部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑界面黏结滑移的玻璃纤维增强复材-混凝土组合梁力学性能数值分析

纤维增强复材(FRP)型材加混凝土翼板是目前研究较多的一种典型FRP组合梁/板结构,它既能发挥FRP优良的抗拉性能,又能弥补FRP型材因尺寸纤薄导致的构件刚度及抗剪性能不足。但目前数值分析中大多忽略了界面的黏结滑移及剥离,不能全面有效地分析组合梁的破坏机制及其力学性能。为此,针对一种玻璃纤维增强复材(GFRP)工字梁与混凝土板上翼缘组合梁,考虑胶结界面的黏结滑移及剥离,建立了界面双线性内聚力单元,分析组合梁加载过程中的界面力学行为以及组合梁的力学性能。与组合梁受弯性能试验结果的对比,验证了所建GFRP-混凝土组合梁有限元模型的合理性和有效性。数值分析结果显示:组合梁受力初始阶段,混凝土板上翼缘与GFRP型材在有效黏结下协同受力,随后混凝土受拉区产生微裂缝,界面黏结逐步损伤,结构的整体刚度降低,荷载逐渐主要由GFRP型材承担,结构的破坏模式及其承载性能受混凝土翼缘强度与胶层类型等影响。     

H形钢-木组合梁受弯性能试验研究

提出一种以焊接H形钢梁为骨架,钢梁翼缘外表面黏结木板组成工字形截面的钢-木组合梁。以组合梁中的木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度为参数,对9根钢-木组合梁进行弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下钢板和木板的应变变化、组合梁挠度的发展、破坏过程及破坏形态,探讨其受弯承载力和抗弯刚度等弯曲性能。结果表明,H形钢和木板整体工作性能好,组合效应显著,构件跨中横截面应变呈线性分布。试件荷载-跨中挠度曲线呈弹性和弹塑性两个阶段,最终以下翼缘木材跨中断裂而破坏。随着木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度的增大,试件的承载力呈现不同程度的提高。提出了计算钢-木组合梁跨中挠度及受弯承载力的简化计算式,将其计算结果与试验结果进行对比,结果表明计算式精度较高,可以为钢-木组合梁的应用提供设计依据。     

以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁试验研究

为研究以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理,对花纹钢板-混凝土界面受剪试件进行了推出试验,对组合梁试件进行了受弯性能试验,分析了试件的破坏特征、应变分布和荷载-位移曲线。试验结果表明:扁豆型花纹钢板与混凝土界面的黏结强度介于光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土黏结强度之间,混凝土对钢板的包裹作用对界面黏结强度有重要影响;组合梁受弯性能试件的最大挠度达到L/45(L为组合梁跨度),呈现明显的延性破坏特征;钢梁-混凝土翼板处于良好的共同工作状态,达到完全抗剪组合承载力;组合梁抗弯刚度组合作用系数约为0.4,界面滑移对变形的影响不可忽略。根据试验结果,给出组合梁的钢-混凝土界面受剪承载力和界面抗剪刚度计算方法。     

钢-竹组合箱形截面梁受剪性能试验研究

为研究以冷弯薄壁型钢和竹材人造板通过结构胶复合而成的箱形截面钢-竹组合梁的受剪性能,以梁截面的翼缘及腹板竹胶板厚度、型钢翼缘宽度和剪跨比等为主要参数,对6根钢-竹组合箱形梁进行受剪试验,观察各级荷载作用下组合梁的应变和挠度发展,分析其破坏过程和破坏机理,研究组合梁受剪性能的影响因素,探讨钢-竹组合箱形梁的受剪承载力及变形计算方法。研究结果表明:钢-竹组合箱形梁整体工作性能优良且组合效应显著,其受力过程经历弹性和弹塑性两个阶段,具有良好的延性和安全储备;增加翼缘和腹板处竹胶板厚度可提高组合梁的受剪承载力,减小剪跨比可有效提高组合梁的受剪能力,同时适当减小型钢翼缘宽度能使梁的受剪性能进一步增强;采用所提出的组合梁的跨中挠度计算公式得到的计算值与试验值吻合较好,组合梁受剪承载力的计算公式所得结果偏于保守。     

Experimental study on shear behavior of box section bamboo-steel composite beams

为研究以冷弯薄壁型钢和竹材人造板通过结构胶复合而成的箱形截面钢-竹组合梁的受剪性能,以梁截面的翼缘及腹板竹胶板厚度、型钢翼缘宽度和剪跨比等为主要参数,对6根钢-竹组合箱形梁进行受剪试验,观察各级荷载作用下组合梁的应变和挠度发展,分析其破坏过程和破坏机理,研究组合梁受剪性能的影响因素,探讨钢-竹组合箱形梁的受剪承载力及变形计算方法。研究结果表明：钢-竹组合箱形梁整体工作性能优良且组合效应显著,其受力过程经历弹性和弹塑性两个阶段,具有良好的延性和安全储备;增加翼缘和腹板处竹胶板厚度可提高组合梁的受剪承载力,减小剪跨比可有效提高组合梁的受剪能力,同时适当减小型钢翼缘宽度能使梁的受剪性能进一步增强;采用所提出的组合梁的跨中挠度计算公式得到的计算值与试验值吻合较好,组合梁受剪承载力的计算公式所得结果偏于保守。     

