重组竹梁受弯承载力试验研究

根据不同的剪跨比,将8根重组竹梁分成两组,对其采用四点弯曲加载,采用位移控制法,以6mm/min加载直至构件破坏,研究重组竹梁的受弯承载力和破坏形态。试验结果表明,重组竹梁的破坏是由于受拉区的纤维被拉断,其极限受弯承载力在17.6~22.1k N·m之间,剪跨比对极限受弯承载力的影响不大,受弯梁跨中截面沿高度方向的应变基本符合平截面假定,达到极限受弯承载力时,其竖向挠度远大于规范规定的要求。在试验基础上,对构件的受弯承载力进行理论分析,其值与试验结果吻合较好。     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

冷弯薄壁型钢-重组竹组合工字形梁受弯性能研究

冷弯薄壁型钢和重组竹通过结构胶复合成工字形截面的钢-竹组合梁,以翼缘竹板厚度、型钢壁厚、梁宽、梁高为主要参数,对9根钢-重组竹组合梁试件进行弯曲性能试验,观察各级荷载作用下型钢及竹板的应变变化、组合梁挠度的发展,分析组合梁的破坏过程、破坏形态及破坏机理,探讨组合梁的抗弯承载力,并提出组合梁承载力计算方法。研究结果表明,基于重组竹的钢-竹组合梁整体工作性能好,组合效应显著,其受力过程呈现出明显的弹性、屈服、开裂、极限四个阶段,表现出较好的延性,同时具有较高的承载力,组合梁的承载力计算结果与试验值吻合良好,误差在10%以内。     

钢-竹组合工字梁受剪性能试验研究

以钢-竹组合工字梁的竹材截面翼缘厚度、腹板宽度及剪跨比λ为参数,对9根钢-竹组合工字梁进行了受剪性能试验,分析了组合梁的破坏过程、破坏机理、变形及承载力等,研究了影响组合梁受剪性能的因素,校验了组合梁变形及受弯承载力计算公式,并提出了组合梁受剪承载力简化计算公式.研究结果表明:钢-竹组合工字梁整体工作性能优良,组合效应...     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受剪性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁的受剪机理，设计了4根组合梁的缩尺模型，在组合梁腹部设置C形连杆和X形拉结筋，以剪跨比和腹板空腹率为变化参数，进行了受剪性能试验。试验结果表明：当组合梁剪跨比从1增大到3时，组合梁呈现出斜压破坏、约束剪压破坏和斜拉黏结破坏等三种破坏形态；腹板空腹率相同时，剪跨比的增大使梁的受剪承载力显著减小，变形能力提高，相比于剪跨比为1的组合梁，剪跨比为2和3的组合梁受剪承载力分别降低了23.94%和44.08%。C形连杆和X形拉结筋先于腹板达到屈服，腹板在加载后期承载能力得到充分发挥；剪跨比相同时，腹板空腹率的增大使组合梁的受剪承载力减小，腹板空腹率由51.1%增大至67.4%,组合梁的受剪承载力减小了8.82%。在试验基础上，参考JGJ 138—2016《组合结构设计规范》,基于叠加原理提出了钢筋桁架空腹组合梁受剪承载力计算方法，计算结果与试验结果较为接近。     

碳纤维布粘贴加固BFRP筋-ECC-混凝土组合梁受弯性能研究

工程结构服役期间经常由于使用功能改变或使用荷载增加而需要对结构进行加固改造。为研究经碳纤维布粘贴加固后的玄武岩纤维增强塑料（BFRP）筋-工程用水泥基复合材料（ECC）-混凝土组合梁的受弯性能,对3组共12根不同ECC高度替换率（0、0.29和0.58）的BFRP筋-ECC-混凝土组合梁底分别粘贴1、2和3层碳纤维布的加固构件及未加固构件进行静力受弯性能试验。研究碳纤维布粘贴层数和ECC高度替换率对组合梁受弯承载力和破坏形态的影响。试验结果表明：采用受拉性能优异的ECC替代受拉区部分混凝土形成的ECC-混凝土组合梁不仅可提高构件承载力,还可有效改善构件抵抗开裂和变形的能力;组合梁底粘贴3层碳纤维布,裂缝宽度可降至未加固试件的10%,受弯承载力提高20%,挠度降低50%。借鉴钢筋混凝土理论,基于合理的基本假定和简化的材料本构模型,提出粘贴碳纤维布加固的组合梁受弯承载力计算式,并给出碳纤维布强度折减系数,理论预测值与试验实测值吻合良好。     

