地铁车站STS新管幕构件抗弯承载力试验研究

某地铁车站采用STS新管幕结构作为初期支护。为研究新管幕构件在跨中集中静载作用下的抗弯性能,共进行8榀新管幕构件的对比试验。主要变化参数为横向连接螺栓、上下翼缘板是否焊接、连接螺栓通长、钢管间距、翼缘板厚度和混凝土强度等级。试验结果表明：下翼缘板焊接显著提高了新管幕构件的刚度和极限承载力;横向螺栓连接、翼缘板厚度加大、混凝土强度等级提高、连接螺栓通长对新管幕构件的极限承载力影响较小,但对新管幕构件的刚度影响较大;上翼缘板焊接、钢管间距减小对新管幕构件的刚度和极限承载力影响均不明显。建议给出新管幕构件正截面抗弯承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究

该文进行了8个无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能试验,考察了截面尺寸和剪跨比（0.3~0.8）对构件抗剪承载力及钢管和混凝土滑移的影响规律。结果表明：剪跨比为0.3时构件发生剪切破坏,随着剪跨比增大,构件破坏模式从剪切破坏逐步向弯曲破坏转化,并且随着剪跨比增大,构件抗剪承载力显著降低,核心混凝土滑移量也呈现减小趋势。同时,用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了数值模拟,计算结果与试验结果总体上吻合良好,验证了建模方法的可靠性。在此基础上,研究了钢管与核心混凝土之间的摩擦粘结、构件有无端板及加载主轴方向对矩形钢管混凝土构件基本剪切性能的影响规律。表明钢管与混凝土接触面摩擦系数取0.25时与试验结果符合程度较好;端板对构件荷载-位移关系曲线屈服荷载无太大影响,但对曲线后期强化有一定影响;不同加载主轴方向对构件抗剪承载力有显著影响。     

钢管高强混凝土叠合构件受剪承载能力试验研究

结合3个普通钢筋混凝土构件和11个钢管高强混凝土叠合构件的单调加载静力试验,对钢管高强混凝土叠合构件的破坏形态、破坏机理和受剪承载能力开展研究。通过分析破坏特征与荷载-跨中挠度曲线,重点对钢管尺寸、剪跨比和是否焊接栓钉对叠合构件受剪承载力的影响进行分析。试验研究结果表明：试件发生剪切斜压和剪压两种破坏模式;试件的受剪承载力随钢管尺寸的增加而提高;随剪跨比的增大而降低;焊接栓钉可提高试件的承载能力,但作用有限。依据现有规范并结合试验结果,基于桁架-斜压场模型提出了钢管高强混凝土叠合构件的受剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点循环拉伸性能试验研究

为研究Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点在地震作用下的力学行为,对11个梁翼缘板与柱段焊接组成的节点进行了低周循环拉伸性能试验,研究了梁翼缘板与钢管宽度比α、厚度比β以及钢管宽厚比λ等参数对节点破坏模式、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明：在循环拉伸荷载作用下,Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点的失效模式主要分为连接处焊缝断裂、连接处钢管面板断裂或梁翼缘板被拉断三种;高强钢梁翼缘板与钢管宽度比、钢管柱宽厚比对焊接节点的受力行为影响较大,当宽厚比α由25.0减小到18.75时,节点的应变能减小了134%;当节点破坏时,具有新型焊接通过孔构造的焊接节点极限位移超过传统构造节点近2倍,前者延性性能较好。研究成果可为高强钢管柱与梁焊接节点的抗震设计以及进一步的理论研究提供依据。     

模拟酸雨腐蚀钢管混凝土构件静力性能研究

该文讨论了模拟酸雨腐蚀环境下钢管混凝土构件静力性能的退化规律,具体包括模拟酸雨腐蚀后：钢材材料力学性能;钢管混凝土构件轴压力学性能;钢管混凝土构件纯弯力学性能;钢管混凝土构件偏压力学性能。分析了腐蚀率对钢材屈服强度、弹性模量、极限抗拉强度和极限延伸率的影响,采用钢管壁厚折减以及壁厚折减耦合材性折减的模拟腐蚀损伤方法,结合有限元ABAQUS软件、规范公式,分别计算了构件荷载-变形关系曲线、极限承载力,并和试验结果进行了比较,发现钢管壁厚折减方法优于壁厚折减耦合材性折减方法,地方标准严于国家标准。     

多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压承载力研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载-侧向挠度关系曲线和荷载-应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明：多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力下降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力下降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。     

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明：设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。     

轴心受压梭形变截面钢管格构柱的弹性屈曲性能

梭形钢管格构柱是由若干钢管分肢以及许多横向缀管组成的变截面轴心受压构件,良好的力学特性和优美的建筑造型使其广泛应用于索膜结构、大跨度空间结构及高层结构的支承体系,它是近年来出现的一种新型的结构构件.利用有限元软件ANSYS分析了梭形三肢钢管格构柱的几何参数对其弹性屈曲荷载和屈曲模态的影响.这些几何参数包括:柱长、整体长细比、分肢钢管几何尺寸(外径和壁厚)、横向缀管几何尺寸(外径和壁厚)、横向缀管数量(或分肢长细比)等.分析结果表明,梭形格构柱在不同的结构参数下的屈曲荷载和屈曲模态与等截面柱有很大的不同,其中“S”形的屈曲模态反映了这种构件新的屈曲性能.     

