薄壁钢梁-陶粒混凝土装配式组合楼板受火后受力性能研究

由冷弯薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板具有轻质、高强和施工方便等优点。为研究该类组合楼板的抗火性能及高温后的受力性能,对6块遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾升温作用的简支组合楼板试件进行受火后受力性能试验研究。结果表明：当施加的等效均布荷载达到2kN/m²时,受火作用后的组合楼板试件最大挠度小于跨度的1/400,且在加载过程中薄壁钢梁虽已明显扭曲、混凝土板多处开裂,但组合楼板试件未出现整体坍落现象;以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪键组合楼板试件的提高14.2%;当用钢量相同时,主梁数量较多的组合楼板试件采用U形钢筋作为拉结件,其火灾后极限荷载比采用钢条拉结件的组合楼板试件的增加33%,且整体刚度也有所提高;该类组合楼板在受火后仍具有较高承载能力和整体刚度,且抗剪键类型、预制板之间设置的拉结件以及拉结件与抗剪键的连接方式均对其受火后的受力性能有较大的影响。引入组合效应系数可以较好地反映受火后组合楼板试件的组合效应及内部损伤程度。     

冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板静载性能研究

由腹板开孔且翼缘卷边的H形薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板经后浇砂浆和抗剪键组装而成的组合楼板,具有轻质、高强、无需支模、装配化程度高等优势。对平面尺寸为2 040 mm×1 500 mm、中间设有4根纵向主钢梁的5个装配式组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键类型、有无连接件及后浇带材料的变化对组合楼板静载性能的影响。结果表明,该组合楼板试件具有较高的整体刚度和承载能力,屈服荷载对应位移的最大值为楼板跨度的L/486,能够承担的最大等效均布荷载值为8.83 kN/m~2。普通抗剪栓钉的组合效应明显优于薄壁异形抗剪键的,且前者较之后者,组合楼板的屈服荷载和极限荷载分别提高83.2%和108.2%。后浇层采用细陶粒混凝土不仅能减轻楼板自重,也可使组合楼板的整体承载能力达到设计的基本要求。     

帽型薄壁钢梁-轻骨料混凝土组合楼板受力性能试验研究

由帽型冷弯薄壁钢梁作为组合楼板的承重骨架,与轻骨料混凝土预制板块经后浇水泥砂浆而形成轻质组合楼板。为研究其受力性能,设计并制作了5块具有不同构造特征的组合楼板试件,对其进行了简支条件下的静载试验。结果表明：该组合楼板具有较大的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到正常使用状态的荷载标准值3.2kN/m2时,跨中挠度远小于L/500。当组合楼板的整体变形较大时,帽型钢梁内部的外伸腹板对提高组合楼板的整体刚度产生明显作用,极限状态下割线刚度是帽型钢梁内部无外伸腹板时的2.5倍;当次梁截面高度由20mm增至50mm时,组合板的极限荷载增幅为87.5%。     

陶粒混凝土-开孔薄壁钢梁组合楼板的受力性能研究

由腹板开孔且翼缘卷边的H形薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板经后浇砂浆和抗剪键组装而成的组合楼板,具有轻质、高强、无需支模、装配化程度高等优势。为研究该类组合楼板的受力性能,对6组不同构造的两边简支组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键分布及薄壁钢壁厚的变化对组合楼板整体受力性能的影响。结果表明：对应等效均布荷载2kN/m2的组合楼板,中心挠度远小于L/500,能够承担的最大荷载值为13.25kN/m2;当混凝土严重开裂且板跨中最大挠度达到L/45时,组合楼板试件并未出现整体塌落;主钢梁上抗剪栓钉的增加,对提高组合楼板的极限荷载和整体刚度均不明显;边梁增设抗剪栓钉对组合楼板的屈服荷载及整体刚度均产生显著影响,当边梁设置与主梁同样的抗剪栓钉时,屈服荷载和整体刚度增幅分别为82.1%和35.6%。     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受力性能试验研究

为研究开孔薄壁钢梁 轻骨料混凝土组合楼板的受力性能,设计并制作了5块具有不同构造（不同预制板型、抗剪方式及腹板开孔率）的组合楼板试件,进行了简支条件下均布加载受力性能试验研究。结果表明：该组合楼板具有较高的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到6 kN/m²时,跨中挠度远小于L/500（L为试件跨度）;对于相同的开孔率,薄壁钢梁腹板的开孔应优选孔径小、数量多的开孔形式;采用文中所构造的抗剪键及其布置形式的组合楼板,其抗剪效果明显优于采用结构胶黏结混凝土板和钢梁的;组合效应系数可以较好地反映组合楼板的整体特性及内部损伤。     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受火试验研究

