圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁负弯矩区力学性能试验研究

为研究圆管翼缘组合梁负弯矩区的力学性能,进行了5根简支组合梁负弯矩作用下的静力加载试验,分析了试验梁的变形、应变发展规律。依据试验梁承载能力极限状态下的受力特性,采用简化塑性理论推导了圆管翼缘组合梁负弯矩区纯弯、纯剪承载力的计算公式,比较了公式对试验梁极限承载力的计算精度。对比EC4、GB 50917-2013、ASCE及Liang等公式的弯剪相关关系及对试验梁极限承载力的计算结果,提出了圆管翼缘组合梁负弯矩区弯剪相关承载力的适用计算公式。研究结果表明:试验梁在试验过程中表现出良好的稳定性和延性性能,最终破坏时伴随发生了局部剪切屈曲、下翼缘侧向屈曲、梁端腹板压屈及钢梁整体弯扭屈曲等4种典型破坏形态;当混凝土翼板受拉开裂后,不计混凝土抗剪作用的计算弹性剪应变分布较为符合实测剪应变曲线;受高剪力、高弯矩相关效应影响,计算负弯矩区圆管翼缘组合梁承载力时应考虑弯剪相关作用;GB 50917-2013给出的弯剪相关关系对试验梁极限抗弯承载力的计算平均值为96%,是综合计算精度与结果安全性的较适用公式。建议在应用所提纯弯、纯剪承载力公式的基础上,采用GB 50917-2013的弯剪相关公式计算负弯矩区圆管翼缘组合梁的弯剪相关承载力。     

钢-混凝土连续组合梁滑移与挠度耦合分析

钢-混凝土连续组合梁界面滑移在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。为定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响,对11根钢-混凝土连续组合梁进行了静力试验,描述了连续组合梁的滑移和挠度分布规律,建立了不同边界条件和不同荷载作用下的简支组合梁滑移挠度联合微分方程组,利用叠加法建立了钢-混凝土连续组合梁滑移和挠度的解析解计算公式。利用解析公式对17根连续组合梁试件进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。计算结果表明,剪力连接程度对挠度有一定影响,当剪力连接度达到完全连接后,增大剪力连接度对挠度影响很小;当剪力连接度在0.6~1.0范围内时,界面滑移引起的挠度增量小于5%;同时,随连续组合梁剪力连接度的降低,连续组合梁界面滑移逐渐趋近于无剪力连接的叠合板滑移值。     

新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,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发生扭型破坏时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。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为:在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。     

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的滑移及其对组合梁变形挠度影响的理论计算进行了研究。利用Goodman弹性夹层假设及弹性体变形理论,推导了简支钢-混凝土组合梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,也体现了界面滑移对组合梁变形挠度的影响。该理论公式将为钢-混凝土组合结构极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论基础。     

双向纤维腹板增强夹层结构的弯曲性能

设计并制备了双向纤维腹板增强复合材料夹层梁,对其受弯性能进行了四点弯曲试验研究,开展单、双向格构夹层梁性能对比分析,研究不同腹板高度、厚度对夹层梁受弯性能的影响,基于经典夹层梁理论及简支梁受弯基本理论,研究夹层梁破坏模式和机理。试验结果表明:双向格构腹板增强形式能有效提高该夹层结构的极限变形能力与受弯极限承载力,且随着试件厚度加大提高作用更明显;保持夹层梁基本参数不变,增加试件高度有利于提高刚度,增强夹层梁极限承载力;单一增加腹板厚度有益于提高该夹层梁的极限变形能力,但不能明显提高其极限承载力。理论分析表明:采用铁木辛柯梁理论求得的挠度理论值与实验值吻合较好。     

