33m跨度组合空腹楼盖设计及测试

本文详细介绍了一跨度33m的钢-混凝土组合空腹楼盖的结构形式。采用基于壳单元和空间梁单元的混合有限元模型对其进行了理论分析,得到了结构的位移、内力、自由振动的振型及频率。介绍了结构各构件及支座节点的设计、结构的施工方法和流程。为验证理论分析的可靠性,对该组合空腹楼盖结构进行了原位试验,测试了结构自由振动的基本频率,并与理论计算值进行了比较和分析。研究表明,组合空腹楼盖的下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,从支座到跨中,其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小,因此,组合空腹楼盖的应力分布比较均匀,可以充分发挥材料的强度,有效地节省材料;剪力键主要承受弯矩和剪力,从支座到跨中,其弯矩和剪力逐渐减小。设计荷载下,结构最大挠度110mm;结构的前10阶振型均为竖向振型,振动规律类似于实体平板;基本频率的理论计算值与实测值分别为3.15Hz和5.0Hz,分析了误差存在的原因,进而说明了理论分析的可靠性。     

大跨度装配整体式钢-混凝土组合空腹楼盖结构设计

长沙市巨星创业基地多层大跨度轻型工业厂房楼盖采用装配整体式钢-混凝土组合空腹楼盖结构体系,该楼盖主要由上层钢筋混凝土肋板、下层T形钢肋以及方形钢管剪力键组成,上层带肋板与下层钢肋均在工厂预制。通过分析结构的实际受力状态,拟定了结构在设计时需要采取的技术措施、设计要求以及施工工艺,并对关键构件和节点的计算与构造进行了介绍。采用此种方法进行设计能够保证结构的安全可靠,对相关工程设计有一定的借鉴作用。     

组合网壳的有限元法分析

本文介绍了采用梁元、板壳元的组合结构有限元法来分析组合网壳结构,提出了用空间偏心梁单元来考虑肋及钢杆的偏心问题,并编制了计算分析组合网壳位移、内力的专用程序CSAP,使用非常方便。     

组合肋壳非线性分析

组合肋壳是一种新型组合空间结构形式,基于非线性有限元理论,利用空间梁单元和曲边壳单元,考虑结构非线性影响,推导了T.L.坐标系下结构单元刚度矩阵,采用增量迭代法和弧长法对整个受力过程进行全过程跟踪,得到组合肋壳的极限承载力,并对结构承载力影响因素进行了系统分析,最后与带肋钢筋混凝土薄壳以及光滑混凝土壳体进行了比较.分析结果表明,随着矢跨比和截面尺寸的增大、边界条件接近刚性,组合肋壳的极限承载力增大;与其它两类壳体相比,由于组合肋中钢肋的存在,使得组合肋壳整体刚度增大,承载能力提高,结构的薄膜内力分布更为合理.     

剪力键式钢空腹梁空腹部分内力计算方法研究

剪力键式钢空腹梁是钢空腹夹层板的基本力学单元,为研究该结构空腹部分静力计算方法,根据剪力键式钢空腹梁传力机理,基于空腹桁架理论提出了一种适合钢空腹梁空腹部分内力的计算方法。该方法基于刚度等代交叉梁系的方法计算,考虑了空腹部分钢肋的受力特征。并将公式计算结果与有限元模型计算结果进行了对比。结果表明:剪力键式钢空腹梁的受力具有空腹结构的典型特点,基于修正的空腹桁架理论计算方法能够较为准确地计算出钢空腹梁关键截面的应力分布状况,为该结构合理设计计算提供了依据。     

大跨度装配整体式钢-混凝土组合空腹楼板受力性能试验研究

长沙市某多层大跨度工业厂房采用装配整体式钢-混凝土组合空腹楼盖结构,为评价该结构体系的安全状况,采用缩尺模型试验和有限元分析相结合的方法对30m×30m楼盖结构进行了动力特性和力学性能研究。结果表明：组合空腹楼盖下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土肋板处于压-弯的受力状态,从支座到跨中,其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小,应力分布比较均匀;剪力键主要承受弯矩和剪力,从支座到跨中,其弯矩和剪力逐渐减小。在竖向荷载作用下,楼板以弯曲变形为主,试验最大挠度为16.63 mm,为跨度的1/361。结构前8阶振型均为竖向振动,振动规律类似于实体平板,基本频率的理论计算值与实测值分别为3.3 Hz和3.0 Hz。对比试验数据与有限元分析结果二者吻合较好,验证了理论分析与原型结构设计的正确性。     

