外包发泡混凝土帽钢龙骨组合墙体抗侧性能试验研究和分析

以帽型截面(简称帽钢)钢立柱组成的轻钢龙骨和发泡混凝土共同构成的组合墙体为对象,研究帽钢龙骨组合墙体抗侧承载力。组合墙体试件为两堵,高、宽、厚均为3.0 m×1.8 m×0.2 m,由LC3.0发泡混凝土和4根间距为600 mm的帽钢立柱及横穿柱顶的矩形钢管共同构成,帽钢立柱厚度含1.2 mm和1.5 mm两种,其中后者翼缘上开孔。结果表明:组合墙体在水平荷载作用下将产生多条沿墙体对角线分布的裂缝;当帽钢立柱上开孔时,这些斜裂缝遇到帽钢立柱时仍会沿原方向延伸;而对于未开孔的墙体,这些斜裂缝遇到帽钢立柱时会改变方向沿立柱纵向延伸。组合墙体试件的荷载-水平位移关系曲线均由弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段构成。而当组合墙体处于弹性阶段时,帽钢立柱的作用并不大,主要是发泡混凝土抵抗外荷载。组合墙体的塑性阶段延续较长,有较高的延性和良好的抗震性能。当帽钢立柱的翼缘上开孔时,组合墙体的荷载-水平位移曲线与不开孔的情况相比更为连续和光滑。增加帽钢立柱的厚度对增大组合墙体的抗侧承载力并没有明显的影响。在进行有限元建模时,把帽钢龙骨和发泡混凝土分别简化为壳单元和密排框架,所得墙体抗侧极限承载力与试验数据十分吻合,是正确和合理的。     

焊接箱型截面构件在不同焊缝熔深下承载力性能试验研究

为了有效改善大跨度桥梁中管翼缘焊接箱型截面构件的耐久性的问题,提出采用耐候钢代替普通钢的管翼缘箱型截面梁。同时,为了研究耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件填充混凝土后在全熔透和部分熔透条件下的单轴承载力性能,开展了焊接矩形截面在三种不同焊缝熔深下的耐候钢管混凝土截面轴压短柱试验研究。分别测试每个试件在单轴压力作用下的静态应变、动态应变,以及竖向位移和侧向位移。对比构件承载力的试验结果及理论分析结果,得出不同熔深下焊接箱型截面管翼缘组合构件的承载力性能。研究结果表明:1）耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件的全熔透焊缝承载力高于部分熔透焊缝承载力。2）全熔透试件开裂时的竖向位移较部分熔透试件的位移值大,而不同熔深下构件的横向位移测点L4随轴压荷载的增大而有增加,L3测点横向位移规律不明显。3）不同耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件横向整体受拉,局部在顶部角部位置受压。构件的混凝土内部和钢板表面应变情况复杂,规律不明显。     

翼缘纵向变厚度工型截面梁变形性能试验

为研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形性能,对2根翼缘纵向变厚度工型截面梁与2根等厚度梁进行静力加载对比试验,同时采用有限元软件ANSYS进行数值模拟.变厚度梁翼缘材料为Q345GJC等级纵向变厚度钢板,加载方式包括单点加载和两点加载.试验结果表明:试件均发生明显的板件局部屈曲;采用翼缘纵向变厚度工型截面简支梁,不仅可以在保证承载力的情况下大大减少用钢量,而且可以获得更大的强度储备;也可以达到密实截面的变形要求,满足塑性设计要求.有限元结果与试验结果吻合良好.该试验结果可为翼缘纵向变厚度工型截面钢梁的塑性变形设计提供依据.     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁（HFB）的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁（THFB）.通过试验测试,对三角形空翼缘梁（THFB）和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能.利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好.基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律.最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性.研究结果表明：采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守.     

