钢-混凝土组合梁的受扭试验与分析

为了研究钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了4根不同配箍率的组合梁纯扭试验,借助结构分析软件,采用三维8结点实体单元的有限元模型,对组合梁纯扭试件在弹性阶段的变形、截面应力分布情况进行了分析。试验和分析结果表明:受扭承载力主要由混凝土翼板提供,翼板的截面尺寸是影响极限承载力的主要因素,其中翼板厚度对组合梁受扭承载力的影响更为显著;而配箍率对组合梁受扭承载力的影响并不大。其它条件相同时,当配箍率为0.54%左右时,组合梁受扭承载力将达到最大。提出了组合梁弹性抗扭刚度计算公式和开裂扭矩计算公式;本文采用变角空间桁架模型,并结合已有的试验成果,提出了可供设计参考的极限承载力计算公式。公式计算结果与试验值吻合良好。     

钢-高强混凝土组合梁的试验研究

为了研究钢-高强混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,本文完成了8根钢-高强混凝土组合梁在跨中两点对称荷载作用下的试验,对其受力性能进行了分析,并探讨了翼缘板混凝土强度、钢梁屈服强度和翼缘板宽度对组合梁正截面受弯承载力、延性的影响。结合试验结果和理论分析,对现行规范中组合梁正截面受弯承载力计算公式进行了补充修正,以拓宽计算公式中翼缘板混凝土强度的适用范围,为高强混凝土在钢-混凝土组合梁中的应用提供设计依据。     

高强钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究高强钢-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,共进行了8根简支梁在跨中两点对称荷载作用下的试验。8根试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。加载方式为单调静力加载,试验测量内容主要为竖向加载荷载、挠度、截面应变等。试验结果表明,所有试件均发生典型的弯曲破坏,高强钢与混凝土通过栓钉连接表现出良好的整体工作性能。现行规范中的简化塑性计算方法可以较准确地预测该类型梁的极限受弯承载力。根据该塑性理论方法,对组合梁进行了参数分析,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。分析表明,其他条件相同时,相比混凝土强度,钢梁强度是影响组合梁受弯承载力的主要因素。研究为高强钢在组合梁中的应用提供了试验依据。     

钢-混凝土组合梁弯扭相关性的试验研究

为研究钢 混凝土组合梁的弯扭性能 ,完成了 4根组合梁的弯扭试验。详述了在不同扭弯比下组合梁的受力性能及破坏形态 ,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析。指出了根据传统的弯剪扭相关方程得到的极限扭矩计算公式的不合理性。根据破坏机理 ,推导出了弯扭复合作用时极限扭矩的计算公式 ,并给出了弯剪扭复合作用时的相关公式及影响因素。计算结果与试验值吻合较好     

箱形钢-混凝土组合梁的复合弯扭试验研究

为研究钢-混凝土组合梁的弯扭性能,完成了6根箱形组合梁的纯扭和弯扭试验,详述了在不同扭弯比下箱形组合梁的受力性能及破坏形态,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析,揭示了箱形组合梁在弯扭复合作用下,极限扭矩和极限弯矩会相应提高的机理。对组合梁扭型破坏和弯型破坏进行了对比分析,指出了根据传统的弯剪扭相关方程而得到的相关公式的不合理性,并给出了在复合弯扭和弯剪扭下的相关公式,得到的结论能为组合梁计算和分析设计提供参考。     

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。     

钢—混凝土组合箱梁的抗扭强度

共进行了9根钢-混凝土组合箱梁的扭转试验,其中4根用于研究纯扭性能.5根用于研究弯扭性能,初步掌握了该类型梁的抗扭机理.组合箱梁截面通过两种机制抵抗截面扭矩:U形钢梁和混凝土翼板组成的组合箱形截面(称为组合抗扭),及混凝土翼板开裂后形成的等效箱形截面(称为混凝土翼板抗扭).组合箱梁在扭转中,截面上存在组合作用,即混凝土翼板和钢梁间存在相互约束作用.U形钢梁的抗扭贡献在于:它不仅作为组合箱形截面的重要组成部分,自身承担较大的扭矩,而且向混凝土翼板提供纵向约束,抑制混凝土裂缝的开展.在试验分析的基础上,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型,建立了适于分析钢-混凝土组合箱梁复合弯扭强度的三维桁架模型.该模型充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程,可以较准确地用于预测组合箱梁的极限强度.此外,还对组合箱梁的弯扭相关强度进行了研究.     

新型外包钢-混凝土组合梁扭矩计算

在对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验的基础上,研究了这种新型组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝发展分布的情况,比较分析了新型外包钢-混凝土组合梁的扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝之间的相互关系.通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式,理论公式计算结果与试验结果吻合良好.为评估结构的安全稳定性提供了依据,丰富了组合梁受扭性能的研究方法和内容.     