爆炸荷载下钢管混凝土构件动态响应的数值模拟与试验验证

通过数值模拟和试验两种方法对爆炸荷载下钢管混凝土构件(CFST)的动态响应进行研究.首先基于LS-DYNA非线性有限元分析软件,采用多物质流固耦合方法,建立爆炸荷载下CFST数值模型;其次,设计三根钢管混凝土试件的爆炸罐内近距爆炸试验,并基于试验结果对数值模型的有效性及合理性进行了验证;最后总结爆炸荷载作用下CFST的破坏规律,并通过参数化分析方法,研究核心混凝土强度与钢管厚度对CFST抗爆性能的影响.结果表明:数值模拟方法能够有效合理地反应CFST在爆炸荷载作用下的动态响应,对比爆坑深度和测点加速度的模拟结果与试验结果,误差均在10％以内;近距离爆炸荷载下,CFST结构的破坏形式可分为4个阶段:迎爆面破坏、跨中弯曲变形、端部受拉、振动阶段;提高核心混凝土强度和增大钢管厚度都能改善CFST的抗爆性能,核心混凝土等级为C50、C70、C80的构件背爆面中心位置位移最大值相比于C30等级分别减小了2.3％、4.3％、5.3％,钢管厚度为4 mm、5 mm、6 mm的构件相比于3 mm钢管背爆面中心位置位移最大值分别减小了17.0％、28.6％、37.4％,钢管厚度对结构抗爆性能的改善效果更为明显.     

多室式钢管混凝土形构件纯弯力学性能研究

进行了4 个多室式钢管混凝土T形试件和2 个多室式空钢管T形对比试件的纯弯试验,着重研究前者在纯弯状态下的变形过程及破坏形态,同时考察了截面尺寸、加载位置等参数对其纯弯力学性能的影响.试验结果表明：增大截面腹板高度能显著提高多室式钢管混凝土T形试件的抗弯承载力;力分别作用在翼缘或腹板时其承载能力有一定的差异;试件的破坏形态以整体弯曲为主.采用有限元方法对多室式钢管混凝土T 形试件的弯矩-挠度曲线进行了全过程分析,与试验结果吻合较好.最后在参数分析的基础上提出了多室式钢管混凝土T形构件抗弯承载力的实用计算方法.     

不锈钢T形件螺栓连接承载性能试验研究

通过开展14组不锈钢T形件螺栓连接试件的单调拉伸试验,得到了各试件的极限承载力、破坏模式和撬力发展规律,分析翼缘厚度、翼缘材料、螺栓直径和螺栓预拉力等因素对不锈钢T形件承载性能的影响。结果表明：螺栓预拉力对试件的极限承载力没有明显影响,但会提高试件的初始刚度; T形件的破坏模式取决于翼缘和螺栓的相对关系,与螺栓预拉力无明显关系;撬力值随着翼缘厚度和螺栓直径的减小而增大,但极限承载力对应的撬力值与螺栓预拉力无关。将试验结果与现行欧洲、美国和中国规范的计算结果进行比较,表明现行国内外规范的相关计算公式均较保守,其中美国规范由于翼缘采用极限抗拉强度,计算结果与试验值最为接近。     

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明：所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。     

方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点受力性能试验研究

对适用于装配式钢结构的钢管混凝土L形柱-H型钢梁Z字形节点的抗震性能进行研究。建立并基于节点试验结果验证了ABAQUS有限元模型,通过有限元分析获得了节点的荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏模式和性能指标。结果表明：设置腹板拼接板、增加梁高、减小上翼缘最外排螺栓与拼接区中心距离等措施,能够提高节点的屈服荷载和峰值荷载;增加翼缘高强度螺栓数量能够提高节点的滑移荷载,但是会降低延性;增加悬臂梁外伸距离,可以提高滑移荷载、屈服荷载和峰值荷载,减少翼缘连接的高强度螺栓数量需求。基于有限元结果,验证了节点受弯承载力和极限受弯承载力计算公式的可靠性。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

Q690钢管塔柔性法兰极限承载力试验研究及有限元分析

该文研究了Q690高强钢管塔柔性法兰极限承载力。为考察这种法兰的受力性能、破坏模式及螺栓的应力分布,以1000kV钢管塔上的连接法兰为背景,进行了2个法兰足尺试件试验。同时,对试验模型进行了非线性有限元数值分析。试验与有限元分析结果表明：所设计的高强钢柔性法兰受力合理,满足工程应用;节点的薄弱部位位于主材与法兰板连接处;对于高强钢法兰螺栓受力修正系数可适当减小,建议 取0.62;同时建议考虑钢管壁厚对节点承载力的影响。     

钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究

考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ ξ < 0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883 ≤ ξ ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

型钢混凝土深梁受剪性能及承载能力研究EI北大核心CSCD

为了研究型钢混凝土深梁的受剪机理,以剪跨比、型钢截面高度比、翼缘宽度比为影响因素,设计7个试件进行了跨中集中荷载作用下的抗剪性能试验,对受力过程、荷载-位移曲线、破坏形态、受剪承载力等进行了比较分析,基于修正压力场理论提出了型钢混凝土深梁受剪承载力计算模型。结果表明:剪跨比是型钢混凝土深梁破坏形态主要影响因素,较大翼缘宽度比的试件具有更高的受剪承载力;基于修正压力场理论的计算模型能够综合考虑剪跨比和翼缘宽度比的影响,模型计算值与试验结果吻合较好。     

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明：柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。