火灾后型钢混凝土异形柱承载力研究

<正>青岛理工大学开展了火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压正截面承载力简化计算方法的研究。试验试件共35根型钢混凝土异形柱,其中十字形截面柱9根,T形截面柱8根,等肢L形截面柱9根,不等肢L形截面柱9根。提出了折算截面法,计算火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压时正截面承载力,根据试验结果确定了相应的修正系数,计算值与试验值吻合较好。     

钢筋笼锈蚀预应力混凝土梁承载力试验与计算模型

对5根预应力混凝土梁(4根钢筋笼锈蚀,1根完好)进行了正截面受弯承载力试验,总结了极限状态下的裂缝发展状况,分析了钢筋笼锈蚀程度对构件荷载—挠度关系、荷载—应变曲线的影响。建立了考虑箍筋锈蚀和受压纵筋锈蚀对受压区混凝土综合损伤的锈蚀预应力混凝土梁受弯承载力计算模型。试验表明,氯盐侵蚀作用后构件的受力裂缝会与锈胀裂缝贯通,结构符合适筋破坏特征,中和轴上移。     

HRB500钢筋混凝土Z形截面双向压弯柱正截面承载力数值分析

为研究HRB500钢筋混凝土Z形截面双向压弯柱的受力性能,采用Fortran语言编制Z形截面双向压弯柱承载力有限元计算程序,基于已进行的9根钢筋混凝土Z形截面柱试件反复加载试验结果,对程序的正确性进行验证,试验结果与计算结果吻合较好。分析了加载角度、混凝土强度等级、纵筋配筋率、轴压比和肢高肢厚比等参数对承载力的影响,得到了Z形截面双向压弯柱正截面轴力-弯矩(N-M)及双向弯矩(Mx-My)相关曲线的变化规律。研究结果表明:在轴压比、纵筋配筋率、肢高肢厚比满足限值的条件下,界限破坏时,混凝土强度等级由C45提高到C60,受弯承载力提高15.1%,受压承载力提高21.1%;配筋率由1.57%提高到2.26%,受弯承载力提高15%,受压承载力降低10.8%,加载角度对界限破坏点没有影响。配置HRB500纵筋Z形截面柱,混凝土强度等级不宜小于C50。     

钢管混凝土组合异形柱受压性能有限元分析

通过理论计算承载力,换算长细比以及非线性有限元模拟分析研究圆钢管混凝土T形组合截面异形柱的压弯性能。讨论了其在轴压作用下的应力分布,失效模式,荷载-位移曲线等,认为圆钢管混凝土T形组合截面异形柱承载力较高,具有很好的延性,使其在实际工作中有很高的安全储备,由于T形截面本身是非对称截面,在轴压作用下,整体变形为绕弱轴的弯曲变形为主,弱侧单柱肢先达到屈曲破坏,柱肢之间的相对扭转可忽略不计,符合预期设想,单个柱肢之间有缀管相连接,在竖向受压作用力变大过程中,整体表现出协同变形的趋势,最后表现为整体弯曲失稳破坏。     

等肢钢筋混凝土T形截面柱的合理配筋研究

采用数值积分法编制了T形截面柱正截面承载力非线性分析程序,对5种不同配筋的等肢T形截面柱,在不同轴压比下的Mx-My,曲线进行了计算,分析了不同荷载角的极限弯矩变化规律,探讨了截面配筋对截面承载能力的影响,得出了等肢T形截面柱的合理配筋.理论计算值与试验结果的比较表明,二者吻合较好.最后,对等肢T形截面柱的工程设计提出了建议.     

竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对4个剪跨比为2.11,竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验。其中,3个试件为一字形截面剪力墙,轴压比分别为0.5、0.6和0.2;1个试件为T形截面剪力墙,轴压比为0.5。试验结果表明：剪力墙以压弯破坏为主,边缘构件竖向钢筋受拉屈服、墙底两端混凝土受压破坏;水平荷载 位移滞回曲线有一定程度捏拢;一字形截面剪力墙及T形截面剪力墙翼缘端受压时极限位移角不小于1/80,T形截面剪力墙腹板端受压时极限位移角为1/110;对于偏心受压承载力试验值与GB 50010-2010规范公式计算值之比,一字形截面剪力墙约为1.20,T形截面剪力墙翼缘端受压和腹板端受压时分别为1.04和1.11;套筒挤压连接能有效传递钢筋拉、压荷载作用。竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗震性能满足现行规范的要求。     

L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱弱轴压弯整体稳定

为了研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱的压弯稳定性能，对L形截面PEC柱进行了弱轴压弯试验和有限元分析。试验研究中设计并制作了3个L形PEC柱试件，变化参数为长细比和偏心距。试验结果表明：截面形状和主钢件分布的几何非对称性，以及混凝土材料拉压强度的非对等性，造成L形PEC柱在受力后截面中和轴的偏转，导致构件发生弯扭变形。有限元分析表明，L形截面的肢背或肢端受压对构件承载力有一定影响；长细比较小(即长细比为10～30)时，肢背受压的构件轴力-弯矩相关曲线具有大小偏心分界的特征，但长细比较大(即长细比大于60)时，整体失稳成为控制破坏模式，相关曲线向原点内凹。建议了L形PEC柱绕弱轴压弯时的整体稳定承载力计算公式，与试验和有限元参数分析结果对比表明：当长细比小于60时，建议公式可以适用，当长细比大于80时，建议公式偏不安全，需进一步改进后才能用于工程设计。     

重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土加卸载准则

为研究T形截面柱箍筋约束混凝土在重复荷载作用下的加卸载模型,在已有5根箍筋约束混凝土T形截面柱轴心重复受压性能试验研究基础上,采用ANSYS有限元软件对其受力过程进行分析,研究了T形截面柱箍筋对核心混凝土的有效约束作用。综合有限元分析结果及试验结果,建立了T形截面柱约束混凝土的抗压强度和峰值应变计算式,计算值与试验值吻合良好。通过分析重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变包络线、共同点轨迹线的特征,发现共同点轨迹线与包络线形状相似,给出了应力-应变包络线方程,计算结果与试验结果吻合良好。据此建立了重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土的卸载曲线、再加载曲线方程,计算曲线与试验曲线吻合较好,说明建议的加卸载准则能较好地反映轴压重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变曲线的变化规律。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压试验研究

针对单肢C形和U形截面及由其拼合而成的双肢和四肢截面冷弯薄壁型钢柱轴压承载力,进行了66根(共6种截面,5种长度)两端铰接的多肢拼合截面冷弯薄壁型钢柱轴压试验,研究了长细比、肢数及拼合形式对冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压受力性能的影响。试验结果表明:长细比小于70的开口截面易发生畸变屈曲,闭口截面则发生局部屈曲;长细比大于70的试件则以整体屈曲破坏为主;随着试件的长度增加,其轴压承载力逐渐降低。相对于单肢截面,相同高度的拼合截面长细比减小,试件破坏形式随着长细比减小而从整体屈曲控制变为畸变屈曲和局部屈曲控制,轴压承载力提高。试验结果为多肢拼合截面柱设计计算提供了试验数据支持。     

轴压比对T形截面构件延性的影响

采用数值积分法编制了对T形截面构件的延性非线性分析程序,通过对两种截面配筋形式的等肢T形截面构件在不同轴压比下的M—φ曲线进行的计算、分析,得出轴压比对T形截面的屈服曲率的影响较小,对极限曲率的影响较大;对等肢T形截面,荷载角为90°和180°时,延性较差,增加肢端纵筋或设置边缘构件,可以改善构件的截面延性。     

Study of the flexural performance and a novel calculation formula for the degree of composite action for precast concrete sandwich panels

