钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

施工期钢筋混凝土构件端部约束简化分析

为研究施工期钢筋混凝土构件的端部约束情况,考虑施工期混凝土的力学性能、混凝土与钢筋间的黏结性能随龄期的时变规律,通过悬臂梁、柱有限元模型,分析梁端约束性能、柱端约束性能随龄期的变化规律,建立了混凝土构件端部约束的简化计算模型。研究结果表明:随龄期的增长,悬臂梁、框架柱固定端截面最大弯矩、最大转角及初始转动刚度均近似呈指数形式增长;在弹性阶段内,各龄期悬臂梁、柱固定端弯矩与转角均近似呈线性关系。在不同程度的轴压力作用下,各龄期框架柱固定端最大弯矩与28 d龄期柱固定端最大弯矩的比值基本相同;对龄期相同的框架柱,其固定端最大转角随轴压力的增大逐渐增大。随轴压力的增大,龄期1 d柱的固定端初始转动刚度线性增大,而龄期大于1 d柱的固定端初始转动刚度基本不变。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

古建筑木结构柱脚节点受力性能试验研究

在古建筑木结构中,将木柱直接平摆浮搁于础石之上,形成连接上部结构与台基之间的柱脚节点,其只承受压力而不承受拉力。在反复荷载作用下,木柱会沿柱脚边缘转动。为研究柱脚节点在地震、风荷载等作用下的受力性能,参考宋代《营造法式》制作了3个七等材足尺柱脚节点模型。通过低周反复荷载试验对柱脚节点的受力特点、滞回特性、转动刚度、刚度退化、柱脚截面等效半径和柱脚边缘点应变等特性进行研究,并分析了竖向荷载对上述性能的影响。试验结果表明：在反复荷载作用下,柱脚边缘出现受压变形,其转动支点交替变化;滞回曲线呈反Z形,产生捏拢现象;柱脚节点恢复弯矩和柱脚截面等效半径首先随转角增加而增加,而后逐渐趋于稳定;柱脚节点的初始转动刚度较大,随后刚度随转角增加逐渐减小;在反复荷载作用下,柱脚节点产生刚度退化现象,加载过程中,柱脚转动刚度为正值,表明其具有较好地转动性能;柱脚恢复弯矩、转动刚度、边缘点应变随竖向荷载增加明显增加,柱脚截面等效半径随竖向荷载增加而减小;通过试验拟合得到了竖向荷载对恢复弯矩和转动刚度的影响系数。     

预压装配式预应力混凝土框架拟动力抗震性能试验研究

通过对一榀两层两跨预压装配式混凝土框架拟动力试验,着重分析预压装配式混凝土框架在拟动力荷载情况下的破坏机制、刚度退化、耗能性能,以及变形恢复能力,并对结构模型进行了弹塑性动力分析。试验结构在高荷载下梁的滞回曲线趋于丰满,表现出较强的耗能能力。梁端截面具有良好的转动能力,可考虑框架弯矩调幅。预应力的作用使得框架构件有很强...     

体外预应力钢-混凝土组合梁负弯矩区的承载力研究

通过体外预应力组合梁的承载力试验,研究了负弯矩作用下体外预应力组合梁的开裂和极限承载力。研究结果表明:对负弯矩区组合梁施加体外预应力后,可有效提高截面的开裂弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的预应力增量很小,可忽略。一般情况下,对负弯矩截面施加体外预应力,不会提高截面的屈服承载弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的极限承载力受失稳控制。把预应力作用作为等效荷载,探讨组合梁失稳承载力的计算方法,采用BS5400:Part3方法计算了预应力组合梁的失稳临界弯矩。     

装配整体式预应力钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂刚度研究

为量化连续组合梁负弯矩区由于混凝土板开裂而逐渐退出工作导致梁截面的抗弯刚度下降,对4根装配整体式预应力钢-混凝土组合梁、2根装配整体式钢-混凝土组合梁以及2根现浇预应力钢-混凝土组合梁进行静载试验,将试验得到的刚度值与折减刚度法以及采用美国《钢筋混凝土房屋建筑规范》中相关规定计算的刚度进行对比,结果表明:对于装配整体式预应力钢-混凝土组合梁以及现浇预应力钢-混凝土组合梁,由于预应力的存在提高了试件的开裂荷载,减小了混凝土在正常使用荷载作用下的开裂程度,从而导致开裂对其刚度的影响并不明显,采用仅考虑界面滑移的未开裂折减刚度计算值与试验值吻合较好;对于装配整体式钢-混凝土组合梁,美国《钢筋混凝土房屋建筑规范》中的相关规定考虑混凝土受拉刚化效应以及界面滑移效应的刚度计算值与试验结果吻合较好。     

