预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究

为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。     

高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

提出采用高延性混凝土改善梁的抗剪性能和变形能力,设计了8个高延性混凝土梁和3个作为对比试件的混凝土梁,并通过静力试验研究不同剪跨比和配筋率高延性混凝土无腹筋梁的破坏形态和破坏机理。高延性混凝土无腹筋梁的剪切破坏形态有挤压破坏、剪压破坏、弯剪破坏和剪拉破坏。试验结果表明:高延性混凝土梁的剪切破坏均表现出一定的延性,与普通混凝土梁的脆性剪切破坏具有明显不同;高延性混凝土梁的剪切裂缝开展缓慢,说明高延性混凝土良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能够有效控制剪切裂缝的发展,防止混凝土压碎剥落,显著提高梁的抗剪性能和耐损伤能力;相比普通混凝土无腹筋梁,高延性混凝土无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均有明显提高,表明采用高延性混凝土可以显著改善无腹筋梁的脆性剪切破坏模式;剪跨比和纵筋配筋率对高延性混凝土梁的剪切破坏形态和承载力影响较大,其受剪承载力随剪跨比的增大而降低,随配筋率的增大而有所提高。     

基于变分原理的波形钢腹板箱梁挠度计算解析法

该文通过在纵向位移函数中引入翘曲变形函数以及剪切转角来分别考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的影响,基于能量变分原理,提出一种波形钢腹板箱梁挠度计算的解析方法。并分别针对单箱单室和单箱双室波形钢腹板箱梁算例,将该文方法与仅考虑波形钢腹板剪切变形的挠度计算方法及有限元值进行比较分析。结果表明:该文方法具有较高的准确性;剪切变形影响系数随高跨比和宽跨比的增大明显增大,而剪力滞效应影响系数受高跨比的变化影响较小。     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。      

基于压弯耦合效应下预应力梁的竖向自由振动研究

基于大位移广义变分原理,考虑梁的压弯耦合、剪切应变能和转动惯量的影响,建立了预应力梁的不完全广义势能泛函,通过对位移变分,推导出预应力梁自由振动微分方程。并以预应力混凝土简支梁和悬臂梁为例,通过引入边界条件,求出了自由振动频率的解答。对比Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁,详细分析了轴向荷载、剪切效应和转动惯量对自振频率的影响,研究发现,轴向压力荷载可使梁的自振频率降低,反之增大。剪切变形的影响约为转动惯量的3倍,随着主模态阶数的增加和长细比L/r的减小,轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响非常显著。因此,对于预应力混凝土梁,当跨高比L/h≤8,或长细比L/r≤28时,必须考虑轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响,通过与Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁的精确解相比较,证明该文的解答是正确的。     

初始静载对不同剪跨比BFRP筋混凝土梁动态剪切性能的影响EI北大核心CSCD

为揭示初始静载对玄武岩纤维增强(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋混凝土(BFRP-RC)梁动态剪切性能的影响,建立了考虑混凝土非均质性、混凝土与BFRP筋间相互作用及各材料应变率效应的三维细观数值模型。在验证了该模拟方法合理性与准确性的基础上,分析了初始静载对不同剪跨比BFRP-RC梁破坏过程与失效机制的影响。研究结果表明:BFRP-RC梁的抗剪承载力及变形能力均随应变率增大而提高;应变率对梁抗剪承载力的增强作用随剪跨比增大而减弱;在峰值荷载前应变率突增,BFRP-RC梁的刚度增加,抗剪承载力提高;在峰后软化段应变率突增,BFRP-RC梁的峰后软化转变为峰后硬化,而后出现第二峰值荷载;BFRP筋混凝土梁的动态抗剪承载力均随初始静载增大而降低,但梁抗剪承载力的降低量是否与后续应变率有关取决于初始静载水平;在各应变率下,BFRP筋混凝土梁的变形能力及损伤程度均随初始静载的增大而减小,但增大后续应变率会削弱初始静载对梁动态性能的影响。     

钢筋混凝土梁动态试验与数值模拟

试验研究、数值模拟地震作用范围内加载速率对钢筋混凝土梁影响。考虑混凝土强度、钢筋强度、剪跨比、加载速率及加载模式等对钢筋混凝土梁力学及变形性能影响;基于ABAQUS有限元软件建立钢筋混凝土梁计算模型,考虑钢筋、混凝土的率敏感性,对梁试件在不同工况下动态性能进行数值模拟;模拟结果与试验结果吻合较好。     

