装配式建筑双槽钢组合截面梁整体稳定系数研究

提出了一种模块化装配式柱贯通梁实腹式钢结构框架体系,对板块拼接形成的双槽钢组合截面梁的整体稳定性进行了研究。首先证明了双槽钢组合截面梁有限元模型建立方法的可行性,然后分析了不同螺栓布置方式下螺栓间距对双槽钢组合截面梁静力性能的影响,得到合理的螺栓间距。对比分析了梁截面高度、翼缘宽度和厚度、腹板厚度、梁长、双槽钢间隙宽度、螺栓布置方式和荷载类型等参数对钢梁整体稳定性的影响,用拟合的方法得到了等效弯矩系数的计算公式以及弹塑性稳定系数和弹性稳定系数的关系公式。通过对纯弯荷载作用下弹性稳定系数计算公式的等效弯矩系数修正和弹塑性修正,得到了不同荷载类型下的弹塑性稳定系数的计算公式。     

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。     

带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算

通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。     

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017?2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。     

除尘器壳体双肢组合截面立柱轴压稳定性研究

除尘器壳体围护结构中的立柱因需要支承顶部较宽截面的箱形梁以及承担较大的轴力而设计成双肢H型钢组合截面。利用非线性有限元方法，研究此双肢组合截面柱在考虑初始缺陷情况下承受轴向压力时的稳定性。研究表明，立柱轧制、墙板与立柱焊接产生的残余应力会小幅降低立柱稳定承载力。立柱的失稳形式为柱顶跨段内前翼缘与前腹板组成T形截面整体弯扭失稳与腹板局部失稳同时发生的相关失稳。墙板与两肢间连接墙板作为蒙皮板，为立柱承担部分荷载并约束其侧向变形。连接墙板越靠近前翼缘，立柱的稳定性越好。连接墙板宽度、墙板宽度、墙板角钢加劲肋刚度和节点连接板厚度等因素对立柱稳定性影响较小。仅邻近立柱的墙板和连接墙板增厚可对立柱稳定性有增强作用，远离立柱的墙板壁厚影响较小。立柱稳定系数与H型钢柱翼缘宽厚比的关系不是单调的；立柱绕弱轴弯曲长细比、腹板高厚比的增大会降低立柱稳定性。基于大量非线性有限元计算结果，提出了除尘器壳体中双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的计算建议。     

翼缘削弱型钢梁的整体稳定性分析

针对钢框架梁翼缘削弱式(RBS)节点梁的整体稳定性能进行了分析。采用能量法研究了不同荷载作用下RBS 梁的整体稳定性能, 将梁翼缘削弱段刚度采用等效折减刚度进行分析, 得到RBS 梁侧向弯扭失稳的临界荷载, 并与等截面梁临界荷载进行对比。讨论了不同削弱参数下RBS 梁的临界弯矩变化规律, 并通过有限元数值计算验证了削弱参数对RBS 梁弯扭失稳临界弯矩的影响。研究结果表明:RBS 梁削弱参数整体对侧向弯扭失稳影响明显, 其临界弯矩值较同尺寸的普通钢梁明显降低, 工程设计中应考虑其不利影响;RBS随梁跨度的增加, 削弱段局部刚度对整段梁的刚度影响作用减弱, 当RBS梁的高跨比较小时, 可以忽略削弱参数对临界弯矩的影响。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的研究

根据等效跨度的概念,采用能量变分法,考虑翼板开裂及钢梁与混凝土板之间相对滑移的影响,推导了反向集中荷载作用下截面应力的解析解,计算了组合梁负弯矩区的有效翼缘宽度,将计算结果与试验结果进行了对比,并分析了组合梁负弯矩区混凝土开裂对剪力滞效应和有效翼缘宽度的影响。分析表明:混凝土开裂使组合梁负弯矩区剪力滞系数较开裂前减小,有效翼缘宽度较开裂前增大,但开裂区域长度对开裂部位的剪力滞系数和有效翼缘宽度无影响,故有效翼缘宽度可在负弯矩区等效跨度范围内按完全开裂的等截面梁进行计算,但在连续组合梁中,等效跨度应充分考虑实际反弯点的位置,完全按规范取定值在某些工况下会引起较大误差。     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁负弯矩区力学性能试验研究