新型外包钢-混凝土组合梁受扭的非线性有限元分析

基于5根新型外包钢-T形截面混凝土组合梁受纯扭作用的试验成果,采用ANYSY参数化程序设计语言(APDL)编制了命令流,对纯扭作用下组合梁的受扭性能进行了非线性有限元分析(FEM).FEM分析考虑了钢筋和混凝土间的相互作用,以及外包钢和混凝土间的相互作用,较好地模拟了新型外包钢一混凝土T形截面组合梁以及T形截面钢筋混凝土梁受扭构件的受力、破坏全过程.模拟得到构件的扭矩-扭率关系曲线以及构件的极限扭矩与试验结果吻合较好,验证了所建模型分析组合梁受扭全过程分析方法的可行性,以及所编制的APDL命令流程序对组合梁受扭计算的有效性,为组合梁受扭设计提供了实用的计算软件.     

实腹式型钢混凝土梁受扭性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土梁在扭矩作用下的受力性能,进行了6根不同参数实腹式型钢混凝土梁和1根钢筋混凝土梁的纯扭试验。试验结果表明:实腹式型钢混凝土受扭构件与钢筋混凝土受扭构件的开裂机会相等,可以忽略型钢对开裂扭矩的影响;但型钢对极限扭矩有大幅提高作用,并有效改善了构件的延性;减小箍筋间距和增大配钢率可以提高型钢混凝土构件的受扭承载力。通过分析提出了型钢混凝土纯扭构件开裂扭矩和极限扭矩的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Behaviour and strength of hollow flange channel sections under torsion and bending

Hollow flange channel section is a cold-formed high-strength and thin-walled steel section with a unique shape including two rectangular hollow flanges and a slender web. Due to its mono-symmetric characteristics, it will also be subjected to torsion when subjected to transverse loads in practical applications. Past research on steel beams subject to torsion has concentrated on open sections while very few steel design standards give suitable design rules for torsion design. Since the hollow flange channel section is different from conventional open sections, its torsional behaviour remains unknown to researchers. Therefore the elastic behaviour of hollow flange channel sections subject to uniform and non-uniform torsion, and combined torsion and bending was investigated using the solutions of appropriate differential equilibrium equations. The section torsion shear flow, warping normal stress distribution, and section constants including torsion constant and warping constant were obtained. The results were compared with those from finite element analyses that verified the accuracy of analytical solutions. Parametric studies were undertaken for simply supported beams subject to a uniformly distributed torque and a uniformly distributed transverse load applied away from the shear centre. This paper presents the details of this research into the elastic behaviour and strength of hollow flange channel sections subject to torsion and bending and the results.     

Experimental study on curved composite beams subjected to combined flexure and torsion

There are situations in which a composite steel–concrete beam is subjected to torsion, such as members that are curved in plan or straight edge beams. The concrete slab and steel beam contribute to the torsional strength and stiffness of a composite steel–concrete beam, but this composite action is usually ignored in design codes of practice, which leads to conservative designs. Therefore, this paper investigates the ultimate strength of curved in place composite steel–concrete beams. Eight curved in plan composite steel–concrete beams have been tested under a single applied load at mid-span. Partial shear connection has also been considered in these tests. The composite steel–concrete beams have been designed with different span/radius of curvature ratios. This paper further supports the view that, in the presence of flexure, there will be an increase in the torsional moment capacity, but the flexural moment capacity does not greatly increase in the presence of torsion. A model has also been presented to represent the bending–torsion interaction for curved in plan composite steel–concrete beams with full and partial shear connection.     

钢-混凝土组合梁扭转的组合作用分析

在试验及理论分析的基础上,对开口截面钢-混凝土组合梁在扭转中的组合作用进行研究。组合梁在扭转中,即使是纯扭作用下,截面上仍存在组合作用,分析时不能忽略混凝土翼板和钢梁间的相互约束作用,否则会低估组合梁的抗扭能力。钢梁自身的抗扭作用很小,钢梁对组合梁扭转的贡献在于,它向混凝土翼板提供了纵向约束。在钢筋混凝土变角软化桁架模型(RA-STM)的基础上,通过引入平截面假定,以考虑组合梁扭转中的组合作用,建立适于分析开口截面钢-混凝土组合弯扭性能的三维桁架模型:在弯扭作用下,组合梁截面各单元分别处于一维应力状态(体系1)和二维应力状态(体系2),体系1用来抵抗由弯矩和扭矩引起的截面纵向应力,体系2用来抵抗由扭矩引起的截面剪应力,两者通过截面的纵向应变协调和内力平衡条件联系起来。所分析内容充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程。计算结果与试验结果吻合良好。此外还简要评价了现有的组合梁极限扭矩计算公式的不足。     

