负弯矩作用下腹板开洞组合梁受力性能试验与有限元分析

为了研究负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力及相关受力性能,对4根组合梁试件进行了试验研究和有限元分析。结果表明,负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力明显降低,洞口区域应变不再符合平截面假定;通过增加混凝土板厚度可以提高其承载力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献;洞口形状对其受力性能有较大的影响。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁极限承载力的影响因素分析

腹板开洞组合梁在国外工程中已广泛应用。在钢梁腹板上开矩形洞的钢-混凝土组合梁可减少管道对建筑空间的占用,降低工程成本。但腹板洞口的存在影响了组合梁开洞截面的抗弯和抗剪承载力。介绍目前开洞组合梁承载力的计算方法,并利用ANSYS软件对影响腹板开洞组合梁极限承载力的主要因素进行计算分析。结果表明:洞口弯剪比、洞口尺寸、栓钉连接件数量、洞口上方组合板的宽度与厚度、洞口偏心距、混凝土板的横向配筋率对开洞组合梁的承载力均有一定影响,在结构设计时应予以考虑。     

腹板开洞压型钢板组合梁静力试验研究

为了研究腹板开洞压型钢板组合梁在静载作用下,洞口截面弯剪比M/V、洞口上部栓钉连接件数量以及洞口上部混凝土板对组合梁受力性能的影响,对4根腹板开洞的压型钢板组合梁和1根腹板开洞钢梁及1根普通压型钢板组合梁进行了静载试验,试验结果表明:组合梁的承载力随着洞口截面弯剪比M/V的增大而增大,但洞口两端的相对挠度随弯剪比M/V的增大而减小,呈反比关系;腹板开洞压型钢板组合梁的极限承载力随洞口远端到组合梁支座间栓钉连接件数量的增多而提高;洞口上方组合板对压型钢板组合梁洞口截面的抗剪和抗弯承载力有较大贡献。     

腹板开洞压型钢板组合梁的非线性分析

钢-混凝土组合梁下通过的管道会导致建筑层高的增加而减小组合结构的优势。腹板开洞的钢-混凝土组合梁有效的减小了梁下所需的空间,从而在工程上解决了该问题。但是,洞口的存在影响了钢-混凝土组合梁的受力性能。文章利用ANSYS有限元软件对腹板开洞压型钢板组合梁进行了非线性分析,探讨了洞口处弯剪比对腹板开洞组合梁受力性能的影响。分析结果表明,洞口位置靠近加载点或者支座处都会削弱组合梁的承载力,而组合板对腹板开洞组合梁的抗剪承载力贡献很大,在计算中忽略的话是偏于保守的。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁承载力试验研究与理论分析

通过外挑钢-混凝土组合梁的单调加载试验和有限元分析,研究负弯矩区腹板开洞对其受力性能的影响,并基于弯剪承载力相互作用的准则,提出承载力理论计算方法。结果表明：截面开洞显著降低了组合梁的承载能力和刚度;最终破坏形式为洞口上方混凝土板的剪切破坏;组合梁承载能力随着截面削弱的加大而降低;洞口补强板可减轻洞口区域应力集中,进而提高组合梁的承载力;承载力随着洞口中心线与支座距离减小（即弯剪比的增大）而减小。应用建议的负弯矩区腹板开洞组合梁承载力计算方法得到的承载力计算结果与试验及有限元分析结果吻合较好。     

腹板开洞连续组合梁内力重分布影响参数分析

为研究腹板开洞连续组合梁的内力重分布性能,对6根组合梁试件进行试验研究,研究参数为混凝土板厚和配筋率;对7根组合梁进行有限元计算,研究参数为洞口尺寸和洞口位置。结果表明:开洞组合梁不仅在塑性状态下会发生弯矩重分布,而且还存在洞口引起的"弯矩重分布"。混凝土板厚度增加可以减少组合梁弯矩调幅,配筋率增加能提高组合梁的弯矩调幅。随着洞口宽度和高度的增加,组合梁的弯矩调幅增大。另外发现,洞口位置对组合梁承载力和内力重分布有显著的影响。     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁极限承载力有限元分析

通过有限元软件ANSYS建立了非线性有限元模型,对负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力进行了分析计算。将有限元结果与试验结果进行了对比,吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性。分析表明:负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,通过增加混凝土板厚度可以显著提高其承载力,而增加混凝土板配筋率能有效提高其变形能力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