T形钢-木组合梁受弯性能试验研究

为实现木材和钢材的有效组合,提高钢木组合梁的受弯性能,提出一种新型截面的T形钢-木组合梁,以T形钢腹板厚度、翼缘厚度、螺栓间距为参数进行了四点弯曲试验。结果表明：纯木梁为典型的脆性破坏,组合梁展现出较好的延性特征,钢材与木材可协调工作,木材可为钢腹板提供侧向约束,防止钢腹板过早屈服,同时钢翼缘板可进入抗拉屈服阶段,木梁顶也可达到抗压强度,充分发挥了各自材料的优良性能;组合梁较纯木梁相比,受弯承载力最小提高24.3%,最大提高91.5%;增加钢腹板厚度和翼缘厚度,可提高组合梁的受弯承载力和刚度,而增加螺栓间距,对组合梁受弯承载力和刚度影响不甚明显。组合梁达到极限荷载后仍可继续承载,具有良好的塑性特征和耗能性能。提出了弹性阶段受弯承载力计算公式,将试验值与计算值进行对比,两者结果吻合良好。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

带T形肋剪力键的钢-混凝土组合梁受弯性能试验及理论分析

为研究带T形肋剪力键的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理，对7个钢-混凝土组合梁试件进行了受弯性能试验。以贯穿钢筋直径、开孔间距及开孔孔径为参数，分析了试件的破坏形态、应变分布、钢板与混凝土相对滑移量和受弯承载力。试验结果表明：大部分试件发生弯曲破坏，呈现出明显的延性破坏特征，其余试件发生弯剪破坏；开孔孔径和贯穿钢筋直径是影响试件受弯承载力的主要因素，而开孔间距对钢板与混凝土之间的相对滑移影响显著，开孔孔径40mm和贯穿钢筋直径10mm为最优抗弯组合。基于试验结果，采取合理假定，并引入受弯承载力折减系数φ_1、φ₂来考虑对受弯承载力的影响，给出了带T形肋剪力键的钢-混凝土组合梁受弯承载力计算方法。经对比，计算值均小于试验值，具有一定安全储备。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

波形钢腹板体外预应力组合梁正截面承载力及应力分布特征研究

为研究预应力状态下波形钢腹板组合梁的截面应力分布特征,设计制作2根波形钢腹板组合梁,在预应力筋张拉过程中研究了预应力对组合梁受弯截面应力分布特征的影响,通过正截面受弯试验对试件塑性承载力先进行测定;对体外预应力组合梁正截面承载力进行了理论分析;利用有限元分析软件,对与试件同类型的波形钢腹板体外预应力组合梁的塑性受弯承载力进行了参数分析,研究了腹板高度和混凝土强度对正截面承载力的影响。结果表明：预应力对此类构件的翼缘应变变化量影响较波形钢腹板的大约2~3倍;预应力损失对截面中性轴位置变化影响可忽略不计;施加预应力将使波形钢腹板组合梁的受弯承载力提高约30%,腹板高度等参数与此类结构跨中截面承载力呈线性关系;理论值与有限元模拟结果吻合良好,验证了所提出正截面承载力理论的准确性。     

外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁试验研究

提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,为研究其受弯及滑移性能,进行了6根简支组合梁的静力加载试验,重点考察抗滑移连接度的变化对组合梁受力性能的影响,对试件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和荷载-滑移分布曲线等进行了分析。试验结果表明,随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载能力和延性均随之降低;组合梁中纵筋的设置将有效提高组合梁的抗弯承载力和抗滑移连接度,使得发生弯曲破坏的组合梁延性降低,发生滑移破坏的组合梁延性提高;考虑外包花纹钢梁和混凝土之间的粘结滑移,给出了部分抗滑移连接外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁的极限受弯承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合较好。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