为研究由冷弯卷边H形开孔薄壁钢梁和预制轻骨料混凝土板形成的装配式组合楼板的受火性能,对6个两端简支组合楼板试件开展了高温下试验研究,得到了试件的温度及位移响应。研究结果表明：在等效均布荷载2.0 kN/m²及最高炉温为600℃的烃类火灾作用下,以轻骨料混凝土及腹板开孔薄壁钢梁形成装配式组合楼板具有良好的抗火性能,组合楼板的跨中挠度最大为L/44（L为组合楼板跨度）时,试件仍保持良好的整体性;主钢梁腹板开孔直径与分布形式对组合楼板的整体抗火性能均有显著影响,为减小组合楼板高温下的位移响应,对主钢梁腹板的开孔宜优选孔径大、数量少的分布形式;抗剪键数量对组合楼板抗火性能的响应影响远大于对预制板类型的影响。     

H型薄壁钢梁-轻质混凝土装配式组合楼板受力性能试验研究

通过对5块由H型薄壁钢梁和轻骨料混凝土形成的装配式组合楼板的静力加载试验,研究了该种装配式组合楼板常温下的受力性能和变形性能,并对比分析了不同约束条件以及次梁高度对楼板强度和刚度的影响.研究结果表明:该楼板具有良好的整体性和变形能力,当跨中挠度达到L/100时仅出现局部破坏,试件未发生整体坍塌,且具有双向板的受力特征;加强主梁两端约束对提高楼板承载力的作用并不十分明显;增加次梁高度可以提高楼板的极限承载力,但对楼板整体刚度影响较小.     

薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板受力性能试验研究

为研究由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土形成的组合楼板的受力性能,对4块具有不同构造特征的两端简支组合楼板试件进行了均布荷载和局域荷载作用下的受力性能试验研究。结果表明:以壁厚为1 mm的冷弯薄壁钢制成的钢桁架作为承重骨架的组合楼板试件具有较大的整体刚度,当受到的等效均布荷载达到3 k N/m2时,其跨中挠度远小于L/400(L为试件跨度)。用周边设有凹槽的轻骨料混凝土预制板形成的组合楼板试件,其整体刚度和屈服荷载均高于用周边无凹槽的预制板块所制成的组合楼板试件,且钢桁架斜腹杆厚度的变化对组合楼板整体受力性能也有较为显著的影响。     

考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能试验研究

为研究钢梁与混凝土楼板的组合作用对钢-混凝土组合框架体系的刚度、承载力及耗能能力的影响,并考察组合框架结构在大震作用下进入弹塑性阶段的受力性能,进行了2榀足尺方钢管混凝土组合框架的低周反复荷载试验。2榀组合框架分别为组合梁-钢管混凝土框架及纯钢梁-钢管混凝土框架。试验中结构的最大层间位移角达到1/21。试验结果表明：组合框架结构具有稳定的滞回性能及良好的延性;钢梁与混凝土楼板的组合作用能显著提高结构的刚度、强度及耗能能力,并且能有效保证钢梁上翼缘的局部稳定性及钢梁的整体稳定性;楼板组合作用将使钢梁下翼缘应变显著增大,导致楼盖梁转动能力的减小;两个试件的破坏均是由梁端失效引起,说明试验中采用的梁翼缘贯通式节点能够满足强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计要求。     

方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点受力性能试验研究

进行了考虑压型钢板-混凝土组合楼板组合作用的方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点的静力性能试验研究。分别对无楼板、楼板受压、楼板受拉的3个足尺节点试件进行了静力加载试验,通过对比分析,考察了节点在单调荷载作用下的受力性能,包括初始转动刚度、极限承载能力等,研究了正、负弯矩作用下楼板组合作用对其受力性能的影响。研究结果表明:无板节点试件梁端位移延性系数达到2.2以上,满足抗震设计要求;组合节点和无板节点受力性能差别明显,相比于纯钢梁,组合梁横截面中和轴上移,组合节点的初始转动刚度、承载力与无楼板节点相比均有大幅度提高;组合节点螺栓开始滑移的荷载增大,最大滑移量减小;节点核心区剪切变形可忽略不计。     