为研究圆管翼缘组合梁负弯矩区的力学性能,进行了5根简支组合梁负弯矩作用下的静力加载试验,分析了试验梁的变形、应变发展规律。依据试验梁承载能力极限状态下的受力特性,采用简化塑性理论推导了圆管翼缘组合梁负弯矩区纯弯、纯剪承载力的计算公式,比较了公式对试验梁极限承载力的计算精度。对比EC4、GB 50917-2013、ASCE及Liang等公式的弯剪相关关系及对试验梁极限承载力的计算结果,提出了圆管翼缘组合梁负弯矩区弯剪相关承载力的适用计算公式。研究结果表明:试验梁在试验过程中表现出良好的稳定性和延性性能,最终破坏时伴随发生了局部剪切屈曲、下翼缘侧向屈曲、梁端腹板压屈及钢梁整体弯扭屈曲等4种典型破坏形态;当混凝土翼板受拉开裂后,不计混凝土抗剪作用的计算弹性剪应变分布较为符合实测剪应变曲线;受高剪力、高弯矩相关效应影响,计算负弯矩区圆管翼缘组合梁承载力时应考虑弯剪相关作用;GB 50917-2013给出的弯剪相关关系对试验梁极限抗弯承载力的计算平均值为96%,是综合计算精度与结果安全性的较适用公式。建议在应用所提纯弯、纯剪承载力公式的基础上,采用GB 50917-2013的弯剪相关公式计算负弯矩区圆管翼缘组合梁的弯剪相关承载力。     

循环荷载作用下钢梁临界侧向长细比研究

针对我国《建筑抗震设计规范》推荐的临界侧向长细比计算公式来源于单调荷载研究结果,并未反映不同抗震等级影响问题,基于抗震等级应与适宜的转动能力相匹配准则,对循环荷载作用下钢梁进行非线性有限元分析。所建模型考虑初始几何缺陷、残余应力影响,并得到试验验证。通过对钢梁端部弯矩比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、残余应力分布图式及平面外边界约束条件等5类影响因素数值分析,提出循环荷载作用下钢梁临界侧向长细比计算公式。该公式具有计算精度高、表达形式简单等特点。     

钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌能力研究

该文基于ABAQUS/Implicit建立了钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊混合节点抗连续倒塌数值模型。为提高该类节点的抗倒塌承载力,采用了波纹腹板H形钢梁和下翼缘加腋构造。分析该类节点在竖向荷载作用下的破坏特征和失效机理,并考虑波纹腹板的“折叠效应”对节点抗倒塌能力的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱-平腹板H形钢梁节点(J-WB-O)的破坏出现在环板和钢梁连接位置,而钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁加腋节点(J-CW-AP)的破坏远离环板与钢梁连接位置,延缓了钢梁下翼缘断裂;此外,J-WB-O节点钢梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP节点在加载初期波纹腹板几乎不提供倒塌抗力,当下翼缘断裂后波纹腹板开始受力,并且随着裂缝的向上延伸波纹腹板截面依次呈现受拉状态,表现为波纹腹板波纹逐渐拉开的过程即为“折叠效应”,延缓了腹板开裂和局部屈曲。对比普通栓焊混合节点J-WB-O,波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点J-CW-AP的极限承载力与延性分别提高了67.2%和62.3%。基于抗力机制分析,给出了钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌承载力简化计算公式。     

蜂窝梁抗剪性能分析与计算

该文对不同参数下的腹板开孔蜂窝梁抗剪性能进行分析。以试验为基础,基于有限元软件建立合理的计算模型,对不同孔型,相同孔型不同开孔率、不同翼缘尺寸的蜂窝梁进行计算,得出不同参数下蜂窝梁抗剪承载力并分析比较。结果表明:在相同开孔率及开孔数目的情况下,圆形孔蜂窝梁的抗剪极限承载力要高于六边形和矩形孔蜂窝梁;蜂窝梁翼缘宽度变化对抗剪贡献影响不大,翼缘厚度变化对其影响较大;分析发现蜂窝梁抗剪承载力受翼缘厚度、开孔率和孔型变化影响较大,给出了考虑翼缘抗剪贡献和开孔率影响的抗剪承载力简化计算公式;通过分析不同剪跨比蜂窝梁受力性能,给出弯-剪相关公式。     

型钢混凝土深梁受剪性能及承载能力研究EI北大核心CSCD

为了研究型钢混凝土深梁的受剪机理,以剪跨比、型钢截面高度比、翼缘宽度比为影响因素,设计7个试件进行了跨中集中荷载作用下的抗剪性能试验,对受力过程、荷载-位移曲线、破坏形态、受剪承载力等进行了比较分析,基于修正压力场理论提出了型钢混凝土深梁受剪承载力计算模型。结果表明:剪跨比是型钢混凝土深梁破坏形态主要影响因素,较大翼缘宽度比的试件具有更高的受剪承载力;基于修正压力场理论的计算模型能够综合考虑剪跨比和翼缘宽度比的影响,模型计算值与试验结果吻合较好。     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)滞回性能试验研究

