单调荷载作用下高强混凝土梁受弯性能尺寸效应研究

进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验,研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同,截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明,高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应,而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。     

预应力混凝土梁弯矩调幅值研究

从延性理论出发，得到了满足塑性铰转动能力的截面延性条件，结合结构在承载能力极限状态所需的转角，导出了满足承载能力要求的弯矩调幅值公式，具有一定的工程使用价值。     

钢筋混凝土梁的弯曲性能尺寸效应试验研究

进行了抗压强度为 46.5~50.6 MPa,截面高度为250~1000 mm的钢筋混凝土试件弯曲性能试验。与相同尺寸和配筋的高强混凝土试件（fcu = 72.1~72.4 MPa）的试验结果进行了对比分析,从受弯承载力和变形能力两个方面研究了钢筋混凝土试件的受弯性能尺寸效应。研究表明,截面尺寸的变化对钢筋混凝土构件的名义开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩没有明显影响,对位移延性和塑性铰区塑性转动能力有显著影响,试件的位移延性系数和塑性铰转动能力随截面高度的减小而减小,并且普通混凝土试件和高强混凝土试件的尺寸效应规律基本相同,与混凝土强度无关。试验结果表明,不同混凝土强度和截面高度试件的塑性铰区长度均为1倍截面有效高度。     

基于推覆分析的型钢混凝土构件塑性铰特性研究

推覆分析中的基本问题之一是如何描述各种构件的极限承载力或变形能力,针对型钢混凝土构件塑性铰本构关系的有效表述问题进行研究。在型钢混凝土梁截面弯矩-曲率关系的基础上,对构件弹塑性状态下截面曲率与转角关系进行推导,提出反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土梁铰特性值计算方法,并介绍型钢混凝土柱铰中弯矩-轴力关系的常用确定方法。根据型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构模型试验结果,对提出的实用方法进行可行性验证。推覆分析与试验结果对比表明所提出的型钢混凝土构件塑性铰特性值的确定方法合理可行。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件性能退化规律研究

对不同锈蚀程度下的试验梁进行了加载试验,并利用ABAQUS中的塑性损伤模型(Concrete DamagedPlasticity)对锈蚀试验梁进行了数值分析。结果表明,由于钢筋的锈蚀作用使钢筋混凝土梁的截面受到损伤,钢筋的有效截面减小以及钢筋和混凝土表面的粘结性能的降低造成了试验梁的极限承载能力、延性及截面刚度随锈蚀率的增加而不断下降。通过分析得到锈蚀梁极限弯矩的计算公式,可为实际工程中的结构设计及结构加固提供依据。     

带轴力混凝土截面弯矩-曲率计算解析

确定塑性铰塑性转动能力大小是超静定结构弹塑性分析的关键内容.混凝土开裂应力释放、钢筋屈服、轴力和弯矩等许多因素影响了截面塑性转动能力.借鉴承载能力极限状态所有可能的应变图,构造弯矩-曲率计算的应变图.以解析方式分析和计算混凝土矩形截面轴力、弯矩、应变和曲率,一次计算可以便捷地得到所有结果,避免了迭代和收敛困难.引入合力...     

受弯钢构件基于曲率的延性评价指标研究

钢构件的变形评价是钢结构抗震性能化设计中的重要内容。目前已有标准中通常采用弦转角作为受弯构件的变形评价指标，但该指标主要适用于集中塑性铰模型，且计算时需考虑构件受力与边界条件，应用不便。对于应用日益广泛的分布塑性区模型和纤维模型，曲率更易提取且计算方便，但相关延性评价指标研究尚不充分。以H形截面受弯钢构件为研究对象，提出更易于应用的基于曲率的延性评价指标，即曲率延性系数。通过9个截面等级为S1～S4级的典型试件循环加载试验，以及154个考虑截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和截面高宽比等参数的有限元模型，研究了受弯构件在循环荷载作用下，不同因素对曲率延性系数的影响，并通过回归分析提出了曲率延性系数的计算式。根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》的受弯构件截面等级分类，确定了各等级截面受弯构件曲率延性系数限值。研究结果表明：截面翼缘宽厚比与腹板高厚比均对构件曲率延性系数产生影响，且两者相互耦合；对截面等级S1～S4的受弯钢构件，采用回归分析提出的曲率延性系数经验计算式得到的计算结果与试验和有限元分析结果均有较高的吻合度；确定的不同截面等级的曲率延性系数限值，可用于弹塑性分析中判断构件的...     