双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型的配置L形拉结件的双钢板-混凝土组合剪力墙。通过两组共6个双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,对此新型组合剪力墙的抗震性能进行了研究。试件改变参数主要为轴压比和连接件间距,在试验的基础上对试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等进行分析。试验研究表明：L形拉结件的配置既能增强外包钢板对核心内混凝土的约束作用又能抑制外包钢板的屈曲,充分保证了外包钢板和混凝土之间的协同工作,此新型组合剪力墙具有较高的承载力,较好的延性及耗能能力。在达到峰值荷载之前,墙体钢板未发生明显的局部屈曲变形,最终组合剪力墙均因端柱屈曲拉裂而开始破坏;破坏时极限位移角的平均值为1/58;随着距厚比减小,试件的水平承载力和延性系数均显著提高。     

新型装配式冷弯薄壁型钢组合楼板模块受弯性能试验研究

为提高现有组合楼板的加工效率和装配化程度,解决组合楼板结构中自攻螺钉连接工序多、效率低等问题,提出了一种基于锁铆连接的新型冷弯薄壁型钢桁架梁-压型钢板-混凝土组合楼板模块。为研究该楼板模块的受弯性能以及次梁间距、混凝土厚度和连接方式对其抗弯承载力、延性和刚度的影响,对6块足尺组合楼板模块试件进行了单调静载试验。试验结果表明:在正常使用阶段,组合楼板模块的变形很小,且远小于GB 50017—2017《钢结构设计标准》要求的限值;组合楼板模块破坏时具有较大塑性变形,说明其延性性能良好,主要表现为桁架梁锁铆连接的破坏、桁架梁弦杆的折曲破坏和楼板模块面板层混凝土的挤压破坏;次梁间距对组合楼板模块的延性和刚度影响较大,对其抗弯承载力影响较小;混凝土厚度和钢构件连接方式对组合楼板模块的抗弯承载力、延性和刚度均有显著影响。     

装配式组合楼板火灾后力学性能研究

正宁波大学的研究人员开展了冷弯薄壁钢梁-陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板火灾后的力学性能试验研究。试验参数包括主梁壁厚、次梁壁厚、预制板型、抗剪键和连接方式。研究了板的荷载-位移曲线、钢梁应变和混凝土应变的变化规律。研究结果表明:以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪     

考虑楼板组合作用的复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为研究楼板的组合作用对复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能的影响,进行了4个考虑楼板组合作用的节点和1个不考虑楼板组合作用的钢梁节点的低周往复荷载试验,分析了不同构造和混凝土楼板对节点破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性和耗能能力等的影响。结果表明:该类节点构造合理,满足"强节点弱构件"的抗震设计原则;不考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏,考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏和柱端破坏;楼板与钢梁的组合作用使节点承载力提高显著,但延性提高不明显,破坏时钢梁下翼缘的变形和焊缝撕裂程度增大;锚固腹板设置加劲肋有效延缓了钢梁下翼缘破坏,提高了组合节点的耗能能力;该组合节点试件滞回曲线较饱满,刚度退化明显,承载力退化不明显,等效黏滞阻尼系数介于0.282~0.311之间,转角延性系数和层间位移角均满足规范要求,具有较好的抗震性能。     

不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

为研究在高轴压比下内置钢板 混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪-力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%~32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