为研究腹板开洞对负弯矩区组合梁受力性能的影响,对三根腹板开洞外挑组合梁和一根对比梁进行了试验研究,考虑是否开洞、洞口大小、洞口补强等参数的影响.试验结果表明:腹板开洞后,组合梁开裂荷载减小,且初始裂缝出现在洞口上方混凝土板中;洞口区域截面纵向应变分布不再满足平截面假定;组合梁最终表现为洞口上方混凝土板的剪切破坏,承载力降低;洞口补强可显著改善梁的受力性能,提高其承载力.     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

带腹板开洞组合梁的非线性分析

腹板开洞钢-混凝土组合梁在国外工程中已广泛应用,它能够充分利用净空从而降低成本,但腹板开洞使得组合梁计算变得复杂。为研究腹板开洞组合梁的受力性能,采用有限元软件ANSYS建立模型,计算和分析洞口大小、位置、形状对组合梁塑性极限承载力的影响,总结其变化规律。     

矩形开孔钢筋混凝土伸臂梁受剪性能试验研究

为方便设备管线通过,采用腹部开孔梁可有效降低楼层高度,但开孔会削弱梁的整体刚度,导致孔洞附近的应力及内力重分布十分复杂。为研究腹部矩形开孔的钢筋混凝土伸臂梁的受力性能,以正反弯矩比、孔洞位置、剪跨比及孔侧斜筋作为主要变量,对12根钢筋混凝土开孔伸臂梁和1根钢筋混凝土实腹伸臂梁试件进行了两点加载下的受剪性能试验。研究了各种参数对开孔伸臂梁的裂缝开展及破坏形态、应变分布、变形和受剪承载力等受力性能的影响。试验结果表明：正反弯矩比和孔心剪跨比改变了伸臂梁在孔洞附近的受力状态,导致破坏时孔侧呈现出不同的裂缝形态。配置孔侧斜筋后,孔侧混凝土和箍筋更好地发挥协同抗剪作用,试件的受剪承载力显著提高,裂缝开展和变形均得到有效的控制。利用混凝土开孔简支梁发生孔侧剪压破坏的受剪承载力公式对开孔伸臂梁的受剪承载力进行计算,并和试验数据进行对比可知,按开孔简支梁的算式对开孔伸臂梁的受剪承载力进行计算,计算结果与试验结果的平均比值为0.96,方差为0.07,结果偏于安全。     

预应力再生混凝土叠合梁受弯性能试验研究

为研究无黏结预应力再生混凝土叠合梁构件的受弯性能,以再生混凝土在叠合梁中的位置、叠合层高度、构件的配筋率为参数,对1根预应力普通混凝土整浇梁、1根预应力再生混凝土整浇梁和6根预应力再生混凝土叠合梁构件进行弯曲加载试验,分析了试验梁构件的受力过程和破坏形态,探讨了各参数对试验梁构件极限承载力的影响.基于试验数据,对承载力...     

侧边开洞 斜向槽钢加劲钢板剪力墙 结构抗震性能试验研究

为研究开洞形式及槽钢加劲肋对钢板剪力墙抗震性能的影响，对2个1/3缩尺的单跨双层侧边开洞-斜向槽钢加劲钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验，得到了双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙和单侧开洞-多道斜向槽钢加劲钢板剪力墙的荷载-位移曲线、破坏特征、骨架曲线等，分析了两种钢板墙的承载能力、延性、退化特性以及耗能能力等性能。通过分析框架梁的受力情况，给出了考虑加劲肋作用的开洞处梁腹板最小厚度计算公式。试验结果表明，两种形式的槽钢加劲钢板剪力墙均有良好的抗震性能。双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙试件的滞回环饱满呈梭形；单侧开洞-多道斜向槽钢加劲钢板剪力墙试件在加载前期滞回曲线有“捏缩”现象，耗能梁段形成后“捏缩”现象消失。槽钢加劲肋能有效限制内填钢板的屈曲变形，加载过程中未发生扭转，避免加劲肋破坏导致加劲效果失效。双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙试件受槽钢加劲肋作用，中梁开洞处梁腹板承受剪力增大约30%。建议在开洞处梁腹板合理布置加劲肋，避免框架梁过早屈服影响整体结构性能的发挥。     

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.     