为进一步改善现行薄壁钢板组合截面PEC柱构件双向不等刚度和翼缘局部屈曲过于集中等力学性能缺陷,该文提出了采用翼缘钢板卷边的新型卷边钢板组合截面PEC柱类型。以拉结板条间距作为基本参数,对4个按新型卷边钢板组合截面强轴布置的足尺试件进行了恒定竖向荷载下的水平低周反复荷载试验,观察了试验过程中PEC柱卷边钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲和混凝土部分裂缝开展与压溃发展过程,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了PEC柱的承载力、抗侧刚度、耗能与延性、变形模式与破坏模态等力学性能。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,具有优越的变形与耗能能力;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部位不断扩展和伴随混凝土大面积压溃。     

型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力试验研究

基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗剪试验,揭示了影响梁抗剪性能的主要因素,得出了剪跨比、混凝土强度、含钢率、配箍率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)和加载方式对梁抗剪承载力的影响规律.依据现有型钢混凝土梁抗剪承载力计算方法,采用梁构件桁架.拱模型,分析了型钢高强高性能混凝土梁的受剪机理,认为其斜截面抗...     

薄柔H形截面双向压弯钢构件极限承载力研究

为探究薄柔H形截面双向压弯构件的极限状态性能,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型,分析中考虑了材料非线性、几何非线性及残余应力的影响,并基于已有试验数据验证了该模型的适用性。基于经典弹塑性稳定理论,提出了用于确定双向压弯构件极限状态的判定准则,对于塑性铰截面定义为截面出现塑性铰时达到其极限状态;对于由局部屈曲控制的薄柔截面其极限状态为屈曲起始时刻,且该准则能够准确识别出板件局部屈曲的发生。通过最小二乘法拟合得到双轴弯矩极限相关曲线,呈现出腹板和翼缘宽厚比及轴压力的复杂相关影响关系。提出了考虑材料的强化作用和板件相关作用的极限相关计算公式,能够良好地预测H形截面双向压弯构件的极限承载力,且不受截面分类的限制,具有良好的适用性。     

局部火灾场钢框架结构等效楼面活荷载分析

通过对火灾场钢结构框架梁极限抗弯、抗剪承载力的分析，提出采用等效楼面活荷载来描述火灾场对结构极限承载力的削弱，建立了火灾场等效楼面活荷载的计算公式，通过具体算例分析了厚涂型不同保护层厚度的框架钢梁极限抗弯、抗剪承载力及等效楼面活荷载的变化规律。分析结果表明，采用等效楼面活荷载可以直观地描述火灾场对结构构件极限承载能力的削弱，使火灾场钢结构受力分析变得简单、清晰。     

型钢高强混凝土梁力学性能试验研究

基于19榀型钢高强混凝土简支梁的力学性能试验,观察了诸试件的裂缝开展模式及破坏形态,揭示了影响梁力学性能的主要因素,探讨了混凝土强度、含钢率、剪跨比、荷载类型、剪切连接方式及宽度比(型钢翼缘宽度与梁宽之比)对梁力学性能的影响规律,给出了不同连接方式下型钢与混凝土界面间的剪切计算方法。依据现有型钢混凝土梁承载能力计算方法,通过引入截面对称性影响系数以考虑型钢截面形式变化对构件承载力的影响,建立了中和轴通过型钢腹板时型钢高强混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式。建议公式计算值与试验实测值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度。研究将为型钢高强混凝土梁相关计算理论的建立提供理论依据。     

钢管混凝土哑铃形截面拱空间受力性能试验研究

进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明:模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。     

火灾下钢-混凝土组合梁内力变化的试验研究

实际工程中,钢-混凝土组合梁大多具有轴向约束,从而使得组合梁在大变形时产生悬链线效应来继续承担外部荷载。为研究火灾下钢-混凝土组合梁的悬链线效应产生机制,开展了2块足尺钢-混凝土组合梁的火灾试验,测试组合梁截面内力随受火时间的变化过程。介绍了试件设计、加载方案和测量内容,描述了相关试验现象及破坏特征,得出以下主要结论:升温时,组合梁截面温度梯度分布变化较大且易产生附加弯矩,对组合梁极限承载能力产生不利影响;火灾下组合梁的破坏模式主要表现为梁端负弯矩处形成明显的塑性铰,同时板底钢梁的受拉下翼缘出现整体侧向失稳,这与常见单个钢梁的受压翼缘屈曲而整体失稳的现象相悖;荷载比是影响组合梁抗火性能重要的参数之一;通过实测得到火灾发生时组合梁内力的变化过程,分析出在同等条件下的相同时间内,荷载值越大组合梁悬链线效应越明显。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究

针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17~3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2~0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足“强节点弱构件”要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。