This study investigates the flexural performance and degree of composite action (DCA) of precast concrete sandwich panels (PCSPs) with four types of connectors. Five full-scale specimens were designed, and 4-point bending tests were performed. The specimens included four PCSPs utilizing glass fiber reinforced polymer (GFRP) truss connectors, steel truss connectors, concrete rib connectors, and GFRP pin connectors, respectively, along with a solid panel (SP). The results indicated that the flexural performance and DCA provided by the four types of connectors followed an ascending order as follows: GFRP pin-type connectors, GFRP truss connectors, steel truss connectors, and concrete rib-type connectors. Moreover, the study presented a novel method for calculating DCA, namely, the neutral axis method, which was compared with the displacement and strain methods. The reasonableness and accuracy of the neutral axis method in calculating DCA during the linear elastic stage were verified. Results indicated that the neutral axis method provided more precise and reasonable DCA that closely matched the experimental results compared with the displacement and strain methods. Additionally, the neutral axis method was simpler to calculate DCA and had a broader range of applications. Finally, the study provided recommendations for the optimal application scenarios of each calculation method.     

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明：在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面（试件JD1）时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面（试件JD2）时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。     

多腔钢管混凝土异形柱不同方向抗震性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土异形柱在不同加载方向的性能差异,设计并制作了5个1/30缩尺多腔钢管混凝土异形柱模型试件,截面构造包括13腔体基本型截面和5腔体简化型截面,基本型试件包括沿截面长轴加载、短轴加载和与长轴成45°方向加载的试件,简化型试件包括沿截面长轴加载和短轴加载试件。采用拟静力试验方法,对各试件的破坏特征、滞回性能、承载力、刚度退化、延性以及耗能能力进行研究。结果表明：各试件屈服位移角均值为1/92,破坏位移角均值为1/30,具有良好的延性;对于基本型试件,随着加载方向由长轴转向短轴,承载力及耗能能力逐渐降低,不同加载方向的性能差异显著;简化型试件的承载力较基本型试件的小,但具有更好的延性,耗能能力相当,且不同加载方向性能差异较小。使用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,所得模拟结果与试验结果吻合良好,由此进一步分析了钢筋笼、轴压比以及混凝土强度对异形钢管混凝土柱受力性能的影响,结果显示：钢筋笼能够提高试件承载力;随着轴压比增大,试件延性和承载力逐渐降低;试件承载力随混凝土强度增大而增大。     

考虑局部屈曲影响的H形钢构件在双向压弯作用下的滞回性能研究

由于地震作用是多维的,结构构件在地震作用下将会受到双向弯矩作用,而构件在一个主轴方向的屈服或屈曲会给构件在另一主轴方向的各项性能带来退化。针对H形截面钢构件,设计了一种由万向铰与三个跟动装置组成的三维加载系统,对11个不同宽厚比、轴压比和加载方向组配下的大宽厚比H形截面钢构件进行了双向压弯的滞回试验研究,考察了其破坏模态、滞回曲线及耗能能力等滞回性能。采用ABAQUS软件建立了有限元模型,采用试验结果进行了校核。最后基于试验和有限元分析结果,分析了扭转效应对试件的影响特性。研究结果表明,板件的局部屈曲和塑性变形的相关作用是影响试件滞回响应的重要因素,而影响效果主要取决于板材宽厚比、轴压比和加载方向的耦合作用;扭转效应对所设计的试件影响较小。     

击实粘性土水力劈裂性能研究

本文试验使用一台多功能液压三轴仪。该仪器可严格控制中空园柱试件的边界受力条件及在垂直方向对试件施加拉力或压力。通过这种仪器进行了在渗水力作用下压实粘性土的水力劈裂性能研究。研究结果表明,在不同起始主应力比条件下,试件可以表现为水力劈裂破坏,也可以为剪切塑流破坏。试验结果与本文提供的理论计算值相符。     

钢梁柱半刚性节点顶底角钢弱轴连接的有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯特性。为研究钢梁柱节点弱轴连接的弯矩-转角性能,进行3个顶底角钢弱轴连接大尺寸试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型,有限元分析考虑几何大变形、材料非线性和接触非线性。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性、摩擦系数等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。这进一步明确了顶底角钢弱轴连接的应力分布、塑性发展、变形特点、接触摩擦状态和破坏模式。研究表明:顶底角钢弱轴连接具备一定的弯矩承载能力和良好的转动变形能力,顶角钢可以形成3个塑性铰机构;角钢弱轴连接与角钢强轴连接不同的是,柱腹板过于薄弱可以改变弱轴连接的变形模式;顶底角钢弱轴连接在使用荷载作用下接触状态稳定。     

