钢－混凝土组合结构体系研究新进展

以钢-混凝土组合框架结构和框架-核心筒混合结构为对象,综述了在钢-混凝土组合结构体系方面的一些研究新进展。针对组合框架中楼盖的空间组合作用进行了试验研究,发展了三种组合结构地震反应分析模型,重点讨论了在杆系模型中考虑楼盖空间组合作用的方法,从而实现组合框架结构体系的大规模计算。通过刚度解析和数值分析,对框架-核心筒混合结构体系中框架与核心筒的刚度匹配、位移限值指标的取值进行探讨,并对不同混合结构体系的位移特性、失效模式以及安全性能进行对比,为框架-核心筒混合结构的体系优化提供参考。最后,对组合结构体系的研究进行了展望,建议进一步完善组合结构体系的计算手段及其优化指标。图13表3参17     

钢-混凝土组合楼板实用抗火设计方法

利用钢-混凝土组合楼盖抗火性能非线性有限元分析程序对不同荷载大小、不同压型钢板厚度、不同配筋的压型钢板-混凝土组合楼板进行了抗火性能分析,找出了火灾影响下组合楼板结构性能的因素,给出了计算组合楼板耐火时间的拟合公式,得到了一些适用于压型钢板-混凝土组合楼板抗火设计的结论和建议。     

大跨度钢结构组合楼盖结构设计综合研究

当前越来越多的公共建筑采用大柱网、大空间的钢结构楼盖,根据常见18 m、21 m、24 m、27 m、30 m、33 m、36 m、39 m的大跨度结构,分别对型钢–混凝土组合梁楼盖、型钢梁混凝土楼盖、钢桁架–混凝土组合楼盖、矩形钢–混凝土组合楼盖四种不同的结构楼盖方案,应用结构分析软件建立数值模型,进行经济性分析,结果表明考虑材料价格及施工的便易性,建议18～30 m跨度优先采用型钢–混凝土组合梁楼盖;30～33 m跨度可选用型钢-混凝土组合梁楼盖或钢桁架–混凝土组合楼盖;33 m以上跨度建议优先采用钢桁架–混凝土组合楼盖。     

不同类型钢-混凝土组合楼盖面内作用对比分析

为研究影响外包钢-混凝土组合楼盖面内刚度的因素,采用有限元软件ANSYS对外包钢-混凝土组合楼盖和钢-混凝土组合楼盖的面内刚度问题进行了对比分析。结果表明,影响组合楼盖面内刚度的主要因素为楼盖长宽比,组合楼盖混凝土板厚、钢梁尺寸、抗侧构件的布置对其面内刚度有所影响。两种组合楼盖面内刚度随影响因素的变化规律基本一致,外包钢-混凝土组合楼盖面内刚度大于钢-混凝土组合楼盖,空间协同工作的能力较强。     

水平荷载作用下的组合楼盖塑性分析

为了研究水平荷载作用下组合楼盖体系进入塑性阶段后混凝土楼板出现的裂缝对楼盖空间整体性能的影响,对一钢-混凝土门式组合框架结构建立有限元模型进行了弹塑性分析。计算结果表明,由于板内钢筋的约束作用,组合楼盖在塑性阶段并不因为混凝土板出现裂缝而丧失整体性,仍然表现出良好的空间协同工作性能。     

双向钢-混凝土组合楼盖的设计及施工

近年来,双向钢-混凝土组合楼盖逐渐在大跨度结构体系中得到应用。与普通钢筋混凝土楼盖相比,双向钢-混凝土组合楼盖能提高延性和整体性能,并且降低结构高度、大大减轻结构自重和加快施工进度。针对工程设计和施工难点,介绍双向钢-混凝土组合楼盖的适用范围、尺寸选择、计算方法、节点设计、裂缝控制和施工方法,并结合工程实例进行较详细的...     

