竹皮纸斜拉桥模型杆件力学性能试验与制作

基于结构设计大赛要求用竹皮纸制作桥梁模型来承受小车移动荷载、跨中集中荷载和桥墩冲击荷载后仍满足挠度的要求，用竹皮纸制作斜拉桥模型。制作之前，对0.20、0.35、0.50mm厚竹皮纸进行了受拉和受压极限荷载的试验，得到了竹皮纸厚度及单层无肋、单层加劲肋和双层无肋空心杆对竹皮纸受拉和受压极限荷载的影响走势。进而得出，斜拉索用0.35mm竹皮纸制作，塔柱和桥墩用双层0.50mm空心杆制作，同时采用塔柱、桥面板和桥墩之间节点榫卯连接，可共同保证竹皮纸斜拉桥模型的高强度和稳定性。     

竹条粘合箱形压杆受力性能试验研究

基于全国大学生结构设计竞赛所给竹条材料,该文研究了三种规格(截面分别为6mm×1mm、3mm×3mm、2mm×2mm)竹条制作的等边箱形压杆的整体稳定性能.参照《木结构设计标准》(GB 50005-2017)中关于轴心受压杆件的计算方法,基于试验结果,分析了竹条粘合箱形压杆的失稳破坏形态和整体稳定系数.试验结果表明:竹条粘合箱形压杆在受荷时,同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主.通过对比试验数据及分析拟合,该文提出了竹条粘合箱形压杆的承载力设计方法,可为参赛者在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式参考.     

不同尺度竹皮构件力学性能试验研究

以竹皮纸为原材料制作不同尺度下的拉条、柱、梁三种构件,并通过加载试验测试其力学性能。试验结果表明,拉条选取0.35mm的竹皮纸抗拉性能比较优越,竹节结影响较小;柱选取0.5mm的竹皮纸制作,其构件抗压性能较好,加肋柱比空心柱的抗压性能有较好提升;梁选取0.5mm的竹皮制作,其构件抗弯性能较好,抗弯性能与梁的跨度成反比,并且与加载方式有关,尤其是局部加载点破坏,在构件制作时需要做加强处理。文中给结构模型设计竞赛提供了数据支撑和合理化建议。     

竹皮轴压箱形构件整体稳定性能试验研究

基于114个竹皮箱形截面柱进行了轴心受压试验,研究了0.35 mm与0.5 mm两种厚度规格竹皮制作的等边箱形截面柱在不同宽厚比下的整体稳定性能。基于试验结果,分析了竹皮箱形截面柱的失稳破坏形态和整体稳定系数。试验结果表明,箱形截面构件在受荷时同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中,长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主。通过对试验数据分析拟合,计算了两种规格竹皮各3种宽厚比箱形截面构件的临界长细比值,提出了竹皮轴压箱形构件柱子曲线与承载力设计方法,为学生在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式。     

重组竹梁受弯承载力试验研究

根据不同的剪跨比,将8根重组竹梁分成两组,对其采用四点弯曲加载,采用位移控制法,以6mm/min加载直至构件破坏,研究重组竹梁的受弯承载力和破坏形态。试验结果表明,重组竹梁的破坏是由于受拉区的纤维被拉断,其极限受弯承载力在17.6~22.1k N·m之间,剪跨比对极限受弯承载力的影响不大,受弯梁跨中截面沿高度方向的应变基本符合平截面假定,达到极限受弯承载力时,其竖向挠度远大于规范规定的要求。在试验基础上,对构件的受弯承载力进行理论分析,其值与试验结果吻合较好。     

大学生结构设计大赛材料力学性能试验研究

为研究大学生结构大赛采用的白卡纸、竹皮、桐木的力学性能,应用LDS-5电子拉力试验机对222个试件进行轴向拉伸试验,探讨白卡纸、竹皮、桐木3种材料在不同厚度、宽度、长度条件下的受力性能。研究表明,对于竹皮、桐木、白卡纸3种材料,试件均会发生正截面断裂,少量竹皮、桐木试件发生斜截面断裂。在对试件进行加载过程中,由于施加的拉力存在偏心,削弱了试件的极限承载能力。对于白卡纸试件,长度改变对试件极限承载力无明显影响。竹皮材料随着厚度的增加,极限承载力呈非线性增长。综合强度和结构重量等因素,厚度为0.35 mm的竹皮材料最为适合制作拉索构件。最后获得不同材料的弹性模量、极限抗拉强度,并得到受拉构件极限承载能力Pu与构件宽度D的关系拟合公式,为学生进行结构设计提供较为科学的设计依据,为结构仿真分析提供较为精确的材料性能数据。     

