腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件推出试验

提出一种节省钢材且具有较高受剪承载力的新型组合梁--腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,它是将倒T形钢梁腹板上部开槽,嵌入到混凝土翼板中形成的组合梁。通过10个推出试件的试验,研究腹板嵌入式组合梁中钢板连接件的受剪承载力。推出试验结果表明,连接件的受剪承载力随混凝土强度等级、钢板厚度增加而提高。基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出嵌入式组合梁连接件受剪承载力计算公式,并提出连接件的构造要求。通过与普通组合梁中栓钉连接件受剪承载力的比较表明,腹板嵌入式钢-混凝土组合梁中钢板连接件具有承载力高、易于实现完全抗剪连接的优点,而且连接件抗剪连接刚度大,可以减少组合梁由于滑移效应引起的刚度折减。     

榫-钉连接木-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为验证榫-钉连接的抗剪性能和组合性能,对榫-钉剪力连接件的推出试件以及采用该种连接的胶合木-混凝土组合梁分别进行了推出试验和弯曲试验。推出试验结果表明,榫-钉连接件的滑动刚度大、承载力高,同时也呈现出较为明显的脆性破坏。胶合木-混凝土组合梁由6个榫-钉剪力连接件连接。弯曲试验中测量了荷载、跨中挠度、木梁与混凝土板的应变以及端部和连接件处木梁与混凝土板的界面相对滑移。弯曲试验结果表明：木-混凝土组合梁的主要破坏模式为梁端木材的剪切破坏和木材的受弯破坏;采用榫-钉连接的木-混凝土组合梁的平均抗弯刚度达到了9.18×1012 N·mm2,较纯木梁提高了182.5%;其组合系数为69.7%,较传统螺钉连接的组合梁显著提升。因此,采用榫-钉连接的木-混凝土组合梁呈现出优异的抗弯刚度和承载力,有利于拓宽木-混凝土组合结构体系的应用范围,具有良好的应用前景。     

栓钉连接双钢板-混凝土组合剪力墙抗剪性能数值分析（英文）

双钢板-混凝土组合剪力墙结构是一种新型高层建筑抗侧力构件,具有良好的应用价值和发展前景。根据其他学者的试验结果,结合相关文献中连接件的剪切滑移公式,拟合得出抗剪栓钉的剪力-滑移关系,并通过有限元软件ANSYS建立了双钢板-混凝土组合剪力墙的有限元模型。以分析组合剪力墙的剪切性能为目的,采用相关假定简化模型并与已有试验结果对比,验证有限元模型的合理性。采用验证过的有限元模型进一步对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪性能进行非线性分析,研究抗剪栓钉间距、钢板厚度、混凝土板厚度、混凝土强度等级及组合剪力墙跨高比等主要参数的影响。数值结果表明,钢板、混凝土板厚度以及混凝土强度对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力的影响最显著,而栓钉间距会影响组合剪力墙的受剪破坏模式。     

低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了2片低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙和1片低剪跨比钢筋混凝土剪力墙试验,研究了高轴压比剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力、破坏模式,得到了试件滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化、承载力退化和耗能能力等,分析了不同形式连接件对抗震性能的影响。试验结果表明：与钢筋混凝土剪力墙相比,低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力显著提高,具有良好的延性和耗能能力,抗震性能良好。     

胶合木-混凝土组合梁斜向螺钉连接件受剪性能研究

为研究斜向螺钉连接件在胶合木-混凝土组合梁中的受剪性能，对8组24个采用斜向螺钉连接件的胶合木-混凝土组合试件进行了推出试验，分析了嵌入方式和嵌入角度对螺钉连接件的破坏模式、荷载-滑移特性和受剪性能的影响。研究结果表明：沿剪力方向单向倾斜螺钉连接件的破坏模式主要为螺钉单铰弯曲破坏和螺钉双铰弯曲破坏；斜交螺钉连接件的破坏模式主要为受压剪作用螺钉的周围混凝土锥体破坏和受拉剪作用螺钉拔出破坏；随着斜向螺钉连接件与界面夹角逐渐增大，螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度逐渐减小；沿剪力方向45°单向倾斜螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度较垂直嵌入木梁的螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度分别提高了21.8%和51.6%；±45°斜交螺钉连接件的受剪承载力与垂直嵌入木梁的螺钉连接件的受剪承载力相差不大，但其抗剪刚度较垂直嵌入木梁的螺钉连接件的抗剪刚度提高了76.6%。在试验研究的基础上，提出了胶合木-混凝土组合梁斜向螺钉连接件受剪承载力的计算方法，该公式的计算结果与试验结果吻合较好，并验证了现有抗剪刚度计算公式的适用性。     