方钢管混凝土压弯构件截面非线性分析

构件截面非线性分析是进行结构抗震性能分析的重要基础,针对方钢管混凝土构件中钢管的三向受力特点,提出了一种适于计算方钢管混凝土压弯构件弯矩-曲率骨架曲线的钢材本构模型,模型中考虑了钢材的环向拉力作用;并应用提出的钢材模型和已有的混凝土模型编制了纤维模型数值计算程序;分析了含钢率、轴压比、混凝土强度和钢材强度对方钢管混凝土压弯构件截面弯矩-曲率曲线的影响。通过对构件屈服弯矩、极限弯矩的分析,提出了一种方钢管混凝土压弯构件的三线性骨架曲线,该曲线可用于工程中方钢管混凝土框架结构的动力学分析。     

锈蚀H型钢梁受弯性能试验研究

为研究锈蚀对H型钢梁受弯承载性能的影响,从大气环境锈蚀3年的H型钢构件上分别截取了标准拉伸试件和钢梁试件,开展了锈蚀钢材单调拉伸和锈蚀钢梁受弯性能试验,研究了锈蚀钢材屈服强度、极限强度、延伸率与截面面积损失率之间的关系,揭示了锈蚀钢梁屈服荷载、极限荷载随强轴惯性矩损失率的变化规律,提出了锈蚀H钢梁抗弯承载力计算方法。研究结果表明,随着锈蚀程度不断增大,锈蚀钢材屈服强度、极限强度、钢梁屈服荷载和极限荷载逐渐下降。     

钢-混凝土组合梁在单调荷载下的变形及延性

采用栓钉等柔性抗剪连接件的钢－混凝土组合梁具有良好的延性，是组合梁按简化塑性理论方法设计的前提条件，也是为了保证组合结构在地震作用下具有良好的耗能性能。钢－混凝土简支组合梁的延性在一定的程度上受到剪力连接程度和横向配筋率的影响，本文通过对１２根梁的试验研究和对一些国内外组合梁试验结果的分析，建立了截面屈服曲率和极限曲率及等效塑性铰长度计算公式，根据这些公式得到的组合梁屈服挠度和极限挠度计算值与实测结果吻合良好。试验和分析结果表明，组合梁的延性指标要高于混凝土梁。     

钢筋混凝土T形柱曲率延性系数研究

在钢筋混凝土结构的延性设计和基于位移的抗震设计中,需要对构件截面的变形能力进行设计,如用曲率延性系数表示截面的变形需求,需要首先确定构件的屈服曲率和极限曲率。分别对T形截面柱的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数进行了推导和简化,给出了曲率延性系数的实用计算公式。研究结果表明,曲率延性系数的计算值与试验值比较吻合。     

钢筋混凝土受弯构件的延性及弯矩重分布

研究了钢筋混凝土受弯构件延性系数和塑性铰转动能力的计算方法,给出了受拉钢筋屈服和混凝土达到极限压应变或受拉钢筋达到极限拉应变时混凝土受压区高度的计算公式,在此基础上,比较了中国规范、美国规范和欧洲规范规定的最小和最大纵向钢筋配筋率范围内构件的塑性铰转动能力,分析了塑性弯矩重分布系数与相对受压区高度的关系。研究结果表明:由于中国规范规定的最大纵向钢筋配筋率对应于界限破坏,构件配筋率达到最大配筋率时构件已经不具有塑性变形能力,即使没有达到最大配筋率,变形能力也不大。     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

人工气候环境下锈蚀RC弯剪破坏框架梁抗震性能试验研究

采用人工气候加速腐蚀方法,对8个剪跨比为2.67的RC框架梁进行拟静力试验,研究不同锈胀裂缝宽度下,箍筋与纵筋锈蚀的弯剪破坏RC框架梁的抗震性能衰减规律。首先,保持框架梁设计参数不变,仅变化钢筋锈蚀程度,其次,保持锈蚀程度不变,仅改塑性铰区箍筋间距,以延性系数、承载力、塑性转角、变形恢复能力、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,给出了不同锈蚀程度、不同配箍率下RC框架梁的抗震性能退化规律:锈蚀程度相同时,随配箍率的减小,锈蚀框架梁对筋锈蚀程度更加敏感;由于箍筋纵筋均锈蚀,构件抗弯、抗剪承载力均下降,表现为构件极限荷载的降低和屈服平台的变短;以延性系数、软化刚度退化和累积耗能等参数对锈蚀率最为敏感;随锈蚀率增大,破坏模型主要由弯曲破坏为主的弯剪破坏模式转变为延性差、剪切变形明显的脆性破坏模式。     

塑性铰区采用FRC柱试验研究及正截面承载力分析

采用简化的纤维增强混凝土应力应变关系,根据截面变形的平截面假定和截面力的平衡方程,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在不同极限状态时的曲率。根据各极限状态点曲率,求得截面上各分布力,对截面形心轴取距,到塑性铰区采用FRC柱的开裂、屈服、峰值和极限点的弯矩表达式。与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好。     

部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁，以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验，分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化，通过有限元软件对节点进行模拟，并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明：试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区，节点核心区域未发生明显破坏，实现了塑性铰的外移；试件滞回曲线饱满，等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀，传力效果良好，节点核心区未屈服，梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变，节点工作性能良好，能有效传递弯矩以及剪力。     

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ)：二阶非弹性分析

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。     

钢-混凝土组合框架梁的稳定设计方法

在已有的钢-混凝土组合梁和钢框架理论研究基础上,分析了影响组合梁负弯矩区转动能力的主要因素,建立了组合梁连续和钢柱连续两种组合框架结构体系的节点塑性极限转角的求解方法,提出了相应的计算公式及一种简化的组合框架梁稳定设计方法,并得出了组合梁负弯矩极限调幅系数的计算方法.结果表明,该设计方法可以使组合框架塑性铰处的内力充分重分布,使梁柱连接的转动刚度合理,也能使组合梁的设计达到充分利用组合效应及节点延性的目的.