钢-混凝土组合扁梁受弯性能理论分析与试验

钢-混凝土组合扁梁楼盖以其楼盖结构高度小、防火性能好、下表面平整观感好、便于管线铺设以及在经济跨度范围内梁高更小的优势,在国外(特别是英国和北欧地区)得到了较广泛的应用。实际工程中,钢-混凝土组合扁梁楼盖应用较多的是SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合楼板,用于住宅建筑时,存在以下不足:1)钢梁下翼缘外露,需要进行防腐防火保护;2)深肋压型钢板组合扁梁下翼缘不平整需做吊顶,增加了成本和结构高度;3)SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合楼板均为单向板,导致楼盖厚度较大,且楼盖高度难以进一步降低等,制约了钢-混凝土组合扁梁楼盖在实际工程中的应用。为此,提出了预制叠合密肋楼板和预制叠合密肋楼板组合扁梁楼盖的概念,预制叠合密肋楼板由预制带肋底板和现浇层组成,可实现双向传力。由于该新型预制叠合密肋楼板组合扁梁楼盖区别于传统的SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合扁梁楼盖,为研究该新型组合扁梁楼盖预制叠合密肋楼板与钢梁协同工作性能及其设计方法,结合某高层钢结构住宅示范工程的设计,对该新型钢-混凝土组合扁梁的受弯性能进行了理论分析与试验研究。设计制作了2个预制叠合密肋楼板组合扁梁试验试件,主要变化参数为钢梁腹板开孔形式和剪力键设置方式。钢梁采用焊接不等翼缘钢梁,楼板采用预制叠合密肋楼板,预制板均不出筋。钢材牌号为Q345B,楼板混凝土强度等级为C35,钢筋为HRB400级。试件计算长度为3 800 mm,几何长度为4 000 mm。通过试验研究该新型钢-混凝土组合扁梁的承载能力、延性、变形性能、裂缝开展、应力及应变发展情况等。在试验研究的基础上,提出了预制叠合密肋楼板组合扁梁抗弯极限承载力计算简化假定,并基于破坏强度理论推导了预制叠合密肋楼板组合扁梁抗弯极限承载力计算公式。通过理论分析和试验研究得到以下结论:1)预制叠合密肋楼板组合扁梁具有优良的承载能力和延性性能。试件挠跨比达到1/32时,试件承载力仍未有明显下降,试件呈延性破坏特征。2)在钢梁下翼缘边缘和受拉钢筋屈服时,试件达到屈服承载力;在钢梁全截面屈服、受拉和受压钢筋屈服、受压区混凝土压溃时,试件达到极限承载力。在峰值荷载之前,混凝土和钢梁截面应变分布近似呈线性分布,可以采用平截面假定。3)基于破坏强度理论提出的预制叠合密肋楼板组合扁梁的抗弯承载力计算公式,与试验结果吻合良好,且偏于安全。     

考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能有限元分析

为了对组合框架结构的抗震性能进行深入的研究,基于方钢管混凝土组合框架低周往复荷载试验的足尺试件,采用通用有限元软件Msc.Marc建立了壳-实体精细非线性有限元分析模型,考虑了钢材及混凝土的弹塑性性能,混凝土的开裂及受拉软化,钢梁与混凝土楼板交界面的滑移以及钢梁下翼缘断裂等非线性因素,对4榀组合框架及2榀组合节点进行了...     

压型钢板-陶粒混凝土组合楼板火灾响应及火灾后受力性能试验研究

为了分析压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的火灾响应,首先对受荷条件下的2块简支陶粒混凝土组合楼板进行了火灾行为试验,得到了其火灾温度响应及位移响应。在此基础上,进一步对2块受火后的压型钢板-陶粒混凝土组合楼板进行了火灾后受力性能试验研究,并对1块具有相同参数的组合楼板开展了常温下静载试验。结果表明：在楼板内部设置焊接栓钉将减弱组合楼板的抗火性能、降低组合楼板火灾后的承载力;与未受火作用的同样规格的组合楼板相比,火灾后压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的破坏形式发生较大变化,但仍具有较高的承载力和良好的受力性能;压型钢板-陶粒混凝土组合楼板受火后为弯曲破坏,而未受火楼板则为剪切滑移破坏。     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。     

正交胶合木-混凝土组合楼板单面受火耐火极限试验研究

为研究正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限，设计并制作了4个正交胶合木-混凝土组合楼板试件和2个正交胶合木楼板对比试件，分别进行常温下受弯加载试验、持荷耐火极限试验和数值模拟。结果表明：常温下正交胶合木楼板的破坏模式主要包括底部规格材的顺纹受拉断裂破坏、上下两层规格材之间横纹劈裂破坏和中部规格材的滚剪破坏；常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的破坏模式包括现浇混凝土层与正交胶合木板的界面发生剪切破坏和底部规格材顺纹受拉断裂破坏；常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的初始刚度和受弯承载力比正交胶合木楼板的分别提高了237.8%和60.1%。受火后，正交胶合木板底发生了明显炭化，正交胶合木-混凝土组合楼板发生了明显的受弯变形。在荷载比相同的条件下，正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限比正交胶合木楼板的提高了335.3%;随着荷载比由0.20增加至0.50时，试件耐火极限由74.1 min降低至30.6 min。正交胶合木-混凝土组合楼板耐火极限的数值模拟精度误差在14.1%以内，满足工程精度要求。