木-混凝土组合梁受力性能试验研究

为了揭示木-混凝土组合梁受力性能,设计、制作了3根剪力连接水平不同的木-混凝土组合梁模型。通过静力加载试验,得到了荷载-滑移曲线、荷载-挠度曲线和组合梁跨中应变分布。研究表明:在相同荷载作用下,组合梁的交界面相对滑移、跨中挠度、承载力随着剪力连接度的降低而递减;随着荷载增加,交界面相对滑移量增大,组合梁不再符合平截面假定;传统抗弯刚度计算公式不再适用于组合梁,应给予适当折减。     

凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的受弯性能

文章将混凝土与竹材组合,提出一种新型凹槽销栓型竹-混凝土组合结构,为研究凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的受弯力学性能,对5组组合梁和1组对比竹梁进行四点弯曲试验,试验参数包括连接件间距及其数量,试验主要测试试验荷载、跨中挠度、竹梁与混凝土翼缘的应变以及竹梁与混凝土翼缘的界面相对滑移。试验结果表明,凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的破坏模式表现为两种：第Ⅰ类以混凝土翼缘斜向剪切破坏为控制,脆性特征明显,发生于连接件间距较密时;第Ⅱ类是以凹槽混凝土剪压破坏为控制,发生于连接件间距较疏时,连接件的凹槽内混凝土破损严重,破坏之前有明显的预兆。相对于对比竹梁,组合梁在各级荷载下的跨中位移大幅降低,截面刚度得到大幅度的提高,与对比竹梁相比,组合梁的承载力提高了1.23～1.61倍,对应跨中挠度为L/250和L/300时的荷载PL/250和PL/300平均提高了3.81倍和3.95倍,在正常使用荷载下,凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的组合系数为0.86～0.98,组合截面的混凝土和竹材两种材料呈现良好的整体工作状态,凹槽销栓型连接件表现出刚性连接件的特征,具有较高的组合系数。     

预应力型钢超高强混凝土组合梁受弯性能试验研究及承载能力分析

通过对12根预应力型钢超高强混凝土组合梁进行静力荷载作用下受弯性能试验,分析预应力型钢超高强混凝土组合梁荷载-挠度曲线和跨中控制截面应变分布的变化规律。试验结果表明:该组合梁荷载-位移曲线具有明显的开裂拐点、屈服拐点、峰值拐点和峰值后持载特征;从加载至峰值荷载的90%,试验梁跨中控制截面均满足平截面假定;试验梁达到极限状态后,内置工字钢截面应力发生变化,使该组合梁在超高强混凝土脆性破坏后仍具有较高剩余承载力。基于试验结果,采用简单叠加法和变形协同分析法,分别提出了预应力型钢超高强混凝土组合梁正截面受弯承载力计算式,结果表明:两种计算式均有一定的适用性,基于简单叠加法的正截面受弯承载力计算式计算结果较为保守,基于协同分析法的正截面受弯承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁的受弯性能分析

为研究波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁受弯性能,推导其在弹性和塑性状态下理论计算公式,建立了钢管混凝土翼缘刚度相关参数。利用有限元分析,对此类构件的受弯承载力进行了模拟计算,分析了钢管管壁上应变集中特性规律。结果表明:波形钢腹板高度及钢管混凝土翼缘刚度相关参数(钢管管壁厚度)对减小弹性阶段组合梁跨中截面薄弱位置应变,最大可使应变减小59%;组合梁截面含钢率对于提高其受弯承载力影响显著,最大可提高78%;有限元模型结果与试验和理论结果拟合较好,所采用的材料本构模型及边界条件假定可较好地反映此类组合梁的弯曲受力性能,理论方法能有效预测管壁纵向应变值。结合有限元分析结果,对跨中附近波形转角处的钢管管壁应变集中与波形角关系进行了分析,结果表明计算时需要引入与波形角有关的应变集中系数,以合理预测跨中附近波形角部位的应力集中。     

