钢与高强混凝土连续组合梁非线性分析

目的 研究钢与高强混凝土连续组合梁的受力性能,为组合梁设计提供依据.方法 采用ANSYS通用有限元软件,考虑材料非线性,提出一种钢与高强混凝土连续组合梁从加载到破坏的全过程非线性分析模式,对钢与高强混凝土连续组合梁进行分析.结果 得到组合梁的荷载-变形规律;交接面滑移分布规律;交接面掀起分布规律.结论 钢与高强混凝土连续组合梁的荷载-变形曲线同样经历弹性、弹塑性和塑性三个阶段;滑移最大值发生在两加载点之间,提高混凝土强度、增加连接件刚度可以有效减小连续组合梁交接面相对滑移;在连续组合梁的负弯矩区,交接面的竖向掀起比较平缓,在距两侧梁端L/4(L为单跨长)范围内,连续组合梁的竖向掀起较大,提高混凝土强度,可以有效减小交接面竖向掀起.     

钢—混凝土组合梁截面强度与延性

通过分析和讨论滑移效应对钢-混凝土组合截面强度的影响表明,滑移效应对组合梁截面弯曲屈服强度的影响比较显著,但它对弯曲极限强度的影响可以忽略不计。本文还对钢-混凝土组合梁截面的延性及其影响因素进行了讨论。     

耐火钢-混凝土组合梁抗火性能试验

进行2个防火涂料厚度不同的耐火钢-混凝土组合梁试件,以及1个同等条件下的普通钢-混凝土组合梁试件作为对照组的抗火试验.测量炉温、组合梁沿截面高度不同测点的温度、组合梁跨中竖向挠度.试验结果表明:可取跨中挠度达到梁跨的1/30作为简支耐火钢-混凝土组合梁达到耐火极限状态的界限.防火涂料厚度为15mm的耐火钢-混凝土组合梁耐火极限时间为93min,比相同条件下的普通钢-混凝土组合梁耐火极限时间64min提高了45.3%;当防火涂料厚度为25 mm时,耐火钢-混凝土组合梁的耐火极限时间为132 min,超过中国规范(GB50016:2014)中梁一级防火的要求.在一定的火灾和荷载等条件下,采用相同强度等级耐火钢的钢-混凝土组合梁具有更好的抗火性能,可减小建筑物的防火涂层厚度.     

预应力钢与高强混凝土组合梁有限元分析

目的研究预应力钢与高强混凝土组合梁从加载到破坏的全过程，分析其力学性能，为工程应用提供可靠的理论依据．方法采用大型有限元软件ANSYS，对预应力钢与高强混凝土组合梁进行了空间非线性分析，在组合梁的有限元模型中，钢梁采用壳单元，混凝土采用体单元，混凝土中的普通钢筋通过单元实常数确定，预应力钢筋采用线单元，预加应力通过单元实常数确定。采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移；采用非线性材料本构模型关考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性．结果计算得到了组合梁在不同加载状态的应力、应变，荷载一变形曲线，预应力钢筋增量曲线，滑移沿梁长分布曲线等，并与试验研究进行了比较．分析表明，高强混凝土和钢材的强度都得到了充分发挥．结论计算结果与已有试验结果较为吻合，因此，可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能，代替部分试验研究．     

耐火钢-混凝土简支组合梁抗火性能

为研究耐火钢-混凝土简支组合梁在火灾下的变形性能和耐火极限,基于有限元软件ABAQUS建立的分析模型分别对采用防火涂料和防火板保护的耐火钢-混凝土简支组合梁标准升温下的抗火性能进行模拟.分析了荷载比、防火保护层、材料强度、截面尺寸、混凝土楼板中纵向钢筋等因素对组合梁耐火极限的影响.结果表明:荷载比和防火保护层厚度是影响耐火钢-混凝土简支组合梁抗火性能最重要的两个因素.钢梁板件厚、翼缘宽等对耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能有一定有利影响.材料强度、钢梁高和楼板厚、楼板宽和楼板中纵向钢筋直径对耐火钢-混凝土简支组合梁的耐火极限影响不大.同等条件下防火板比防火涂料具有更好的防火保护效果.当荷载比为0.5~0.7时,使用耐火钢替换普通钢后钢-混凝土简支组合梁的耐火极限提高35%~40%,可减小防火涂料厚度30%左右.采用中国规范(CECS 200:2006)中的方法计算耐火钢-混凝土简支组合梁的耐火极限,和有限元计算结果相比荷载比较小时偏保守.     