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。     

钢-部分预应力混凝土连续组合梁内力重分布研究

本文报道了10榀钢-部分预应力混凝土连续组合梁和1榀钢-普通混凝土连续组合梁的极限承载力试验结果。试件为两跨连续梁,主要试验参数为负弯矩区部分预应力比PPR、综合力比Rp及栓钉连接程度。试验采用跨中单调一次加载。试验发现,在负弯矩区施加预应力的钢-部分预应力混凝土连续组合梁可产生较充分的内力重分布,其主要影响因素为截面相对受压区高度ξu和负弯矩区综合力比Rp。本文通过试验研究和理论分析,提出了钢-部分预应力混凝土连续组合梁满足承载力要求的弯矩调幅限值犤β犦的计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋混凝土开洞短梁的受剪试验研究

本文对钢筋混凝土开洞短梁在集中力作用下的受剪性能进行了试验研究,32根试件中包括20根简支开洞短梁和9根两跨连续开洞短梁,另外还有2根简支开洞深梁和1根两跨连续开洞深梁,是为了满足开洞深、短梁研究的连续性。试验结果表明:其破坏形态主要有洞口上下剪切破坏型和弯剪破坏联合型两种,随跨高比、剪跨比的增大,剪切破坏面由斜压破坏向剪压破坏过渡;跨高比、剪跨比、洞口大小和位置、配筋形式及数量是影响开洞短梁的裂缝发展、破坏形态、抗剪承载力、支座反力重分布的主要因素。     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受力性能试验研究

为研究开孔薄壁钢梁 轻骨料混凝土组合楼板的受力性能,设计并制作了5块具有不同构造（不同预制板型、抗剪方式及腹板开孔率）的组合楼板试件,进行了简支条件下均布加载受力性能试验研究。结果表明：该组合楼板具有较高的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到6 kN/m²时,跨中挠度远小于L/500（L为试件跨度）;对于相同的开孔率,薄壁钢梁腹板的开孔应优选孔径小、数量多的开孔形式;采用文中所构造的抗剪键及其布置形式的组合楼板,其抗剪效果明显优于采用结构胶黏结混凝土板和钢梁的;组合效应系数可以较好地反映组合楼板的整体特性及内部损伤。     

Design of composite asymmetric cellular beams and beams with large web openings

The design of composite asymmetric cellular beams is not fully covered by existing guidance but is an area of important practical application. Asymmetry in the shape of the cross-section of cellular beams causes development of additional bending moments in the web-posts between closely placed openings. Furthermore, the development of local composite action influences the distribution of forces in the web-flange Tees. The design method presented in this paper takes account of high degrees of asymmetry in the cross-section and also the influence of elongated or rectangular openings.Web-post moments also influence buckling of the web-post between openings, which is accentuated by adjacent long openings. Simplified equations are presented for web-post buckling based on a compression field or ‘strut’ model, which is calibrated against the results of Finite Element Analyses (FEA). The FEA are also extended to cover the case of highly asymmetric sections and ring-stiffened openings. Closed solutions are presented that enable the designer to calculate the maximum shear force acting on the beam when its load resistance is limited by web-post bending or buckling.For long openings, high pull-out forces may exist in the shear connectors at the edge of the opening. When combined with possible second-order effects due to shear deflection across the opening, it is necessary to limit the magnitude of local composite action due to Vierendeel bending that can be considered in design.     

The effects of axial tension on the sagging-moment regions of composite beams

This paper studies the effects of axial tension on the sagging moment regions of steel–concrete composite beams. The study comprised an extensive experimental programme and nonlinear finite element analyses. Six composite beams were designed and tested under the combined effects of axial tension and positive bending moment. The beams were loaded to their ultimate capacity and the experimental moment-axial tension interaction diagram was constructed. Following the tests, a finite element model was used to simulate the nonlinear response of the composite beams. The validity of the model was thoroughly assessed against the available experimental data and a parametric study was conducted to study different beam sizes and the effect of partial shear connection on the interaction diagram. It was found that the moment capacity of a composite beam is reduced under the presence of an axial tensile force acting in the steel beam section. In addition, the use of partial shear connection does not affect significantly the shape of the interaction diagram. The tensile capacity of the composite section, however, is limited by the axial capacity of the steel beam alone. Based on the experimental results and the finite element analyses, a simplified equation is proposed for the design of composite beams subjected to positive bending and axial tension.