废弃陶瓷骨料再生混凝土简支梁试验研究

使用建筑陶瓷替代混凝土中的天然骨料制作成不同替代率的陶瓷再生混凝土梁,将不同替代率的混凝土梁与普通混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,通过比较再生混凝土梁与普通混凝土梁的平截面假定的适用性、梁跨中挠度随荷载的变化规律、梁跨中钢筋应变曲线以及裂纹的开展与分布情况的结果表明再生混凝土梁的与普通混凝土梁的试验所得数据及其变化规律基本相同,差异性表现在替代率的增加会导致跨中挠度增长变快、裂缝开展变早、跨中钢筋过早进入屈服且应变值变大。试验和理论对比分析后发现,现行的混凝土规范与公式适合计算再生混凝土梁的极限承载力,而对于裂缝与挠度的验算需要进行修正。     

基于材料延性的高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为探讨材料延性对无腹筋梁受剪性能的影响,根据高延性混凝土设计理论,考虑纤维抗拉强度、长径比和纤维掺量等因素的影响,进行了4种不同配合比高延性混凝土（HDC）的力学性能试验,并设计了7个高延性混凝土（HDC）无腹筋梁和2个混凝土（RC）梁对比试件,通过静力试验研究材料延性对无腹筋梁的破坏形态、承载力和剪切变形能力的影响。试验结果表明:1）4组HDC试件分别达到不同的延性要求,其等效弯曲韧性可达砂浆试件的50倍,极限拉应变可达普通混凝土的90倍;2） HDC无腹筋梁的承载力可达RC梁的2.36倍,剪切变形能力可达RC梁的3倍以上,均发生具有一定延性的剪拉破坏;3）除剪跨比和纵筋配筋率外,HDC无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均随材料延性的提高而增大,在设计中应予以考虑,并可根据工程实际需要选择相应的材料延性需求。     

波形钢腹板组合槽型梁剪切挠度计算方法与试验研究

为了提出适用于波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度的计算方法,分析了荷载作用下组合梁的受力特点和截面上的剪应力分布规律,推导了剪应变的几何方程,提出了支反力-荷载分段函数的计算模式,通过对几何方程进行积分,建立了波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度计算公式。该公式能够计算多个集中荷载和均布荷载同时作用下的剪切挠度,并适用于波形钢腹板组合梁的其它截面形式。通过4片波形钢腹板组合槽型梁和1片波形钢腹板组合工形梁的静载试验和有限元分析,验证了剪切挠度计算公式的准确性。试验研究表明:对于5片缩尺试验梁,不考虑剪切变形的影响,挠度值偏小约20%,而采用该文考虑剪切变形影响的挠度公式计算的理论值与实测值吻合良好。     

钢-混凝土组合梁界面滑移剪切变形的双重效应分析

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略。根据最小势能原理和变分法,建立了同时考虑滑移效应和剪切变形双重作用的挠度滑移控制微分方程,分析了滑移引起挠度增大的原因,求得了集中荷载和均布荷载作用下的挠度和滑移的解析表达式。该方法物理意义明确,推导过程简单,计算结果与实测结果吻合良好。推导了不同荷载作用下的滑移效应附加弯矩,利用附加弯矩表达公式,可直接利用结构力学挠度计算公式计算滑移对挠度的影响。     

组合梁在负弯矩作用下的刚度分析

为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%~20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。     

部分剪力连接钢──混凝土组合梁受弯极限承载力的计算

钢─混凝土组合梁在受弯承载力和变形许可的条件下采用部分剪力连接对于方便施工和降低造价等都是有利的。部分剪力连接对组合梁的受弯极限承载力和变形均有影响。本文通过对4根部分剪刀连接组合梁的试验研究和对国内外8根部分剪力连接组合梁受弯极限承载力的分析,建立了考虑剪力连接程度影响的组合梁受弯极限承载力计算公式。结果表明,按照本文公式得到的计算值与实测值吻合良好。     

Prestressed fiber reinforced concrete beams with reduced ratios of shear reinforcement

This paper presents an analysis of the influence of prestress and fibers on the shear behaviour of thin-walled I-section beams with reduced shear reinforcement ratio. Reduction of shear reinforcement in prestressed precast beams can make the reinforcement simpler and may increase the productivity in long line precasting beds. The use of short fibers can improve the shear strength and ductility. Nine concrete beams were built (six with prestressing forces) with three different mixtures: without fibers, with steel fibers, and with polypropylene fibers. Shear reinforcement ratios varied from 0 to 0.225% (geometric ratio). It was noted that prestressing increases cracking strength (both in bending and shear), extends the non-cracked area, and makes the compression struts less inclined. In the case of fiber reinforced concrete beams, control of cracking is more effective and consequently deflections are smaller. Ductility is also increased. Both fibers and prestressing reduce stresses in the stirrups and increase shear strength.     