CFRP布加固损伤混凝土空心板抗弯试验研究

汶川地震中,预应力钢筋混凝土板破坏较多,震后对部分受损板需采用粘贴CFRP布方式进行加固。为研究加固可靠性,对包括18块CFRP布加固的受损板和1块未受损板共19个试件进行加载试验研究,探讨不同粘贴方式、粘贴量及板不同损伤程度下,板的抗弯承载性能及破坏模式。结果表明:1CFRP布采用单层四幅的粘贴方式加固构件时,抗弯极限承载力增长最为显著;2对于加固轻微破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为100mm单层双幅的CFRP布粘贴;对于加固中度破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层三幅的CFRP布粘贴;3对于加固严重破坏的预应力混凝土空心板,采用幅宽为75mm单层四幅的CFRP布方式粘贴。     

钢管混凝土双层肩梁的受力性能分析

钢管混凝土双层肩梁的受力性能完全不同于传统的单层肩梁。通过有限元软件ANSYS对不同受力模式下的双层肩梁承载力进行模拟与分析。首先,通过对双层肩梁水平受荷模式的对比与分析发现,计算双层肩梁的极限承载力时需选用上、下同时作用于屋盖肢,且作用方向垂直于吊车肢的水平荷载;其次,从其受力性能入手,将双层肩梁拆分成上、下两层单独的肩梁,将每层肩梁的极限承载力与原有的双层肩梁极限承载力进行对比发现,上、下层肩梁与传统的单层肩梁承载力等效,但在双层肩梁设计时,需要考虑上、下层肩梁之间的相互影响;最后,选取影响双层肩梁极限承载力的几个关键因素进行分析,结果表明:上层肩梁的跨度、内肢柱的高度、内肢柱横向水平荷载作用高度是影响双层肩梁极限承载力的重要因素。     

冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管试验研究及承载力分析

对32根壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件进行试验研究,分析构件屈曲模式和极限承载力,采用GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和ABAQUS有限元程序计算构件承载力并与试验结果进行分析比较。结果表明:冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件由于板件宽厚比较大易发生局部屈曲,通过GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》可用于壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的承载力计算,Abaqus有限元程序能较好地模拟冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的屈曲模式和分析其极限承载力。     

预应力钢纤维混凝土空心板受力性能试验研究

针对预应力混凝土空心板制作和使用过程中容易出现裂缝的问题,提出在预应力空心板制作中应用钢纤维混凝土,形成新型材料构件-预应力钢纤维混凝土空心板。设计了不同钢纤维掺量的7块预应力钢纤维混凝土空心板,对其进行受力性能试验。试验表明,预应力钢纤维混凝土空心板与普通预应力钢筋混凝土空心板破坏形态相似,钢纤维的掺入可以有效提高混凝土空心板的抗裂性能和极限承载力,减小构件反拱,提高其抗弯性能。     

单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究

以民航博物馆不规则连续单层网壳结构为例,对单层网壳考虑弹塑性稳定性和优化设计进行探讨。比较了各荷载工况作用下的几何非线性极限承载力、弹塑性非线性极限承载力与荷载标准值之比和线弹性外力势能的分布规律,初步探讨了在诸多荷载组合工况中选择单层网壳结构弹塑性稳定极限承载力控制工况的方法。探讨单层网壳考虑弹塑性稳定优化设计的实用简化方法,提出了杆件截面优化的应力比缩减分层法,使复杂的优化设计问题简单化。     