格构槽钢立柱轴压试验与有限元分析

以3 m长、6种不同壁厚(0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、1.8 mm、2.0 mm)的格构槽钢立柱为研究对象,对其进行轴压试验,得到试件的受力性能、极限承载力和失稳形式,并进行了有限元分析和比较。结果表明:在轴压荷载作用下,较薄试件(0.8 mm)的单肢先发生局部屈曲,而后试件绕弱轴发生整体的弯曲失稳;其它厚度试件一般发生整体弯曲失稳。试件的荷载-位移关系曲线包括弹性、弹塑性和塑形破坏3个阶段,但弹塑性阶段表现得并不明显。典型试件荷载-位移曲线的有限元分析结果与试验数据十分接近,试件局部失稳和整体失稳模型的有限元分析与试验结果也十分相似。试件极限承载力的有限元分析结果与试验数据差别在10%以内,证明了有限元建模方法的合理性和正确性。     

蜂窝梁抗弯承载力的有限元分析

目的为了进一步了解蜂窝梁的抗弯承载力极限状态、方法采用有限元分析软件ANSYS建模，对相同跨度、相同开孔率及开孔数目的圆孔和六角孔两种不同截面形式的蜂窝梁进行分析、比较，得出不同截面形式和不同开孔率对蜂窝梁抗弯极限承载力的影响、结果对于两种不同截面形式的蜂窝梁，在相同开孔率及开孔数目的情况下，圆孔梁的极限承载力要高于六角孔梁的极限承载力，结论利用有限元软件能够较好地模拟出开孔率及不同截面形式，对两种蜂窝梁抗弯极限承载力的影响．两种不同截面形式蜂窝梁，在开孔率相同时。随着荷载逐渐增加，梁由弹性进入弹塑性进而达到塑性阶段，同时塑性向空腹截面及孔周边发展、腹板出现一定鼓曲现象。梁即达极限状态、同时梁中部出现较大侧弯扭变形，出现整体失稳，在孔角处存在应力集中、在开孔率不同时，随着开孔率的逐渐增大，圆孔梁的极限承载力明显高于六角孔梁的极限承载力。     

集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。     

组合梁新型连接件抗剪性能试验研究

抗剪连接件主要用于承担混凝土翼板与钢梁上翼缘之间的纵向剪力,是保证钢-混凝土结构构件共同受力、协调变形的关键部件.提出一种新型连接件,即在倒T型截面钢梁腹板上边缘部分开孔,钢梁腹板开孔上边缘焊接连续的蛇形钢筋,并将混凝土浇入其中从而形成连接件传递剪力.通过7组共15个推出试件的极限承载力试验,研究了该推出试件的破坏过程、破坏形态;考察了混凝土强度、钢板开孔、蛇形钢筋、贯通钢筋、配箍率等单因素对该型连接件极限承载力的影响;提出了新型连接件抗剪承载力计算公式;分析了连接件的黏结滑移性能.试验结果表明:在同等条件下,新型连接件极限抗剪承载力比普通开孔板连接件有较大程度的提高,表现出较好的延性.     

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）和英国冷成型薄壁构件设计标准（BS5950-5：1998）对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明：我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后,左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂;而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但试件WUFC具有更好的变形能力,二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段,在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响,数...     

节点域厚度对梁端翼缘削弱型节点承载力影响的研究

探讨了节点域厚度对梁端翼缘削弱型节承载力的影响,利用大型有限元分析软件ABAQUS作为工具,对梁削弱型节点进行低周往复加载下的模拟试验。通过对加载现象、应力云图的对比分析,研究讨论了节点域厚度对梁端翼缘削弱型节点承载力的影响。经过分析得出在一定范围内节点域越厚节点的极限承载力越大;柱的局部屈曲能导致节点丧失15%~25%的承载力,梁的整体侧移能导致节点丧失50%的承载力。     

单点加载翼缘纵向变厚度工型截面简支梁变形解析解法

目的研究采用纵向变厚度(LP)钢板作翼缘的翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形,推导单点加载时其变形计算公式,解决该类梁的弹性变形问题.方法运用基于变形体虚功原理的单位荷载法和直接积分方法推导不同跨度、截面尺寸和翼缘厚度变化率下跨中挠度计算公式,并讨论剪切变形的影响;运用通用有限元软件ANSYS的BEAM188和SHELL181两种单元进行对比验证.结果考虑剪切变形的理论计算结果与BEAM188单元计算结果相差不超过0.5%,与SHELL181单元计算结果相差最大为3%,计算结果十分接近,验证了理论解的正确性.结论与传统等厚度工型截面梁相比,采用此种翼缘变厚度工型截面梁,使构件截面设计更加合理,在承载力相同的情况下,可大大减少钢材用量;且可降低剪切变形影响;建议采用此种翼缘纵向变厚度工型截面梁行结构优化设计.     