火灾作用后钢管混凝土构件侧向撞击性能研究

建立火灾作用后钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)构件的侧向撞击数值模型以分析构件的抗撞击性能,并对模型的准确性进行了验证。分别对比了不同受火时间后构件的跨中挠度、撞击力和截面弯矩时程曲线,分析了受火后构件的弯矩和剪力分布形态。通过吸能系数和火灾后动态弯矩提高系数对受火后构件的抗撞击性能进行量化分析,并给出构件跨中最大挠度的计算公式。结果表明,受火时间对构件的跨中挠度、撞击时程、撞击力和截面弯矩影响明显。随着受火时间增加,构件的跨中挠度大幅增加,撞击时程变长,且外钢管与混凝土各自承担的动态极限弯矩之比增大。惯性力对构件弯矩和剪力分布的影响主要在峰值阶段,该阶段弯矩和剪力的分布形态明显改变。受火后构件的破坏形式为整体弯曲变形,构件主要通过整体变形耗散落锤的动能。此外,构件的撞击力平台值、截面动态极限弯矩、吸能系数和火灾后动态弯矩提高系数均随着受火时间增加而降低,表明构件抗撞击性能和抗弯能力降低,公式计算的最大挠度与模拟结果吻合良好。     

整体-局部弯曲模型及其在简支组合梁中的应用

为建立钢-混凝土组合梁界面滑移及考虑界面滑移的挠曲线计算模型,基于Bernoulli梁理论和剪力连接件线性剪力-滑移模型,从梁体平衡方程、几何方程和物理方程出发,建立了基于全微分的截面弯矩和剪力分配计算方法,提出了适用于组合梁变形分析的整体-局部弯曲模型,通过引入整体弯矩分配系数,建立了组合梁界面滑移及挠度控制方程。将整体-局部弯曲模型应用于简支组合梁变形分析,利用MAPLE软件对其进行求解,得到了均布荷载、跨中集中荷载、对称集中荷载三种荷载工况下的简支组合梁界面滑移公式与挠曲线方程,与国内外已有试验结果和相关研究成果相对比,结果表明该文计算结果与实际情况吻合较好。     

连梁骨架曲线与滞回特性研究

连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。     

基于铁木辛柯梁理论的工字梁剪切变形计算方法研究

飞机机翼通常采用工字梁作为支撑结构,然而由于工字梁的几何参数改变,理论计算会受到影响,梁理论的选择会直接影响计算结果。目前,现有的工字梁挠度计算主要基于欧拉-伯努利梁理论,未充分考虑梁弯曲时存在的剪切变形。因此,本文提出了一种基于铁木辛柯梁理论的考虑剪切作用的工字梁计算方法,用于针对受集中力影响的工字梁进行计算。通过表征剪切变形对梁变形的影响,获得了剪切变形对梁的作用规律,并解释了剪切变形在梁中的变形机制。研究表明,当工字悬臂梁靠近固定端一定范围内以及梁的跨高比小于5时,计算时应考虑剪切变形的影响。该计算方法得出的内力计算理论结果与仿真及电测法结果基本一致,可以应用于实际工程计算中。     

近海大气环境下考虑锈蚀的不同剪跨比RC框架梁抗震性能试验

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀方法对8榀剪跨比分别为2.6和5（λ=2.6和λ=5）的RC框架梁进行腐蚀试验,进而进行拟静力试验,研究锈蚀程度和剪跨比对RC框架梁抗震性能的影响。结果表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,RC框架梁破坏时剪切变形所占的比例增大,破坏过程更加迅速,延性更差。另外,随着钢筋锈蚀程度的增加,RC框架梁的强度、变形能力和耗能能力都逐渐降低,尤其是对剪跨比较小的框架梁,降低幅度更大。因此,钢筋锈蚀对剪跨比较小的RC框架梁抗震性能影响更加严重。同时,该文拟合出锈蚀RC框架梁延性系数、功比指数及累积耗能与剪跨比和锈蚀率之间的关系曲线,为锈蚀劣化RC框架梁抗震性能的定量分析提供理论依据。