型钢与混凝土之间粘结强度的力学分析

基于大量实腹式型钢混凝土试件粘结滑移性能对比试验研究结果,得到了型钢与混凝土粘结面上粘结应力的分布特征和粘结力组成部分(化学胶结力、摩擦阻力和机械咬合力)之间的转化规律;根据磨损接触面的运动调节机理,分析了型钢与混凝土之间粘结面的微动磨损特征,论证了型钢混凝土粘结滑移试验中荷载-滑移曲线与接触体系三体理论中破损混凝土形成和演化规律之间的吻合特性;根据型钢与混凝土协同受力的主要缺陷是其粘结面易发生剪切粘结破坏的试验结论,对型钢与混凝土之间的粘结滑移破坏进行了剥层理论分析,阐释了型钢与混凝土之间摩擦阻力和机械咬合力的产生和转化规律;对型钢混凝土粘结强度进行了塑性极限理论分析,推导了粘结强度上限解的数学表达式,并对影响型钢与混凝土粘结性能的材料因素进行了探讨。研究成果为型钢混凝土结构的设计计算理论研究奠定了基础,并且为组合结构的数值实验分析提供了理论依据。     

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。     

型钢高性能混凝土框架结构数值模拟及参数分析

提出考虑粘结滑移的型钢混凝土组合结构的有限元建模方法,通过对比计算结果与试验结果验证建模方法的准确性。对型钢高性能混凝土(SRHPC)框架结构进行试验,主要考虑的参数为轴压比、混凝土强度、含钢率以及型钢强度。探讨诸参数对SRHPC框架承载能力和变形能力的影响,分析结构的失效机理。结果表明,型钢强度是影响结构基本性能最主要的因素,结构的承载能力和变形能力均可通过提高型钢强度而有效增大。轴压力的存在会降低结构的变形能力,但当轴压比小于0.4,可在一定程度上提高结构承载力。当轴压比超过0.4以后,结构的峰值荷载和变形能力随轴压比的增大而降低,且结构的负刚度段的斜率逐渐增大。     

基于氯盐最不利侵蚀下锈蚀RC框架结构时变地震易损性研究

基于一维Fick第二定律,采用Dura Crete规范中钢筋锈蚀初始时刻的概率预测模型,并基于概率统计的钢筋直径预测模型,计算不同龄期下RC结构中钢筋的锈蚀深度。基于修正斜压场理论并以锈蚀深度为单变量,对不同龄期下受压区锈胀开裂混凝土峰值应力进行计算;根据锈蚀深度对钢筋本构和Mander约束混凝土本构模型中相关参数进行了修正。于地震易损性模型中引入时间参数,建立含时间参数的RC结构地震易损性模型。最后,基于上述材料力学性能退化模型,采用基于力的纤维塑性铰模型,建立三层RC平面框架结构数值模型,并结合本文所提出的时变地震易损性模型,给出了三层平面RC框架0、5、10和15年龄期的易损性曲线和曲面。所提研究方法可用于既有RC框架结构生命周期内的抗震性能及损失预测分析。     

型钢高强高性能混凝土梁粘结滑移行为研究

通过12榀不同混凝土强度等级、剪跨比、配箍率的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁试验,得到了各级荷载作用下沿梁长度(即跨度)方向型钢应变、型钢与混凝土界面粘结应力与相对滑移分布规律。结果表明:在界面粘结应力尚未达到局部粘结强度之前,型钢应变和界面滑移近似呈指数变化;此后界面出现粘结软化,且粘结软化区段随荷载的增加逐渐向试件自由端扩散,型钢与混凝土协同工作的能力降低。通过对界面粘结滑移行为与诸影响因素的分析,从机理上揭示了粘结软化的形成与演化过程,分析了局部粘结强度与其主要影响因素的关系,并由试验结果统计回归得出了型钢高强高性能混凝土局部粘结强度的计算公式,进而提出型钢高强高性能混凝土梁局部粘结应力与加载端粘结滑移本构关系的数学模型。最后建立了型钢与混凝土界面粘结滑移分析的理论模型,求解了各级荷载作用下粘结应力的传递规律。研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据。     

栓钉剪切连接件在SRHPC结构中的数值分析

探讨了型钢表面的栓钉与外包高强高性能混凝土之间的受力特性,基于既有的试验结果和理论计算,分析了栓钉的荷载—滑移曲线规律,研究了栓钉在三维有限元模拟中的影响因素,给出了三维受力状态下栓钉的刚度方程,建立了数值分析中每个方向的荷载—变形曲线。     

型钢混凝土梁与钢管混凝土柱节点加强环研究

探讨了型钢混凝土梁与钢管混凝土柱节点的外加强环板受力特性，基于既有的试验结果和理论计算，分析了加强环板的应变分布规律，研究了环板宽度对节点的承载力和刚度的影响，并通过建立承载力—变形双控原则来确定外加强环板尺寸的计算公式。     

型钢高强高性能混凝土框架拟动力试验研究

采用基于位移控制的多点地震记录输入的拟动力试验方法,进行了一榀1/4比例的两跨3层型钢高强高性能混凝土框架拟动力试验。研究了地震作用下该结构的动力反应、层间位移和楼层耗能的分布方式、结构破坏机理及裂缝形态,测试了结构在不同阶段的频率与阻尼比。试验结果显示型钢高强高性能混凝土框架具有良好的耗能能力和变形能力,框架实现了较为理想的梁铰屈服机制,楼层变形呈倒三角形分布,结构阻尼比略低于普通型钢混凝土框架结构的阻尼比。最后,基于考虑损伤退化的型钢高强高性能混凝土框架滞回模型对试验模型进行了弹塑性时程分析,并分析了计算与试验结果产生差异的原因。