圆钢管再生混凝土柱轴压试验研究

通过8根圆钢管再生混凝土柱进行轴压试验,研究构件长细比、钢管壁厚以及添加废弃混凝土块体等因素对试件轴压性能的影响,获得试件承载力、轴向变形、轴向和环向应变等参数。试验表明,钢管再生混凝土试件主要为弹塑性失稳破坏;构件长细比对试件的承载力有一定影响,轴向承载力随着试件的长细比的增大而减小;钢管壁厚对试件的承载力影响较大,钢管壁厚越大,其极限承载力就越大;添加混凝土块体对轴压承载力影响不大。     

上翼缘受侧向支撑的固端钢梁整体稳定分析

采用ANSYS有限元程序对受混凝土板刚性约束的两端固定H型钢梁进行非线性屈曲分析,分别研究了钢梁在高度变化和下翼缘宽度变化两类情况下梁负弯矩段的侧扭屈曲对梁整体稳定的影响,结果表明上翼缘有刚性侧向支撑的两端固定H型钢梁存在部分屈曲后强度,钢梁在屈曲后承载力能继续提高,构件未发生过度变形前可充分利用钢梁的部分塑性,提高其设计承载力;另外下翼缘宽度变化对两端固定梁整体稳定影响较大,梁截面较高同时下翼缘又比较窄时,负弯矩段的侧扭屈曲会使钢梁发生过度变形,对下翼缘无侧向支撑的H型钢梁设计时仍需考虑其整体稳定性.     

钢管混凝土柱-箱梁内加劲节点的性能研究

上海光源工程屋盖体系中的箱形截面梁与下半部分插入钢筋混凝土框架柱、内部设置加劲肋且填充混凝土的圆钢管焊接形成钢管混凝土柱-箱梁节点.对该节点进行了大比例试件的静力加载试验,考察了节点的受力性能和破坏模式.试验结果表明试件的破坏模式为梁根部截面的弹塑性局部失稳破坏,且在发生严重的局部失稳后仍然能够继续承载,节点变形能力良好,满足节点承载力高于构件承载力的要求.非线性有限元分析进一步表明,简化的悬臂梁模型能较准确地模拟节点中相应梁的受力性能,梁倾斜放置且根部平齐时对梁承载力的提高有利.     

T型截面螺旋板的翼缘影响研究

螺旋楼梯是空间螺旋板结构,其截面常设计成T型截面,计算时按空间梁方法进行分析,通常不考虑翼缘对计算结果的影响．本文利用螺旋板单元分析了两端固定约束的螺旋板的T型截面翼缘影响．与空间梁的结果比较表明,目前所流行的不计翼缘刚度影响的空间梁方法控制螺旋板截面设计是不甚合理的。因为其设计控制截面最小的计算误差也大于10％,翼缘的影响是不可忽视的．     

蜂窝型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂,而WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏;两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但WUFC具有更好的变形能力;二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段;在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,WUFC的初始刚度较WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对WUFC抗倒塌性能的影响,数值分析结果表明：为保证WUFC具有良好的抗倒塌性能,径高比宜取50%~70%,孔间距宜取1.0~1.4倍的梁高,孔边距宜等于梁高。     

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。     

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.     

钢框架梁翼缘扩翼型节点受力性能研究

针对钢框架梁翼缘扩翼型节点试件进行了非线性有限元分析,研究了梁端扩翼形式以及扩翼参数对节点应力、塑性区分布、塑性发展规律以及极限承载力的影响.分析了梁柱对接焊缝处及梁截面改变处的应力分布状况.作为比较,还进行了1个传统型梁柱全焊接刚性连接节点的有限元分析,研究结果表明,圆弧扩翼型节点和侧板扩翼型节点通过将梁翼缘进行适当的扩大后,均能有效的将塑性铰移出焊缝热影响区,避免梁柱连接焊缝附近的脆性破坏,并且比传统普通节点具有更高的极限承载力,是较为理想的延性节点.当采用相同的扩翼参数,圆弧型节点的延性性能要好于加侧板节点,另外对于侧板扩翼式节点,由于扩翼段的末端截面变化突出,易产生局部应力集中现象,建议工程设计中宜采用圆弧扩翼型节点.