考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力计算方法及试验验证

针对现行规范中无法计算钢-混凝土组合梁在疲劳后的剩余承载力问题，提出考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力的计算方法。基于材料剩余强度理论，分别引入组合梁各组件（混凝土板、钢梁和栓钉连接件）在疲劳荷载作用下的强度衰减模型；对疲劳荷载作用下的组合梁进行受力分析，得到在既定疲劳荷载幅值下各组件的疲劳应力幅；将各组件的疲劳损伤计入钢-混凝土组合梁剩余抗弯承载力计算中，并考虑疲劳加载过程中组合梁抗剪连接度的变化，建立完全抗剪连接和部分抗剪连接两种情形下的组合梁剩余承载力计算方法，并通过6个试验梁的剩余承载力试验进行验证。研究结果表明:在疲劳荷载作用下，组合梁的抗剪连接度逐渐降低，剩余承载力退化明显且不可忽略。该文建立的组合梁剩余承载力计算方法的计算值与试验值吻合较好，具有良好的计算精度与适用性，补充并完善了现有组合梁承载力的计算方法。     

Behaviour of headed stud shear connectors under lowcycle high amplitude displacements

Two series of pull-push specimens embodying headed stud shear connectors were built and tested as part of a general investigation on aseismic design of steelconcrete composite beams. Thereby, both the geometrical and mechanical characteristics of specimens are similar to those of steel-concrete composite substructures with full and partial shear connection. Specimens were endowed with different boundary conditions in order to assess the relevant effects on the response. Moreover, to characterise the specimens from a seismic standpoint, they were subjected to suites of monotonic, variable and constant amplitude displacements according to a cumulative damage test program. Main results are commented upon and assessed in terms of both yielding and maximum shear strength capacity as well as ultimate displacement ductility. Finally, a comparison between experimental and ideal loads derived by relevant codes provides an estimate of their accuracy.     

钢-混凝土预制混合梁变形性能研究

基于两端固定边界条件下预制混合梁的静力受弯试验,研究了此类预制构件在跨中集中荷载作用下的变形性能。采用奇异函数法建立了预制混合梁的挠曲线计算公式,分析了钢梁与混凝土梁抗弯刚度比、长跨比以及高跨比对变形性能的影响。结果表明:各试件考虑剪切变形影响的挠度计算值与试验值吻合较好,与预制混凝土梁相比,剪切变形对预制混合梁变形性能影响更为显著;由剪切变形引起的附加挠度与总挠度比值随长跨比增加呈线性增长趋势,相同长跨比下其比值随高跨比的增加而增大;建议预制混合梁在高跨比大于1/12时考虑剪切变形的影响。     

组合梁在负弯矩作用下的刚度分析

为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%~20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。     

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017?2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法

基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响。利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的。     

钢-混凝土组合梁抗剪研究中的塑性分析方法

为了研究钢－混凝土组合梁正弯矩区的组合抗剪性能，本文对16根密实截面钢－混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。在试验研究中，为了分离组合梁各抗剪部分承担的剪力，需要计算钢梁腹板所承担的剪力。本文介绍一个钢梁腹板在塑性流动阶段的剪应力计算方法，并且该方法还能判断钢材是否进入强化阶段。为了验证这一方法的正确性，作者还进行了2个纯钢梁试件的抗剪试验，试验结果与计算值吻合良好。     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

Flexural behaviour of structural fibre composite sandwich beams in flatwise and edgewise positions

The flexural behaviour of a new generation composite sandwich beams made up of glass fibre-reinforced polymer skins and modified phenolic core material was investigated. The composite sandwich beams were subjected to 4-point static bending test to determine their strength and failure mechanisms in the flatwise and the edgewise positions. The results of the experimental investigation showed that the composite sandwich beams tested in the edgewise position failed at a higher load with less deflection compared to specimens tested in the flatwise position. Under flexural loading, the composite sandwich beams in the edgewise position failed due to progressive failure of the skin while failure in the flatwise position is in a brittle manner due to either shear failure of the core or compressive failure of the skin followed by debonding between the skin and the core. The results of the analytical predictions and numerical simulations are in good agreement with the experimental results.