球面组合网壳的有限元法分析及受力特性的研究

组合网壳是一种新型空间结构形式,本文首次采用板壳元、空间偏心梁单元的组合结构有限元法对这种结构的受力特性作了探讨分析,研制了组合网壳受力分析专用计算软件ＣＧＡＳ。文中给出了某一代表性球面组合网壳工程实例,通过分析,阐述了这种结构位移、内力分布规律,讨论了几种与组合网壳相似结构的受力比较,以及肋、钢杆的偏心对受力的影响,总结出的规律对组合网壳结构设计应用有一定参考意义。     

钢-混凝土空间组合壳体结构静力破坏试验

为研究钢-混凝土空间壳体结构在静力荷载下内力响应、破坏过程与失效机理,以球面钢-混凝土组合肋壳为对象,设计并制作整体结构和组合肋网2个缩尺模型,节点施加集中荷载进行结构破坏性试验。加载初期,两个试件变形均很小,整体结构模型中薄壳主要承受薄膜压力,组合肋中为轴压力;随着荷载增大,在组合肋壳加载壳面区域附近出现微小裂缝,组合肋网中加载点附近区域的混凝土与钢肋间出现微开裂。当壳面顶部出现交叉型裂缝,在一个加载点混凝土壳面压碎,下部组合肋节点混凝土部分也被压碎,在加载点附近形成局部塌陷区时,结构发生破坏;组合肋网模型中加载点处出现组合肋节点混凝土压碎,钢肋板出现局部褶皱,与圈梁相交的组合肋中钢肋板与混凝土间出现裂缝。试验结果表明:组合肋壳发生局部强度破坏;组合肋网由于局部杆件失效而发生破坏,试验测得组合肋壳最大承载力约为组合肋网的3倍,两个试件的荷载-位移曲线都表现出较好的延性。     

钢-混凝土组合梁楼盖体系有限元建模设计方法

结合钢-混凝土组合梁楼盖体系设计实例,选用MIDAS/Gen软件,分别针对施工阶段与使用阶段,建立了梁格模型、采用换算钢梁截面、虚拟楼板的梁板混合模型以及采用真实组合截面的梁板混合模型,并采用有限元软件进行了分析计算,应用有限元设计方法完成了该组合梁楼盖体系设计,并得出如下结论:1)梁格模型可以精确模拟施工阶段楼盖体系受力特征;2)采用换算钢梁截面、虚拟楼板的梁板混合模型可以准确得到使用阶段组合梁楼盖体系中各组合梁的内力分布情况;3)采用真实组合截面的梁板混合模型可以精确得到组合梁楼盖体系整体变形与自振特性;4)有限元建模设计方法为钢-混凝土组合梁楼盖体系设计提供了一种高效、精确、实用的途径。     

组合空腹板板柱结构设计与研究

组合空腹板是一种新型组合结构。本文详细介绍了该类结构的构造与特点,结合一钢管混凝土柱点支承组合空腹板板柱结构的工程设计,分析讨论了该类结构的变形及内力分布规律、板柱节点构造等。结果表明,该类结构具有刚度大、截面高度小、用钢量少、施工方便等特点。组合空腹板有推广应用价值。     

钢管—混凝土组合桁架结构的静力分析

提出了钢管—混凝土组合桁架形式,为研究该类结构的静力特性,对组合桁架与普通桁架分别建立有限元分析模型,并应用ANSYS对其进行了对比分析。研究结果表明,组合桁架的内力分布均匀,能较好的发挥材料强度,具有抗弯刚度大的特点;对两端简支的组合桁架,其两端腹杆轴力较大,跨中腹杆轴力较小(几乎为零),与实腹梁受剪性能相似;下弦杆受拉,上弦混凝土板代替上弦杆受压,能充分利用混凝土受压和钢材受拉的材料性能。     

爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏形态分析

本文利用LS-DYNA软件对同冲量不同超压峰值不同时间的三种荷载工况下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏模式进行了研究对比，并对梁的变形过程、关键位置点的位移、速度、支座剪力和跨中弯矩进行了详细的分析。结果表明，在爆炸冲击波下，开始阶段混凝土板对钢梁有很好的保护作用，但混凝土易于破碎，钢-混凝土组合梁容易丧失共同工作的能力，剪切破坏是钢-混凝土组合梁的一种重要破坏形式。     