考虑收缩徐变影响的两跨钢-混凝土连续组合梁长期性能预测方法

为量化混凝土翼板收缩徐变对多跨钢-混凝土连续组合梁长期性能的影响,提出相应的预测方法,基于现有两跨连续组合梁长期试验结果对典型的组合梁设计方法进行适用性评述; 在此基础上,基于龄期调整的有效模量法并考虑混凝土的收缩徐变、开裂及组合梁界面相对滑移的综合影响,提出两跨连续组合梁长期中支座弯矩与跨中挠度的计算公式,并采用长期试验结果验证预测方法的可靠性; 进一步对比不同混凝土翼板类型(收缩徐变分布模型)对组合梁长期性能的影响。结果表明:采用龄期调整的有效模量法模拟混凝土徐变特征,考虑收缩产生的附加弯矩,采用折减刚度考虑混凝土开裂与界面滑移的影响,提出的两跨连续组合梁长期性能计算公式,可有效预测组合梁长期中支座弯矩分布与跨中挠度,计算结果与试验结果最大相差25.3%; 混凝土的收缩变形对组合梁长期性能影响显著,当不考虑混凝土收缩变形时,组合梁中支座弯矩与跨中挠度仅分别为试验值的41.1%和60.6%; 组合梁长期性能设计时,应根据楼板类型采用不同的收缩徐变模型,针对钢筋混凝土楼板采用均匀收缩、均匀徐变模型,针对组合楼板采用非均匀收缩、非均匀徐变模型。     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

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。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

Creep behaviour modelling of a composite steel-concrete section

Long term behavior modelling of steel-concrete composite beams requires the use of the time variable and the taking into account of all the sustained stress history of the concrete slab constituting the cross section. In this context, a research contribution of the time-dependent behavior of composite sections under the creep influence of a concrete slab is presented in the present work. The concrete creep influence upon the composite section strength is taken into account as part of the concrete linear viscoelasticity. Thus, by considering the assumption of a complete composite connection made up of a steel beam and concrete slab, with no slip at the interface, and owing to the irreversible law of concrete, we obtain an analytical model, based upon a system of two differential linear equations governing the long term behavior of composite beam cross sections in bending. Results obtained from the application of the suggested model to a steel-concrete composite beam are satisfactory.     

Post-tensioned self-centering moment connections with beam bottom flange energy dissipators

This work presents results of experimental and analytical studies of self-centering moment connections. The connection subassembly consists of post-tensioned steel beams, a reinforced concrete column, and energy dissipators placed only below the beam bottom flange for simplicity of construction, ease of replacement, and no interference with the composite slab. Two types of steel energy dissipators are proposed: one includes a reduced section plate restrained by two flat plates, and the other uses cross-shaped steel plates. Cyclic tests are conducted on three full-scale post-tensioned connection subassemblies and six energy dissipators. Finite element analysis is performed to investigate the cyclic performance and likelihood of fracture at critical regions in the energy dissipators. Cyclic test results show that (1) energy dissipation, moment, and flexural stiffness of the beam in positive bending are larger than those of the beam in negative bending, (2) the location of the compression toe at the end of the beam stabilizes at the junction between the beam flange and web after an interstory drift of 1.5%, in which the gap opening angles of the beams are similar in both bending directions, and (3) the shoulder radius equal to 2.5 times plate thickness results in a premature fracture along the shape transition of the reduced section plate. This study also develops an iterative analytical procedure for predicting un-symmetrical cyclic responses of post-tensioned connection subassemblies.     

部分剪力连接预应力组合箱梁受弯性能试验研究

为研究剪力连接程度对预应力钢与混凝土组合箱梁的界面相对滑移、挠度及受弯承载力的影响,设计制作了4根不同剪力连接程度预应力钢与混凝土组合箱梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行了受弯性能试验研究。研究表明,随着剪力连接程度的降低,变形及界面滑移明显增大,承载能力有所降低,但并不与剪力连接程度成正比关系,连接程度为0.5的组合箱梁承载力较完全连接组合箱梁降低不到30%。结合国内外7根部分剪力连接组合梁试验资料, 运用最小二乘法,对欧洲规范EC4中关于部分剪力连接组合梁承载力计算公式进行了修正。结果表明,修正值与实测值吻合良好,满足工程精度要求。     

预制装配部分外包混凝土组合梁受弯承载力试验研究

为降低大跨、重荷建筑的建设工程造价,提出一种预制装配部分外包混凝土组合梁(PPECB)。设计了7根受弯组合梁试件进行静力试验以研究其受弯性能,考虑浇筑方式、工字钢翼缘厚度、混凝土强度等级、配箍形式对其承载力的影响,研究破坏模式、应变发展和受弯承载力,明确预制装配部分外包混凝土组合梁的破坏机制。结果表明：7根组合梁表现出相似的受力性能,均发生弯曲破坏;PPECB开裂荷载与整浇部分外包混凝土(PEC)梁近似,屈服荷载、峰值荷载略低于整浇PEC梁;随混凝土强度等级的提高,PPECB开裂及屈服荷载增大,但峰值荷载无明显提升;PPECB开裂、屈服、峰值荷载随工字钢翼缘厚度增加而提高;配箍形式对PPECB开裂荷载无明显影响,拉杆形式PPECB屈服、极限荷载均低于半封闭箍筋形式PPECB。给出了预制装配部分外包混凝土组合梁的受弯承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。