以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁试验研究

为研究以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理,对花纹钢板-混凝土界面受剪试件进行了推出试验,对组合梁试件进行了受弯性能试验,分析了试件的破坏特征、应变分布和荷载-位移曲线。试验结果表明:扁豆型花纹钢板与混凝土界面的黏结强度介于光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土黏结强度之间,混凝土对钢板的包裹作用对界面黏结强度有重要影响;组合梁受弯性能试件的最大挠度达到L/45(L为组合梁跨度),呈现明显的延性破坏特征;钢梁-混凝土翼板处于良好的共同工作状态,达到完全抗剪组合承载力;组合梁抗弯刚度组合作用系数约为0.4,界面滑移对变形的影响不可忽略。根据试验结果,给出组合梁的钢-混凝土界面受剪承载力和界面抗剪刚度计算方法。     

钢-竹组合工字梁受剪性能试验研究

以钢-竹组合工字梁的竹材截面翼缘厚度、腹板宽度及剪跨比λ为参数,对9根钢-竹组合工字梁进行了受剪性能试验,分析了组合梁的破坏过程、破坏机理、变形及承载力等,研究了影响组合梁受剪性能的因素,校验了组合梁变形及受弯承载力计算公式,并提出了组合梁受剪承载力简化计算公式.研究结果表明:钢-竹组合工字梁整体工作性能优良,组合效应...     

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。     

钢-竹组合箱形截面梁受剪性能试验研究

为研究以冷弯薄壁型钢和竹材人造板通过结构胶复合而成的箱形截面钢-竹组合梁的受剪性能,以梁截面的翼缘及腹板竹胶板厚度、型钢翼缘宽度和剪跨比等为主要参数,对6根钢-竹组合箱形梁进行受剪试验,观察各级荷载作用下组合梁的应变和挠度发展,分析其破坏过程和破坏机理,研究组合梁受剪性能的影响因素,探讨钢-竹组合箱形梁的受剪承载力及变形计算方法。研究结果表明:钢-竹组合箱形梁整体工作性能优良且组合效应显著,其受力过程经历弹性和弹塑性两个阶段,具有良好的延性和安全储备;增加翼缘和腹板处竹胶板厚度可提高组合梁的受剪承载力,减小剪跨比可有效提高组合梁的受剪能力,同时适当减小型钢翼缘宽度能使梁的受剪性能进一步增强;采用所提出的组合梁的跨中挠度计算公式得到的计算值与试验值吻合较好,组合梁受剪承载力的计算公式所得结果偏于保守。     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析的有限元计算模型,并通过6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证有限元计算模型的准确性。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力分布情况进行分析,同时给出钢管与核心混凝土之间的相互作用,并对剪跨比、钢管强度、混凝土强度、短轴长和长轴长等参数对纯弯时构件极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土构件在跨中发生倾向弯曲破坏,钢管屈服强度、混凝土强度、长轴长、短轴长及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,剪跨比对其力学性能影响不明显。     

Steel-Concrete-Steel sandwich slabs with lightweight core — Static performance

This paper investigates the static performance of Steel-Concrete-Steel (SCS) sandwich slabs which consist of an ultra-lightweight concrete core sandwiched between two steel plates. Special J-hook connectors have been developed to develop composite action between the concrete core and the two steel plates. The core is made of lightweight concrete of density less than 1450 kg/m³. Laboratory tests were carried out on eight SCS sandwich slabs under centrally applied patch load. Test results showed that the mode of failure and crack pattern of SCS sandwich slabs were very similar to those of reinforced concrete slabs especially when the concrete core and steel plates act in a fully composite manner. Flexural and punching are the primary modes of failure. After flexural yielding, membrane action developed in the slab due to the effectiveness of J-hook connectors in maintaining composite action which further increases its load carrying capacity after flexural yielding. Theoretical models are proposed to predict the flexural and punching resistance and a good correlation with test results is obtained. A large deflection analysis considering plate membrane action is also proposed to predict the force deflection relation of SCS sandwich slabs.     