混凝土梁柱极限挠度和裂缝宽度计算

在竖向荷载作用下,截面250mm×500mm,净跨5m的钢筋混凝土梁发生弯曲变形。混凝土开裂前钢筋混凝土协同工作,混凝土开裂后,混凝土退出工作,构件进入带裂缝工作阶段直到钢筋屈服,记录此状态下最大挠度变形和裂缝宽度;在竖向和水平荷载作用下,截面400mm×400mm,高度3m的钢筋混凝土柱发生大偏心受压,计算其最大挠度和裂缝宽度。     

预压装配式预应力混凝土框架接合部抗震性能试验研究

本文通过两榀预压装配式预应力混凝土框架梁柱组合体在低周反复荷载下的试验,了解其梁端截面应变分布、破 坏机理和极限承载能力;探讨了全预应力配筋截面延性特征、滞回性能、耗能能力和变形恢复能力。试验表明,反向加载时 存在掀起效应,正截面受弯承载力应予以折减,梁端剪力摩擦作用能够抵抗梁端剪力。高荷载下梁的滞回曲线趋于丰满, 表现出较强的耗能能力;梁端截面具有良好的转动能力,可考虑框架弯矩调幅;预应力的作用使得试件有很强的变形恢复 能力,有利于震后修复。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁耐火性能试验研究

在ISO834标准升温条件下,开展了具有端部约束的7根碳纤维布加固混凝土梁和1根未加固混凝土梁的耐火性能试验,考察了梁端轴向和转动约束、防火涂料厚度、荷载比等参数对约束梁高温变形及内力的影响。试验结果表明:约束梁的轴向变形最大值随轴向约束刚度比和防火涂料厚度增大而减小,附加轴力最大值随轴向约束刚度比增加或防火涂料厚度减小而增大,梁端附加弯矩最大值随防火涂料厚度减小而增大,但防火涂料厚度在10~20mm范围内变化时影响幅度有限;降温后约束梁的附加轴力仅少量恢复,梁端附加弯矩却较大幅度回落;与非加固梁相比,加固梁的梁端附加弯矩最大值不仅数值更小,而且出现时刻明显偏晚。     

Loading capacity of composite slim frame beams

The estimation of the flexural stiffness and bending capacity of composite slim beams is rather complicated, because the influence of many factors should be taken into account. These factors include variable section dimensions, development of cracks and non-linear characteristics of concrete. This is especially true for the composite slim frame beam, in which the sagging moment region and the hogging moment region should both be considered. In this paper, experimental investigations have been conducted to investigate the flexural behavior of two specimens of composite slim frame beam with deep deck under monotonic loading. Based on the experimental results, formulas of calculating the bending capacity and flexural stiffness in the hogging moment region of the slim beam with deep deck has been proposed. Combining these formulas with existing formulas of sagging moment, formulas for the equivalent stiffness and the design method of the frame slim beam have been developed. The feasibility of the proposed formulas and design method has been verified by the test results.     

高性能复合砂浆钢筋网加固高温作用后RC梁二次受力刚度研究

选取适当的混凝土和钢筋的热工参数及其高温后的力学性能,采用有限元分析软件ANSYS对标准升温条件下RC梁的截面温度场分布进行瞬态热分析,利用高度不变、宽度折减的方式得到受火后的等效截面,并在规范给出的短期刚度计算公式的基础上进行了修正。采用刚度解析法推导了高性能复合砂浆钢筋网加固高温作用后RC梁的刚度计算式,计算时考虑了加固时因未完全卸载和重力引起的应力-应变滞后现象,最后结合现场试验来验证所推导计算式的合理性。试验结果表明,高性能复合砂浆钢筋网可以有效提高构件的抗弯刚度。通过挠度理论计算值与试验值的对比可知,理论值均大于现场试验值且相差在10%以内,高性能复合砂浆钢筋网加固高温作用后RC梁短期刚度的计算式在实际工程应用中偏于安全。     

T形钢梁加强负弯矩区组合框架梁的试验研究

针对框架梁在梁端存在较大负弯矩及混凝土不能承受较大拉应力的状况，提出了在框架梁的负弯矩区段采用T形钢梁加强的组合框架梁模型。通过两个组合框架梁单层框架足尺模型的试验研究，得到新型组合框架梁的荷载一挠度曲线，截面应变分布曲线。从组合框架梁与一般组合梁的试验结果对比可看出，T形加强截面能有效提高梁的刚度，使框架梁刚度分布趋于合理。最后，提出并验证了按T形肋截断位置分成三段刚度不同的梁分析组合框架梁的方法。     