单、双向钢-混凝土组合楼盖对比分析及设计建议

近年来双向钢-混凝土组合楼盖的应用日益广泛,但对其试验研究和理论分析较少,工程应用中对单、双向钢-混凝土组合楼盖力学特性的差异研究不多,对两种楼盖形式的经济性和适用范围比较模糊。采用非线性有限单元法计算分析了单、双向钢-混凝土组合楼盖静、动力特性,分析结果表明:双向组合楼盖通常具有更高的刚度和承载力,但随着长宽比增大,空间作用降低,单位面积用钢量增加;综合考虑组合楼盖力学特性、经济性以及施工等因素,建议长宽比小于1.3时采用双向布置。     

基于振频的新型组合楼盖设计与施工分析

结合滑冰馆工程中滑冰场地的结构设计,提出了一种新型网架-混凝土组合楼盖体系,其振动频率符合这类特殊结构的使用功能.基于三种组合网架方案频率的对比,采用正放四角锥网架-混凝土组合网架作为楼盖体系,同时提出该类结构的周期计算公式.对建筑钢桁架尾翼进行了数值仿真分析,基于仿真结果提出了一种竖向支撑方案,最后给出组合网架与框架梁柱连接方式及预应力组合网架的构造措施,可为同类建筑设计提供技术参考.     

钢-混凝土组合框架柱的稳定设计方法

针对钢-混凝土组合框架的特点,利用考虑滑移影响的组合梁等效刚度计算方法,考虑组合楼盖的组合效应、组合梁与柱的实际约束程度以及节点的半刚性连接特征等因素,推导出有侧移和无侧移半刚性组合框架柱组合梁的刚度修正系数,提出了有侧移及无侧移组合框架柱的稳定设计方法.算例分析结果表明,该设计方法有效地利用了组合效应和节点的延性,具有较好的经济效益.     

国外期刊论文简介

半刚性组合框架在竖向荷载作用下的实用设计方法;预测钢-混凝土组合楼板部分协同工作结构性能的简化模型;约束钢梁在升温段和降温段的试验;内埋I字形钢的组合柱的抗火性能——截面尺寸和荷载比的影响;钢柱抗火设计的屈曲长度.     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

Non-linear structural modelling of a fire test subject to high restraint

The computer code VULCAN has been developed for the three-dimensional structural analysis of composite and steel-framed buildings in fire. In this paper, the main features of the program are outlined, with particular emphasis on the most recent development to the layered procedure for modelling of concrete floor slabs. This development has introduced geometric non-linearity into the modelling of slabs, whose layer structure already allowed temperature distributions and change of material properties through the thickness, as well as modelling the effect of the ribs at the bottom of composite decking slabs. The capabilities of the model are firstly tested at ambient temperature for a uniformly loaded ribbed reinforced concrete slab with simply supported edges, and this is followed by a very detailed modelling of the Cardington restrained beam fire test. In both cases the development of membrane action is demonstrated and the structural behaviour is compared with the geometrically linear case. A number of studies are carried out to demonstrate the influence of the major floor slab details on the behaviour of the structure in fire conditions. These studies provide evidence that when exposed steel temperatures are less than 400°C the concrete slab has little influence, other than to play a part in generating thermal curvature to composite beams. For temperatures higher than about 500°C the effect of the slab progressively becomes much greater, and it is very important to model concrete slabs correctly. The influence of membrane action cannot be ignored, particularly when the fire compartment is subject to high restraint because it is surrounded by cool, stiff structure. At very high temperatures the floor slab becomes the main load-bearing element and the floor loads above the fire compartment are carried by the membrane forces developed in the slab, with tension being carried mainly by the steel anti-cracking mesh or reinforcing bars. However, the effect of the very high in-plane restraint to thermal expansion in the particular Cardington test considered is to enhance the peripheral zone of compressive membrane force and to reduce the extent of the central area of tensile force compared with more usual cases.     

某城楼大跨度钢-混凝土叠合板组合楼盖振动舒适度研究

以某城楼大跨度楼盖为工程背景,开展了钢-混凝土叠合板组合楼盖振动舒适度评估研究。首先通过现场动力特性测试获得的楼盖结构一阶竖向动力特性,校核了建立的整体结构精细化有限元模型,然后仿真分析得到了楼盖受单人行走、多人行走以及单人跳跃等多种激励的动力响应,最后开展了楼盖振动舒适度评价。结果表明:该新型楼盖结构竖向刚度整体较大,具有较好的振动舒适度;有限元建模可将混凝土叠合板等效为整体壳单元,根据刚度、质量等效原则增加板厚来模拟装饰面层,钢梁和混凝土板的连接可按刚接处理。研究结果可为类似楼盖振动舒适度评估与有限元精细化建模提供参考。     

武昌火车站大跨钢—混凝土组合楼盖承载力试验研究

对武昌火车站候车厅大跨钢-混凝土组合楼盖进行了分级实荷试验,实测各级荷载作用下关键构件的应变及挠度,以检验其承载力.试验结果表明,实测与理论分析结果基本一致,结构承载性能良好,为同类结构的设计应用提供了可靠的试验依据.     