大型有限元计算在叠合梁安装中的应用

开口钢箱叠合梁,开口钢箱在下部,砼桥面板在上部,受力非常合理,其充分利用了钢材抗拉性能和砼抗压性能,而且减轻了桥梁的自重。由于开口钢箱叠合梁安装过程受力复杂,可能会引起砼的开裂,因此开口钢箱叠合梁在安装过程需要验算砼桥面板的应力。该文通过大型有限元软件计算分析,验算2跨连续开口钢箱弯桥在安装过程中是否会开裂。     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

Nonlinear finite element analysis of concrete filled steel plate composite coupling beams: force and deformation mechanics

在外包钢板-混凝土组合连梁试验研究的基础上,对组合连梁试件和不同参数取值的补充模型进行了非线性有限元分析。有限元分析得到的滞回曲线与试验曲线吻合良好,能较好地模拟组合连梁的受力行为。通过应力分析,发现内填混凝土的工作机制类似于斜压杆,其压力沿着连梁对角线方向从一端的受压侧传递到另一端的受压侧。外包钢板承担的剪力比例和弯矩比例的范围分别为0.36~0.76和0.57~0.82;混凝土的剪力与轴压力之比和连梁的高跨比近似相等。连梁的侧向位移由节点区变形引起的梁端转角、连梁的弯曲变形与剪切变形产生;在常用的跨高比范围内,剪切变形产生的侧向位移在总位移中占有较大比例,且受跨高比的影响很大。     

U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用

提出一种多层大跨度结构体系--U形钢板 混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖,该结构体系由U形钢板-混凝土组合下肋、钢筋混凝土上肋和上下肋间设置的钢筋混凝土剪力键形成的需考虑夹芯层剪切变形的空间楼盖。介绍了该楼盖结构体系的简化计算模型、弹性连续化理论分析方法和实用分析方法,通过仿真模型试验及实际工程应用,验证了弹性连续化理论分析方法与实用分析方法的正确性。研究结果表明：采用由上、下表层薄膜刚度和具有一定抗剪刚度的剪力键夹芯层组成的U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖简化计算模型进行弹性连续化理论分析,其分析结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过5%;按等强和等刚度原则将U形钢板-混凝土组合空腹夹层板折算成钢筋混凝土实腹梁的实用分析方法,其计算结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过4%。以黑龙江中医药大学文体中心B区57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为算例,并与原位测试结果进行比较,说明U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖安全可靠,且具有较好的经济性。     

双面钢板钢筋混凝土梁界限破坏弯矩理论计算分析

为了给双面钢板钢筋混凝土梁合理配筋和抗弯承载力设计计算提供理论依据和参考,基于梁的平截面假定,并忽略受拉区混凝土抗拉强度作用,提出了双面钢板钢筋混凝土梁抗弯承载力的理论分析方法。分析了梁界限破坏时梁截面压区混凝土与拉区钢板受力和破坏状态;推导了界限破坏时的配筋理论计算公式和弯矩理论计算公式。     

三主桁连续板桁组合桥空间计算方法研究

针对三主桁连续板桁组合桥的构造特点,通过构造结合梁单元的位移模式,利用势能原理推导结合梁单元的刚度矩阵,提出2种结合梁法,结合梁法一的特点是把桥面板作为主桁架弦杆的上翼缘并与主桁架弦杆形成钢-混结合梁,结合梁法二的特点是把桥面板作为纵、横梁的上翼缘并与纵、横梁形成钢-混结合梁;而常规的板梁组合法的特点是桥面板为连续各向...     

体外预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究及有限元分析

与承受正弯矩的简支梁不同,连续梁中支座部分承受负弯矩,组成组合梁的钢板件受压力作用,其力学性能受稳定控制,不考虑稳定影响的规范简化塑性算法会带来不安全的结果.以Ⅱ类、Ⅲ类组合梁和是否配置预应力筋为参数,进行了两组共四根连续组合梁的单调加载对比试验.试验结果表明:无论预应力连续组合梁或是普通连续组合梁,最终破坏特征均为负弯矩区混凝土开裂,钢腹板局部屈曲,整个截面畸变失稳,正弯矩区混凝土板压碎;正弯矩区的承载能力可由简化塑性计算方法计算,而负弯矩区的受力性能由稳定控制,影响其承载能力的主要因素为板件的宽厚比所表征的截面种类,考虑屈曲的承载力计算方法与试验结果吻合.对各组合梁进行了有限元数值分析,分析考虑界面滑移、预应力、稳定等影响,结果和试验吻合较好.