为钢-混界面黏结滑移性能研究的有限元建模及黏结滑移关系选择提供参考。     

基于波折开孔钢板连接件的组合梁受力性能试验研究

波折开孔板是一种新型钢-混凝土组合梁的连接件,为研究设置有波折开孔钢板连接件的组合梁在静载作用下的受力性能,通过双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁模型的两点对称加载试验,探讨组合梁截面应变沿梁高的分布及跨中挠度随荷载变化的规律,分析混凝土板与钢梁交界面的界面特性及贯穿钢筋的受力情况、混凝土板的掀起作用等,对比同等条件下具有平板开孔板连接件的组合梁交界面相对滑移性能。结果表明:该组合梁具有良好的抗弯性能,截面应变符合平截面假定;波折开孔钢板连接件具有较高的抗剪能力和连接性能,混凝土与钢梁交界面相对滑移量小,研究结果为波折开孔板连接件在大型组合结构中的应用提供理论基础。     

Simplified nonlinear simulation of steel–concrete composite beams

A computationally efficient macro-model approach is proposed for investigating the nonlinear response of steel–concrete composite beams. The methodology accounts for material nonlinearity and interface slip between the concrete slab and the steel beam. The validity of the technique is evaluated through comparison of the macro-model-based simulations with results obtained from experimental testing of composite beams. Four full scale composite beams are tested under monotonic positive and negative bending. The results show that the proposed macro-element-model can capture the essential characteristics of the nonlinear load–deformation response of composite beams. Such an approach is a compromise between simplicity and accuracy and a viable alternative to detailed finite elements analysis. Additionally, a parametric study, including the compressive strength of slab concrete, the yield strength of the steel flanges and web, and the shear connection degree, of the steel–concrete composite beams subjected to positive moment is conducted utilizing the numerical macro-model proposed. The slips and their influences on the behaviors of composite beams during loading process have been analyzed.     

体外索钢箱-混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2.8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29.35%,承载力提高34.67%,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

Elastic rigidity of composite beams with full width slab openings

Openings often exist in the concrete slab of composite floors due to the functional requirements of structures. The strength and rigidity of steel-concrete composite beams are reduced by openings. Based on three tests of steel-concrete composite beams with full openings in the concrete flange, the elastic rigidity of composite beams is analyzed. Finite element analysis (FEA) considering the slip effect between the steel and concrete is conducted to simulate the composite beams with full openings in the concrete slab, and the results show that the FEA method is reliable. The analytical calculation method for the deflection of composite beams with full openings in the concrete slab is also proposed, and the results are verified by tests. The predicted deflections using the analytical method and FEA method both agree well with the test results. It is further verified that openings near the supports have insignificant effects on the deflection at the mid-span and this effect can be thus ignored. The simplified method to calculate the rigidity reduction factor is developed by a regression analysis. The analytical method and FEA method can be used for the serviceability limit state design of steel-concrete composite beams with full openings in the concrete flange.     

Analysis of composite beams in the hogging moment regions using a mixed finite element formulation

Cracking of the concrete slab in the hogging moment region decreases the global stiffness of composite steel-concrete structures and also reduces the effect of continuity, thus making the structural behaviour highly nonlinear even for low stress levels. In this paper, the behaviour of continuous composite beams with discrete shear connection is investigated using a nonlinear mixed finite element model. The model includes appropriate nonlinear constitutive relationships for the concrete, the steel and tension stiffening effect. Furthermore, the discrete nature of the shear connection is embedded in the model and the tension stiffening effects are introduced in the analysis by using a concrete constitutive model proposed in the CEB-FIB Model Code 1990 which incorporates embedded steel. Special attention is paid to the hogging moment regions, where cracking occurs. Comparisons between the numerical analyses and experimental results in the current literature are undertaken to validate the accuracy of the model. Furthermore, a parametric study is carried out to study the influence of span length and degree of shear connection on the strength and ductility of continuous composite beams.     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54.15%,极限强度提高27.72%。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁极限承载力的影响因素分析

腹板开洞组合梁在国外工程中已广泛应用。在钢梁腹板上开矩形洞的钢-混凝土组合梁可减少管道对建筑空间的占用,降低工程成本。但腹板洞口的存在影响了组合梁开洞截面的抗弯和抗剪承载力。介绍目前开洞组合梁承载力的计算方法,并利用ANSYS软件对影响腹板开洞组合梁极限承载力的主要因素进行计算分析。结果表明:洞口弯剪比、洞口尺寸、栓钉连接件数量、洞口上方组合板的宽度与厚度、洞口偏心距、混凝土板的横向配筋率对开洞组合梁的承载力均有一定影响,在结构设计时应予以考虑。     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

深圳北站组合梁抗弯承载力及稳定性分析

组合梁抗弯承载力和稳定性分析对组合梁的结构设计很关键,但组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其稳定性分析应与我国现行规范规定的自由梁弯扭失稳不同,我国《钢结构设计规范》GB50017—2003采用限制绕弱轴的长细比的方法,未能考虑楼板作用,不适用于组合钢梁稳定性分析。此外,在连续组合梁的负弯矩区,局部稳定性问题也要考虑。结合深圳北站站房楼盖组合梁的工程实例,采用GB50017—2003和欧洲规范EC4,对组合梁抗弯承载力和稳定性进行计算分析,同时,利用通用有限元程序SAP2000对组合钢梁进行弹性屈曲分析,进一步确保了结构的安全。     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。