不锈钢管中管混凝土海洋平台导管腿轴压性能试验研究

不锈钢具有良好的耐腐性与变形能力,为研究海洋平台新型不锈钢导管腿轴压性能,通过12根不锈钢管中管混凝土柱的轴压力学性能试验,分析了空心率、混凝土强度、外钢管径厚比和材质对不锈钢管中管混凝土短柱轴压破坏模式、承载力等力学性能的影响。研究结果表明：不锈钢管中管混凝土短柱呈腰鼓型破坏,其塑性变形与屈服后应化强度比普通钢试件显著,但初始刚度比普通钢试件小;空心率和径厚比越小,试件承载力越大,空心率由0增加到0.61,试件承载力下降21%;径厚比由34减小到14,试件承载力提高63%;混凝土强度越高,试件承载力越大,混凝土由43.82MPa提高到59.37MPa,试件承载力提高11%。有限元模拟所得荷载-位移关系曲线、破坏形态和承载力均与试验结果吻合较好。     

GFRP管-混凝土-钢管受弯构件非线性分析

为进一步研究GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的受力性能,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析.采用平截面假定的纤维模型法,编制了GFRP管-混凝土-钢管组合构件的抗弯承载力计算程序.利用该程序计算得到弯矩-曲率、荷载 变形关系曲线,以及混凝土强度、空心率及GFRP管及内钢管厚度等因素对GFRP管-混凝土-钢管组合构件荷载-变形曲线的影响.研究表明,荷载-变形曲线可分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,空心率对极限荷载的影响比较显著,GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的承载力随着GFRP管和钢管管壁厚度的增加而增加,随着混凝土强度等级的提高而增大,随着空心率的增大,其相应变小.     

中空夹层钢管混凝土柱在长期荷载作用下的力学性能研究

基于美国混凝土协会ACI 209(1992)提供的混凝土徐变和收缩模型,对长期荷载作用下中空夹层钢管混凝土柱的变形和承载力进行计算。分析加荷龄期、持荷时间、长期荷载比、名义含钢率、钢材屈服强度、内钢管厚度、混凝土强度、空心率、长细比和荷载偏心率等参数对中空夹层钢管混凝土柱变形特性和承载力的影响。最后,在系统分析各影响因素的基础上,提出长期荷载作用对中空夹层钢管混凝土柱承载力影响系数的计算方法。     

蜂巢芯空心楼盖足尺试验研究及有限元分析

为准确掌握新型蜂巢芯空心楼盖的结构性能,进行了足尺九柱四区格蜂巢芯空心楼盖的破坏性静力加载试验研究。分区格进行了5种工况的加载试验,得到了楼盖结构的荷载-挠度曲线,测定了楼盖的整体极限承载能力。试验结果表明,蜂巢芯空心楼盖裂缝出现和分布情况与一般的实心板无梁楼盖基本相同,变形能力也与实心板楼盖类似。利用ANSYS软件对蜂巢芯空心楼盖在均布荷载下的受力进行了非线性有限元分析,并进行了计算开裂荷载、破坏荷载及荷载-挠度曲线和实测值的对比,结果表明两者吻合良好。     

不同轴压比大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能研究

对4个截面边长为700 mm×700 mm的高轴压比钢筋混凝土柱进行了水平荷载作用下的单调和反复加载试验,讨论了其承载力、破坏形态和滞回特性,分析了轴压比和反复加载对试件的承载力、变形及耗能的影响。结果表明:随着轴压比的增加,试件的骨架曲线的下降段略陡,延性和极限变形较小,而承载力和耗能增加;相对于单调加载,反复加载的试件强度退化较快,极限位移较小。     

轴力和弯矩共同作用下铸钢空心球节点承载力的有限元分析

对铸钢空心球节点在不同的轴力和弯矩组合作用下的承载力进行了弹塑性有限元分析,得出了节点的塑性发展过程及极限承载力;并基于冲切面剪应力破坏模式推导了轴力和弯矩共同作用下的铸钢空心球节点承载力计算公式。     

轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土短柱的试验和数值研究

使用试验和数值方法研究轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土柱的性能。对一个外层为八边形钢管﹑内层为环形PVC-U管﹑且在两层间填充高强混凝土的双层中空钢管混凝土柱进行研究。测试混凝土强度﹑径厚比﹑空心率﹑长细比对双层钢管混凝土柱的极限轴压承载力的影响。经测试发现:双层中空钢管混凝土柱的极限轴压承载力随着混凝土强度的增加而增加,但随着径厚比或空心率的增加而减少。根据试验结果,提出一个能预测双层中空钢管混凝土柱极限轴压承载力的设计公式。