钢与高强混凝土组合梁变形数值计算分析

针对钢与高强混凝土组合梁本身结构及受力性能的复杂性,以数值积分方法为基础,考虑材料非线性,提出了一个钢与高强混凝土组合梁从加载至破坏的全过程非线性分析模式,研制计算程序,给出其荷载与变形的关系曲线,并对其进行全过程非线性分析,更进一步明确组合梁不同受力阶段的工作特性,为其非线性设计方法提供理论分析手段.     

波形钢腹板组合梁抗震性能试验

为探讨波形钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的两种构造波形钢腹板组合梁抗震性能,通过剪跨比为1.67的波形钢腹板组合梁缩尺模型拟静力加载试验,比较分析了破坏特点、滞回曲线、承载力、延性、强度与刚度退化、耗能能力、变形恢复能力等基本力学特性.研究结果表明:钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁分别为弯剪和剪切破坏,腹板分别发生局部屈曲和整体屈曲,混凝土板根部均产生剪切斜裂缝;内衬混凝土相比焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁的承载力、延性和耗能能力较高;两种构造均可提高腹板稳定性,滞回曲线形状相对饱满,强度退化系数均大于0.9,粘滞阻尼系数大于0.2,残余变形率小于0.61,表明两种构造的波形钢腹板组合梁强度退化不明显,耗能能力和变形恢复能力较强.     

外包U形钢混凝土组合梁承载力计算研究

外包U形钢混凝土组合梁是一种新兴的组合梁形式,该组合梁承载力的计算是组合梁应用的前提和基础。文章基于塑性理论和叠加原理对完全抗剪连接外包U形钢混凝土组合梁正、负弯矩作用下的极限受弯承载力、竖向抗剪承载力以及纵向抗剪和纵向抗滑移承载力的计算进行理论研究,探讨组合梁各承载力的计算方法,建立了相应承载力的计算公式,并通过试验验证了公式的适用性。结果表明:提出的极限受弯承载力计算公式可以较好地预测组合梁的受弯承载力;组合梁竖向抗剪承载力的计算为U形钢侧板和U形钢内混凝土两部分承载力的叠加;提出的组合梁纵向抗剪和纵向整体抗滑移的计算方法和公式,能保证组合梁在弯曲破坏之前不会发生纵向水平剪切破坏和纵向整体滑移破坏。     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。     

粘钢混凝土组合梁承载能力分析

本文采用组合梁受纯弯曲时的分析计算,对粘钢混凝土简支梁进行了应力分析,推导出了粘钢混凝土梁达到极限载荷时的应力计算公式,得出了粘钢宽度与极限载荷的关系曲线,为实际粘钢加固混凝土梁提供了理论依据,通过与实验对比效果较好。     

插入式钢次梁节点试验与有限元分析

近年火力发电厂引入了1种新的钢一混凝土组合结构,即型钢直接插入混凝土主梁作为次梁承担荷载。根据某实际工程,采取1：2缩尺模型,设计2组4个节点,对600mm和900mm不同混凝土梁高,有无锚筋情况进行试验研究。研究表明：该节点形式下钢梁端部的最大约束弯矩约为60kN·m;锚筋对结构无明显影响;当梁高较小时混凝土主梁发生剪切破坏,当梁高较高时,钢次梁发生受弯破坏。对该结构进行有限元参数分析,结果表明：混凝土主梁高700mm为2种破坏临界值;抗剪键刚度、楼板厚度对结构承载力有明显影响;锚筋尺寸对结构影响不大;插入端部翼缘宽度对结构有一定影响,但规律不明显。     

装配式钢管混凝土柱-混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明：试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒“T”形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

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。     

插入式钢次梁节点试验研究

对一种新型组合结构,即钢梁直接插入混凝土主梁作为次梁承担荷载进行试验研究.对2组试件4个节点进行了静力试验,测量并分析试件的荷载、挠度、应变,观察裂缝开展及破坏形态等.试验结果表明,混凝土梁高在600mm时发生混凝土梁剪切破坏,混凝土梁高在900mm时发生钢梁受弯破坏;正常使用极限状态下900mm高混凝土梁试件远优于600mm高混凝土梁试件.采用有限元软件Abaqus对试验过程进行了模拟.结果表明,有限元可以较准确地反映插入式钢次梁节点的受力过程.最后,通过Abaqus进行了混凝土梁高、插入翼缘宽度和锚筋等参数对节点承载力的影响分析.     

钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度

为了完善钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度设计的内容,在充分考虑混凝土开裂前后组合梁的受力状态和钢梁与混凝土接触面的相对滑移对裂缝宽度影响的基础上,根据钢梁和混凝土截面应力和应变的本构关系,推导出钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度的理论计算公式,并进行了钢-混凝土组合梁裂缝宽度的试验研究.试验结果表明,在结构裂缝宽度容许范围内该理论公式计算结果与试验结果吻合良好.     

SRC梁受力性能的试验研究——刚度、裂缝和受弯极限承载力

通过对12个SRC受弯梁的试验,对SRC梁的刚度、裂缝宽度和受弯极限承载力进行研究和理论分析。研究表明SRC梁的变形性能较RC梁优越,这是因为SRC梁中型钢对混凝土的变形存在有效的约束作用,型钢屈服后,这种约束作用减弱,变形急剧增加。考虑了型钢对混凝土的约束作用,以试验分析为基础,建立了SRC梁的刚度公式以及建议了计算SRC梁裂缝宽度所取用的型钢、钢筋和混凝土应力分布以及钢筋和型钢与混凝土粘结应力分布的简化图形。在此基础上导出了简单、实用的裂缝宽度计算公式。     

负弯矩区深肋组合扁梁抗弯性能的有限元分析

深肋压型组合扁梁具有承载力高、刚度大、结构高度小、防火性能好等优点。明确组合扁梁的受力性能是进行结构设计的基础。但是国内外对其承载性能的研究还很不充分,特别是对负弯矩区,现有的计算方法尚需进一步研究和论证,设计计算依靠经验为主。本文采用通用有限元程序Ansys研究负弯矩区深肋组合扁梁的承载性能,通过建模计算悬臂深肋组合扁梁的承载力和变形特征,得到相应的荷载—位移全过程曲线,揭示其受力特点,并与相关的理论推导进行比较,探讨其理论计算的合理性。     

型钢混凝土梁剪切强度研究

作者通过17个型钢混凝土梁(SRC)的试验,对型钢混凝土梁的破坏模式、传力机理及剪切强度进行了探讨。最后提出了型钢混凝土构件剪切强度的实用计算方法。     

非均匀锈蚀钢筋-混凝土黏结性能试验

为探究非均匀锈蚀对钢筋与混凝土黏结性能的劣化规律,浇筑了8榀钢筋混凝土梁试件,首先通过外加电流引入钢筋锈蚀;钢筋达到设计质量损失率后停止通电,记录混凝土表面锈胀裂缝开展情况;然后对梁试件施加三点弯曲荷载以测试其黏结性能;最后梁试件黏结破坏后,将黏结区锈蚀钢筋取出进行三维扫描测试。试验结果表明:钢筋锈蚀产物体积膨胀引起混凝土保护层产生沿纵向受拉钢筋轴线方向的锈胀裂缝,且混凝土表面最大锈胀裂缝宽度与钢筋质量损失率呈对数关系;锈蚀钢筋表面存在锈坑,随着钢筋质量损失率增加到10.3%,锈坑总长度、总宽度和总深度分别显著增加了68.27、40.21、9.98 mm,即锈坑总长度随钢筋质量损失率的增加变化最为显著。基于试验结果,建立了考虑非均匀锈蚀影响的钢筋与混凝土相对黏结强度退化模型以及质量损失率与混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相关关系模型;并据此提出了基于混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相对黏结强度计算模型,且验证了模型的有效性。     

高强箍筋高强混凝土梁抗剪试验研究

普通配筋的高强混凝土构件抗剪性能较差,脆性性质明显.配置高强箍筋能改善高强混凝土梁的抗剪性能,减小脆性性质.通过6根配有高强箍筋的简支梁试验,研究高强箍筋高强混凝土梁的抗剪性能,以及各种因素对构件抗剪性能的影响.试验中使用极限强度为800N/mm2和1 100N/mm2的箍筋,结果证实合理配置高强箍筋能有效改善构件的抗剪性能.