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。     

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%。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

轻骨料混凝土-薄壁钢梁组合楼板受火后承载性能试验研究

楼板为建筑物的重要构件,其受火后剩余承载性能的研究对于有效指导楼板的火灾后修复和性能评估意义重大。对3块遭受温度为700℃、持续90 min火灾作用后的轻骨料混凝土-薄壁钢梁组合楼板试件开展了静载性能试验。结果表明,尽管火灾作用后组合楼板试件的混凝土已严重开裂、钢梁发生明显屈曲和变形且楼板的整体最大残余竖向位移达到L/80 (L为楼板长度),但组合楼板试件仍具有较高的剩余承载能力,其静载试验的极限荷载达到4.12 k N/m2,中心点的最大挠度达到17.88 mm(L/112),而且未见整体坍塌。对试验结果进一步分析可知:对于双向组合楼板试件,在不改变主梁和预制板相关参数的条件下,采用普通栓钉及钢筋拉结件的组合效果优于采用薄壁异形抗剪键及钢条拉结件;虽然以水泥砂浆为后浇层能够增强组合楼板的整体性、提高整体刚度,但从减轻楼板自重的角度,仍可选用陶粒混凝土作为该组合楼板的后浇层,并可满足组合楼板对承载能力和刚度的基本要求。     

改进型波形钢腹板组合箱梁试验研究

传统的波形钢腹板组合箱梁多采用开孔钢板连接件,其存在下翼缘混凝土板需要支模且浇筑困难,正弯矩区下翼缘混凝土板容易开裂等问题。基于此,提出了将钢梁下翼缘置于混凝土底板下侧以及用钢板代替混凝土受拉底板两种改进构造形式,并完成了4个波形钢腹板组合箱梁试件的静力试验,研究其承载能力、刚度、裂缝发展、应变分布等受力特征。试验结果表明,钢梁下翼缘置于混凝土底板下侧的试件,其抗裂性能、承载力和刚度均明显高于传统构造的试件;对于取消混凝土下翼缘及预应力的试件,其仍具有足够的承载力和刚度,但自质量显著降低且可避免开裂,应用于桥梁正弯矩区具有较大优势。经济指标对比分析表明,在连续组合箱梁桥中采用文中提出的改进构造形式,能够产生良好的经济技术效益。     

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.     

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     

Behavior of steel-concrete composite cantilever beams with web openings under negative moment

The effect of web openings on the mechanical behavior of composite beams under negative moment was studied through monotonically loading tests. Nonlinear finite element method based analysis was also conducted for cantilever composite beams. The test and the finite element analysis results indicated that the initial cracking loads of composite beams with web opening are lower than that without web opening. The first crack initiated from the concrete slab on the top of the opening. The beams with web opening failed due to shear failure of concrete slab upon the opening. It was also found that the load carrying capacity of beam decreases with the increase of the moment-to-shear ratio at the central line of the opening and the mechanical behavior of beam can be improved significantly by applying stiffening steel plates around the opening. To quantify the reduction of load carrying capacity, a method for calculating the load carrying capacity of beams with web openings under negative moment was derived with consideration of the interaction between moment and shear. Good consistency was obtained between the proposed method, the finite element method and the test results.     

预应力混凝土钢肋叠合板受弯性能试验与理论研究

预应力混凝土钢肋叠合板（PCCSSR）是一种抗弯刚度大、承载力高、加工方便的叠合楼板。PCCSSR的预制部分由预应力混凝土底板、钢腹板及混凝土上翼缘板组成。施工中首先将其预制部分作为浇筑叠合层的混凝土模板,承担施工阶段荷载,待叠合层达到强度后再整体受力。对7块足尺PCCSSR试件进行受弯试验,测得了板的荷载-挠度曲线、极限荷载、破坏模态、应变分布等。试验结果表明：PCCSSR的破坏形态为弯曲破坏,其受弯性能完全满足施工阶段要求,且具有较好的延性;与直线形钢腹板相比,波纹钢腹板具有更好的抗剪能力以及平面外刚度,可明显增大PCCSSR的抗弯刚度,使PCCSSR的整体受力性能更为优越。同时,对PCCSSR的抗裂性能、抗弯刚度和承载力进行了理论分析,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