T形多腔钢-混凝土组合构件压弯性能研究

多腔钢-混凝土组合构件通过变化截面高厚比可作为组合柱、组合短肢剪力墙和组合剪力墙,灵活地应用在具体结构中,在结构外缘采用T形多腔钢-混凝土组合构件可减少室内结构柱外露。为此,针对截面高厚比为3~8的T形多腔钢-混凝土组合构件开展压弯性能研究。以截面高厚比和试件高宽比为变化参数,对4个T形多腔钢-混凝土组合构件在偏压荷载作用下的压弯力学性能进行了试验研究,并对试件的变形发展过程、破坏模式和承载力进行了分析。在试验研究的基础上,运用有限元模型分析了偏压荷载作用下T形多腔钢-混凝土组合构件的受力全过程和多腔钢管与混凝土的相互作用,并分析了截面高厚比、混凝土强度、钢材强度和钢板厚度等参数对构件压弯力学性能的影响。研究结果表明:构件在偏压荷载作用下发生整体弯曲破坏模式;多腔钢管对核心混凝土的不均匀约束作用表现为腔体角部大于内隔板对混凝土的约束,内隔板中部大于自由边钢板中部对混凝土的约束;截面高厚比是影响构件截面压弯承载力相关曲线的关键参数。在此基础上提出了适用于不同截面高厚比的T形多腔钢-混凝土组合构件的压弯承载力计算公式。     

腹板嵌入式组合梁抗弯性能理论和试验研究

提出了一种新型腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,并对该组合梁的整体抗弯性能和抗剪性能进行了研究.首先阐述了腹板嵌入式钢-混凝土组合梁的构成、受力特点和主要优点,然后介绍了该组合梁的抗弯承载力、钢梁与混凝土翼板之间的滑移以及挠度计算公式.通过竖向荷载作用下的静力加载试验对4个腹板嵌入式钢-混凝土组合梁试件的抗弯承载力、滑移影响...     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力影响因素分析

采用ANSYS非线性有限元分析方法,分析了压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材屈服强度、混凝土强度、C型钢梁板厚、钢筋混凝土翼板厚度、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比及腹板高厚比等因素对冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力和延性的影响。研究表明：压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材强度、钢梁板厚、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比和腹板高厚比等因素对组合楼盖受弯承载力影响较显著,而混凝土强度则影响较小;钢筋混凝土翼板厚度在50~100 mm范围内时,组合楼盖受弯承载力随混凝土翼板厚度增加呈线性增长,当翼板厚度大于100 mm后,其受弯承载力将不再提高;混凝土强度、钢梁间距及楼盖宽度不影响组合楼盖的延性。组合楼盖可简化为T形截面组合梁模型计算。     

Behavior of composite segment for shield tunnel

Composite segment has been developed for obtaining high capacity in lining of shield tunnel subject to high hydraulic pressure and earth pressure in deep underground, which is made of steel plates connected to an infill of high fluidity concrete with shear connectors. However, a rational design method for composite segments can not be established, because the behavior of composite segments is not clarified. The purpose of this paper is to study the behavior of the most complicated composite segment with six steel plates using finite element method and the four-point bending tests. The effects of the shear studs and the thicknesses of steel plates were verified and estimated quantitatively. Meanwhile, the failure modes of composite segments were investigated. Comparisons show that the finite element model is suitable for composite segments and predicts the behavior of composite segments accurately.     

Steel-concrete-steel sandwich composite structures subjected to extreme loads

This paper summarizes the latest research and development work on steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite structures for the use as Arctic offshore platform, and to resist impact and blast loads. Current development of ultra-lightweight cement composite (ULCC) and a floatable structural cement composite (FSCC) to be used as infilled materials for SCS sandwich structure are presented. This paper aims to advance the application of SCS sandwich composite with the use of steel plate and lightweight concrete materials. A series of tests on lightweight SCS sandwich panels with shear connectors has been carried out. The superior performance of SCS sandwich panel is demonstrated. The results show that SCS sandwich with novel J-hook connectors is effective in preventing plate separation from concrete core, maintaining the structural integrity.     

Inelastic behaviors of steel shear tab connections

Inelastic behaviors of shear tab connections commonly used in modern steel buildings are investigated in this work. Full‐scale steel shear tab connections with and without concrete slab physically tested by other researchers are closely simulated by non‐linear finite element (FE) method. Different nonlinear FE features (inelastic materials, surface‐based contacts and large geometric options) are included, and different solution strategies (Newton method and Explicit Dynamic method) are employed to balance computational effort and solution accuracy. The simulations extend our understandings on shear tab connections at micro levels, including stress distribution in the connection zone, movement of the neutral axis along the beam sections and normal stress distributions along steel shear tabs and concrete slabs. It is found that the shear tabs contribute to flexural strength of the beam‐to‐column connection and the elastic–plastic theory explains the observed behavior well only when concrete slab is not present. The composite steel shear tab connections have unsymmetrical behavior under negative and positive bending moments. The compressive concrete slabs significantly increase the flexural stiffness and strength of composite shear tab connections. It is also verified that the shear studs near steel columns play a key role for the composite connections. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.