配置组合封闭箍筋的钢筋混凝土叠合梁受扭性能试验研究

进行了10个足尺钢筋混凝土叠合梁试件的单调扭转试验,研究了箍筋形式和配箍率对纯扭作用下叠合梁的变形特征、破坏模式、受扭承载力等的影响。研究结果表明：配置组合封闭箍筋叠合梁的受扭承载力与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同;在达到峰值荷载之前,配置组合封闭箍筋叠合梁与配置传统封闭箍筋叠合梁的受扭性能基本相同;峰值荷载后,配置单钩组合封闭箍筋叠合梁的延性变差,配置双钩组合封闭箍筋叠合梁的延性与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同。承受单向扭矩的叠合梁中可以配置双钩组合箍筋,并可以按照国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》方法计算其受扭承载力;不建议采用配置单钩组合箍筋的受扭叠合梁。     

Multi-cell carbon fibre composite box beams subjected to torsion with variable twist

The structural performance of multi-cell carbon fibre composite box beams when subjected to constrained torsional loading is examined in this paper. A simplified analytical procedure for determining the constrained torsional response of a specific class of multi-cell carbon fibre composite box beams is outlined in some detail. The constrained condition analysed is that of the cantilevered multi-cell beam with torque applied at the free end of the beam. Overall elastic couplings in the beams between bending, torsion and axial effects are eliminated from the analysis process through the use of constituent laminates for the thin walls of the cross-sections which are symmetrically layed-up about their own mid-planes and in such a manner that they possess in-plane orthotropy. The analysis procedure employed makes use, essentially, of the existing theories of torsion developed for isotropic construction and these are then suitably modified to account for the non-isotropic nature of the typical carbon fibre composite material. The resulting approach is shown to be able to predict the structural response of the multi-cell composite beams with a considerable degree of accuracy and comparisons between the theory and the results from finite element numerical modelling are shown to give close agreement. The torsional and warping rigidities of the composite multi-cell beams are calculated in a procedure which makes use of the appropriate membrane engineering elastic constants of the individual thin composite walls and the constituent thin walls can have different lay-up configurations provided the stiffness distribution around the sections is of a symmetrically disposed nature in order to preclude the influence of overall elastic couplings.     

箱形型钢混凝土梁复合受扭性能试验

通过5根箱形型钢混凝土梁的复合受扭性能试验,详细描述了试件在不同扭弯比作用下的加载过程。试验表明,箱形型钢混凝土梁在复合受力情况下,出现扭转型或弯曲型两种破坏形态;扭弯比是影响弯、扭破坏形态的重要因素;适当的弯矩存在能显著提高型钢混凝土梁的抗扭强度。通过对试验数据分析得到的箱形型钢混凝土梁的弯扭相关方程,可为其设计提供参考和依据。     

在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的碳纤维布加固RC箱梁抗扭性能试验研究

为研究碳纤维布加固弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能,共设计制作了4根钢筋混凝土箱梁试件,其中3根采取碳纤维布加固、1根不加固作为对比试件。试验在自行研制的扭转试验装置上进行,对箱梁试件同步施加弯矩、剪力和反复扭矩作用。以加固方式和加固数量为主要研究参数,分析了箱梁试件的破坏机理、承载能力、变形能力和滞回性能等。通过各箱梁试件的碳纤维布和钢筋的应变变化规律,探讨了碳纤维布加固箱梁的抗扭工作机理;通过测得的各试件的扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗扭恢复力模型。从而为碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论研究和工程应用提供了重要的依据。     

钢-混凝土组合梁的抗扭特点

钢-混凝土组合梁能充分发挥混凝土抗压强度高、钢材抗拉性能好的优势,近年来,在我国已得到了越来越广泛的应用。相比抗弯曲性能,目前对组合梁扭转性能的研究还很少。然而,在建筑及桥梁结构中,组合梁受扭转作用是不少的。本文介绍了开口截面组合梁和箱形组合梁的极限抗扭特点及已有的研究成果,并指出了需要进一步研究的问题。     

Bestimmung der Wölbspannungen von doppeltsymmetrischen Kastenquerschnitten mit Diagrammen

Determination of warping stresses of box sections by diagrams. For determination of warping torsion for beams with box section it is sufficient to examine only points with external torsional moments. Moreover in the case of statically indeterminate systems the reaction torsional moments may be calculated neglecting warping torsion completely. This contribution allows the determination of normal and shear stresses of warping torsion by diagrams or alternatively by formulae depending only of two parameters of the section. Warping moment and secondary torsional moment must then not be calculated. The applied theory encludes secondary shear deformation, which is always necessary in the case of hollow sections.