叠合板中桁架钢筋对预制板受力性能的影响

采用混凝土叠合板可在保证结构受力性能的同时，有效地提高结构的装配率。受限于板的整体厚度和相关规范中对现浇层厚度的要求，预制层的厚度通常不能满足刚度需求。国内常采用在预制板中布置桁架钢筋的方法提高预制板刚度。然而目前却没有规范给出桁架钢筋预制板刚度的计算方法，此外，我国应用的桁架钢筋板厚度较薄，尺寸较小，刚度提升效果十分有限，采用桁架钢筋提升板的刚度可能并不经济。为此，通过跨中两点弯曲试验研究桁架钢筋对预制板受力性能的影响，并基于试验结果和理论分析，提出了预制板刚度计算方法。试验结果表明：桁架钢筋对预制板刚度的提升有限，60 mm厚桁架钢筋板的刚度可能无法满足施工要求；桁架钢筋对混凝土板有效受压面积的削弱将导致混凝土板受弯承载力明显降低，上弦钢筋的屈曲将导致预制板达到极限状态后承载力迅速下降。基于试验结果的参数分析显示，取消桁架钢筋，适当增加预制板厚度，不仅能有效提升预制板的刚度和承载力，还能降低楼板钢筋用量达26%左右。     

叠合板中桁架钢筋对预制板受力性能的影响

采用混凝土叠合板可在保证结构受力性能的同时,有效地提高结构的装配率。受限于板的整体厚度和相关规范中对现浇层厚度的要求,预制层的厚度通常不能满足刚度需求。国内常采用在预制板中布置桁架钢筋的方法提高预制板刚度。然而目前却没有规范给出桁架钢筋预制板刚度的计算方法,此外,我国应用的桁架钢筋板厚度较薄,尺寸较小,刚度提升效果十分有限,采用桁架钢筋提升板的刚度可能并不经济。为此,通过跨中两点弯曲试验研究桁架钢筋对预制板受力性能的影响,并基于试验结果和理论分析,提出了预制板刚度计算方法。试验结果表明：桁架钢筋对预制板刚度的提升有限,60 mm厚桁架钢筋板的刚度可能无法满足施工要求;桁架钢筋对混凝土板有效受压面积的削弱将导致混凝土板受弯承载力明显降低,上弦钢筋的屈曲将导致预制板达到极限状态后承载力迅速下降。基于试验结果的参数分析显示,取消桁架钢筋,适当增加预制板厚度,不仅能有效提升预制板的刚度和承载力,还能降低楼板钢筋用量达26%左右。     

钢筋混凝土缺角板受弯性能试验研究

为了研究混凝土缺角板的受弯性能,设计制作了角部不同开孔大小的7块钢筋混凝土四边简支板,并进行了静力受弯性能试验。结果表明：缺角板跨中区域钢筋先于板四周区域钢筋屈服,随后屈服范围不断扩展并往四角延伸,最终板顶缺角处沿与板边大致成45°方向的混凝土被压碎;开孔系数(板角所开孔洞边长与跨度的比值)为0.05、0.08、0.10、0.12、0.15和0.20的缺角板极限荷载较矩形板的极限荷载分别降低5.98%、10.35%、21.37%、23.63%、38.50%和49.29%,开裂荷载、屈服荷载基本随开孔系数的增大而降低。根据钢筋混凝土板塑性极限分析的塑性铰线法,对6块不同开孔系数混凝土缺角板提出了4种塑性铰线模式,并利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式,极限荷载计算值与试验值吻合较好,验证了所提出的塑性铰线模式的合理性,及利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式的可行性。引入一个与开孔系数相关的系数对塑性铰线模式进行简化,简化公式得出的计算值与试验值吻合较好。     

钢-超高性能混凝土组合板冲切性能试验研究和承载力计算

钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板是将钢板与UHPC通过连接件组合成整体,具有高强、高延性、抗开裂、施工便利等特性,可应用于桥面板、防护工程等结构中。由于钢-UHPC组合板相对较薄且往往承受集中荷载,因此需要对其抗冲切性能进行重点研究。通过变化连接件参数、UHPC厚度、钢板厚度和加载区边长,完成了14块板件在集中荷载作用下的冲切试验。研究结果表明,配筋能显著提升组合板的承载力和延性,钢板和钢纤维使板件达到极限荷载后具有一定延性,组合板承载力随栓钉连接程度、UHPC厚度、钢板厚度和加载区边长的增大而增大。通过塑性极限理论分析了钢-UHPC组合板在弯曲机制和冲切机制下的两种承载力计算方法,并在此基础上提出了考虑折减UHPC抗冲切贡献的承载力计算方法,计算结果与试验值吻合良好。