抗拔不抗剪连接件在钢-混凝土组合框架结构中的应用

抗拔不抗剪连接件能有效地释放混凝土板与钢梁之间的组合作用,降低负弯矩区混凝土板的拉应力,在桥梁结构中得到了广泛的应用。为研究该类连接件在建筑结构中的适用性,以一典型组合框架结构为例,在梁端负弯矩区附近采用抗拔不抗剪连接件取代普通剪力连接件,基于组合结构体系非线性分析程序COMPONA-MARC对结构进行了活载下的舒适度分析、静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对比了采用不同连接件的结构的自振频率、挠度、层间位移、开裂情况、出铰情况等指标。分析结果表明,在梁端采用抗拔不抗剪连接件后,结构的舒适度基本不受影响,梁端楼面板内钢筋的拉应力明显降低。同时,由于梁端局部释放了组合作用,降低了结构的整体刚度,结构的抗震性能与传统结构相比有一定的提升,并且由于混凝土板的开裂得到了有效地控制,结构在大震后的可修复性能大大提高。     

波形钢腹板组合槽型梁静载试验与有效预应力分析

波形钢腹板组合槽型梁是一种新型下承式开口薄壁桥梁结构,对4片按照1/4相似比进行设计的试验梁进行两点对称加载和有限元分析,研究两组试验梁在对称荷载作用下的荷载位移关系、截面应变分布、裂缝发展规律和破坏形态等,分析张拉预应力和释放预弯力后试验梁底板混凝土的有效预压应力。研究表明：竖向荷载作用下试验梁符合平截面变形规律,应忽略波形钢腹板对抗弯刚度的贡献和底板混凝土对抗弯承载力的抵抗作用;试验梁混凝土受压区受限于上翼缘板,其应变分布为梯形而非常规的三角形分布;下承式槽型截面的中性轴偏低,波形钢腹板预弯钢梁反弹能够有效地对混凝土施加预压应力;采用波形钢腹板能有效提高槽型梁的预应力施加效率,文中建议的波形钢腹板组合梁预应力等效荷载法,能准确计算此类结构的混凝土有效预压应力;两组试验梁由于配筋量的不同分别发生塑性和脆性弯曲破坏;波形钢腹板组合槽型梁的自重轻、抗弯刚度较大、具有较好的延性和抗裂性能。     

Influence of accordion effect on fire resistance of prestressed steel-concrete composite beams with corrugated webs

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应，使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响，采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型，分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域；波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小；波高越大，临界状态时腹板局部失稳区域越大；平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小，轴向刚度更大；腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著；轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲；不同轴向约束比下，梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃；转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段；不同转角约束比下，组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

手风琴效应对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应,使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型,分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域;波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小;波高越大,临界状态时腹板局部失稳区域越大;平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小,轴向刚度更大;腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著;轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲;不同轴向约束比下,梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃;转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段;不同转角约束比下,组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

Out-of-plane elastic buckling load and strength design of space truss arch with a rectangular section

The out-of-plane stability of the two-hinged space truss circular arch with a rectangular section is theoretically and numerically investigated in this paper. Firstly, the flexural stiffness and torsional stiffness of space truss arches are deduced. The calculation formula of out-of-plane elastic buckling loads of the space truss arch is derived based on the classical solution of out-of-plane flexural-torsional buckling loads of the solid web arch. However, since the classical solution cannot be used for the calculation of the arch with a small rise-span ratio, the formula for out-of-plane elastic buckling loads of space truss arches subjected to end bending moments is modified. Numerical research of the out-of-plane stability of space truss arches under different load cases shows that the theoretical formula proposed in this paper has good accuracy. Secondly, the design formulas to predict the out-of-plane elastoplastic stability strength of space truss arches subjected to the end bending moment and radial uniform load are presented through introducing a normalized slenderness ratio. By assuming that all components of space truss circular arches bear only axial force, the design formulas to prevent the local buckling of chord and transverse tubes are deduced. Finally, the bearing capacity design equations of space truss arches are proposed under vertical uniform load.     

预应力混凝土钢管桁架叠合板施工阶段短期刚度研究

预应力混凝土钢管桁架叠合板是近几年出现的一种新型叠合板,叠合板在施工阶段的受力性能非常重要。设计了4个预应力混凝土钢管桁架叠合板试件,并对其进行受弯载荷试验。给出了4个试件的荷载-跨中挠度曲线。同时考虑钢管对混凝土的约束,按照等效截面刚度法推导出了施工阶段的短期刚度计算公式,计算了简支板的跨中挠度。在构件抗弯刚度未发生严重退化时,跨中挠度的计算结果与试验结果较为吻合。