拉-弯-剪组合作用下法兰连接方钢管柱受力性能研究

为研究多高层钢结构柱连接在拉-弯-剪组合作用下的受力性能,对4个不同法兰板厚度的法兰连接柱进行了足尺模型试验和有限元分析,并通过有限元模型分析了轴拉比对法兰连接柱性能的影响。结果表明：随着法兰板厚度增大,连接柱的侧向刚度和水平承载力增大,受拉区法兰接触面翘力减小;在拉-弯-剪组合作用下,法兰中性轴位置在受压侧第二排螺栓附近,且随着法兰板厚度的增大,中性轴位置由法兰受压区逐渐向其几何中心移动。轴向拉力对法兰产生的作用效应与水平荷载产生的作用同向。轴向拉力降低了法兰连接柱的水平屈服荷载,法兰转角随着轴拉比的增大而增大。     

半刚性钢框架梁柱弱轴端板连接的试验研究和有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯性能。为研究钢框架梁柱节点弱轴端板连接的性能,进行2个边柱弱轴端板连接试件和2个中柱弱轴端板连接试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。明确了弱轴端板连接的应力分布、塑性发展、变形特点和破坏模式。研究表明:①梁柱弱轴端板连接具备一定的转动变形能力和良好的弯矩承载能力,在端板受拉区可能形成塑性铰;②梁端弯矩较小时弯矩-转角曲线就体现出非线性的性质,弱轴端板连接属于典型的半刚性连接;③中柱节点和边柱节点弱轴端板连接的承载力基本一样,但半刚性特性差别很大。     

配置BFRP筋复合配筋PHC管桩受弯和受剪性能试验研究

为解决预应力混凝土(PHC)管桩水平承载力不足的技术难题,开展了配置玄武岩纤维(BFRP)筋复合配筋PHC管桩(PRC-B管桩)和配置普通钢筋的复合配筋PHC管桩(PRC管桩)受弯、受剪性能的对比试验。受弯试验结果表明：BFRP筋的配置改善了PHC管桩的承载性能;与PHC管桩相比,PRC-B管桩的开裂弯矩和极限弯矩均有显著提高,且弹性变形更小、中性轴高度更低、裂缝分布范围更短且数量更少;两种类型桩的跨中截面应变符合平截面假定,破坏时PRC-B管桩受拉区裂缝宽度超限同时受压区混凝土开裂,而PRC管桩仅受拉区裂缝宽度超限。受剪试验结果显示：配置BFRP筋较大幅度提高了PHC管桩的受剪性能,其抗裂剪力和极限剪力分别有不同程度的提高;两种类型桩破坏过程类似,均是在剪弯段先出现两条对称的斜裂缝,逐步发展至中性轴高度处,以平行于桩长方向继续发展贯通形成主贯通面,最后因主裂缝宽度超限而破坏。所提出的配置BFRP筋复合配筋预应力混凝土管桩的受弯承载力计算公式,其计算结果相对试验承载力具有合理的富余。对比试验结果表明,BFRP筋可以替代普通钢筋改善PHC管桩的承载性能。     

矩形钢管混凝土双向偏压构件计算方法

在纤维模型法的基础上建立了能够考虑双向偏压构件截面变形轴扭转的计算矩形钢管混凝土双向偏压构件承载力和变形的方法。根据本文的计算方法编制了非线性分析程序,程序计算结果跟试验结果进行了对比,吻合良好。试验结果跟欧洲规范4和国内的矩形钢管混凝土结构技术规程进行了对比,对比结果表明由两种规范计算矩形钢管混凝土双向偏压构件的轴向承载力（Nu）偏高于试验结果。