高层建筑组合楼盖面内变形简化分析模型

对钢-混凝土组合楼盖面内变形对高层建筑结构分析的影响进行研究,提出考虑组合楼盖面内刚度的结构简化分析模型。通过算例分析,比较不同长宽比的组合楼板对高层建筑结构分析的影响。研究发现,钢-混凝土组合楼盖的面内刚度受到混凝土楼板尺寸、钢梁尺寸和钢梁位置的影响,对于不同的情况要分别计算。考虑组合楼盖的面内变形后,高层建筑中各榀抗侧力结构的侧向位移不再都相同,抗侧刚度较小的抗侧力结构的位移将比抗侧刚度较大的大,组合楼板面内变形的影响,随着楼板长宽比L/B的变化而不同,当L/B≤3时,忽略楼板弹性,即采用刚性楼板假定,误差均在5%以内;而当L/B≥4时,采用刚性楼板假定将产生较大的误差,此时应考虑组合楼板的面内变形。分析方法物理概念明确,计算结果合理可信,是分析带组合楼盖高层建筑结构的一种有效方法,可为结构设计中评价组合楼盖的隔板性能提供参考。     

Fire tests on two-way concrete slabs in a full-scale multi-storey steel-framed building

This paper presents the results from two full-scale furnace tests conducted on two-way concrete slabs supported by composite beams in a three-storey steel-framed building. Each floor of the building consisted of nine panels (three by three) supported by composite beams. In two tests, a corner and an interior panel on the top of the building were heated by two specially designed furnaces respectively. Detailed experimental data in the form of describing slab cracking, the furnace temperatures, temperature distributions within the slab, vertical deflections and horizontal displacements are presented. Comparison of the results for the two tests indicates that the structural fire behaviour of two-way concrete slabs supported by composite beams in a multi-storey steel-framed building is highly dependent on the restraint provided by the adjacent structural members. Observations from the tests indicate that in addition to the extensive cracks formed on the top surface of the heated panels, regular cracks also occurred on the top of the adjacent unheated panels due to structural continuity and the interaction between the concrete slabs and the supporting beams. The test results show that both tested panels had good fire performances even under long duration fire conditions.     

运用PKPM分析竖向荷载作用下不规则无梁楼板

运用PKPM结构分析软件,分析比较了在相同竖向荷载作用下L形不规则无梁楼板不规则边形状及尺寸的变化对板内力影响及阴阳角应力集中现象,得出L形不规则板的存在没有改变整个无梁楼板结构体系的受力特点的结论。     

近爆作用下压型钢板组合楼板动力响应及影响因素数值分析

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用流固耦合的计算方法,对压型钢板组合楼板在近爆炸荷载作用下进行了不同工况的数值模拟,得出其受力形态,分析其动力响应及破坏过程,找出影响楼板动力响应的主要因素。数值分析结果表明:适当增加混凝土厚度和提高压型钢板强度,可以显著降低组合楼板的跨中最大位移,提高组合楼板的延性和抗爆性能;组合楼板中钢筋间距的变化,对组合楼板抗爆性能影响较小。     

页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板

根据3块足尺页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板试件和1块足尺现浇双向楼板对比试件的静力堆载试验结果,分析了双向叠合楼板预制底板的普通混凝土和后浇叠合层的页岩陶粒轻质混凝土采用相同强度等级时的挠度变形特点,并根据试验结果和弹性力学薄板理论推导了页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板的挠度计算公式。推导了四边固支页岩陶粒混凝土和普通混凝土叠合板在竖向均布荷载作用下截面中和轴高度、抗弯刚度和挠度的计算表达式,并分别对挠度和初始刚度计算公式进行了修正,提出了考虑四边支承转动的页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板挠度计算公式。结果表明:页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板跨中位移呈现线弹性变化特征,页岩陶粒轻质混凝土材料的弹性模量、叠合楼板中设置的钢筋桁架以及双向叠合板的板端约束条件是影响叠合楼板刚度和跨中挠度的主要因素;采用所推导公式计算的页岩陶粒混凝土叠合楼板的挠度值与试验值吻合良好。     

压型钢板钢-混凝土组合楼盖的抗火性能

对于压型钢板钢一混凝土组合结构，分析了结构钢和混凝土的高温材性特性以及压型钢板与混凝土的粘结强度随温度变化的规律，总结了高温下影响组合楼盖抗火性能的因素。