重组竹压弯构件承载力非弹性分析方法

重组竹是一种类似于木材的定向复合材料,其顺纹受压应力-应变非线性特征显著,故重组竹受弯构件和压弯构件在承载能力极限状态下亦呈明显的非线性特征。而现行相关设计规范仍采用线弹性计算方法,不能准确预估压弯构件的承载力。为此,将重组竹受弯构件和偏心受压构件统一为压弯构件,基于Euler梁理论,考虑材料的非线性应力-应变关系,建立了压弯构件在非弹性工作状态下的承载力计算方法。通过重组竹梁受弯试验和重组竹柱偏心受压试验,验证了所提方法的准确性。     

钢-竹组合工字形柱偏心受压性能试验研究

为研究钢-竹组合构件偏心受压时的受力性能,设计制作了36根钢-竹组合工字形柱并进行偏心受压试验。以偏心距、长细比、有无螺钉连接为主要参数,分析不同参数对组合柱破坏形态、承载能力、侧向挠度等的影响。依据采用偏心距增大系数的极限平衡法和引入参数影响系数的统一理论法推导了两种偏压承载力理论计算式。结果表明：钢-竹组合柱受力性能优良,组合效应突出,破坏形态具有一定规律性;偏心距较小时由底部牛腿区域出现竹材劈裂后向中部扩展而破坏;偏心距及长细比较大时由受压侧中部竹板劈裂鼓起后向两端延伸而破坏;偏心距对试件承载力和侧向挠度均有较大影响;有无螺钉对试件承载力无明显影响,布置螺钉减小了侧向挠度;在设计参数范围内,承载力受长细比影响不显著,随长细比增加呈缓慢降低趋势;承载力计算值与试验值吻合良好,误差均在10%以内。     

小跨高比胶合木梁受弯性能及增强试验

为研究工程用胶合木梁的受力性能,对分别采用未增强及在底部粘贴钢板、在底部弯剪区拧入螺钉、在两侧中部粘贴钢板增强方式的4组共计9根跨高比为12的胶合木梁进行受弯承载力试验。通过试验得到各试件破坏形态、荷载-位移曲线,分析了增强后木梁的力学性能和跨中应变分布规律。提出了木梁在三分点受弯试验时发生受拉和受剪破坏的界限跨高比; 在验证了受弯木梁的截面应变分布基本符合平截面假定后,提出了小跨高比胶合木梁及增强构件在三分点受弯试验时发生顺纹剪切破坏的极限承载力计算公式。结果表明:小跨高比胶合木梁的破坏形式为顺纹剪切破坏,破坏时无征兆,破坏面基本发生在木梁的中性轴及偏下位置; 底部粘钢梁在受弯时受压区面积增大,中性轴下移,极限承载力和刚度都有所提高; 梁底拧入螺钉和侧面贴钢板能很好地提高梁的抗剪能力和极限承载能力; 所提出的承载力计算公式的计算值和实测值相对误差大都在20%以下,且计算值相比实测值偏于安全,可为此类构件的设计和工程应用提供参考。     

胶合竹木梁抗弯性能试验研究

以重组竹、胶合竹和云杉为层板材料,设计制作10组共计30根由六层层板胶合成的胶合竹木梁试件,并对其进行受弯性能试验,试验参数包括工程竹种类、层数、布置位置等;分析了各组试件的破坏模式、等效弹性模量、屈服荷载、承载力、变形能力及应变分布,通过不同胶合竹木梁组合方式的对比,提出最优组合方案;并根据组合梁的应变分布和简化本构关系,采用分层叠加法计算了各种层板组合方式胶合竹木梁的受弯承载力,同时对层板间胶层抗剪强度需求进行了分析。结果表明,在云杉胶合木梁的受拉一侧胶合工程竹板后,胶合竹木梁破坏时的变形能力较相同尺寸的纯云杉胶合木梁有明显提升,提升幅度为64.8%~123.9%;而在云杉胶合木梁的拉压区都胶合工程竹板后,承载能力和变形能力较相同尺寸的纯云杉胶合木梁都有显著提升,承载力提升幅度为63.9%~97.0%,破坏时的变形能力提升幅度为124.8%~167.5%;上部一层和下部两层木板替换成工程竹板后,承载力较纯云杉胶合木梁提高了82.3%,基本接近纯工程竹梁的力学性能,是较优的层板组合方案。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合梁受力性能有限元分析及受弯承载力计算

为研究钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的畸变屈曲问题,基于作者在前期的试验研究,建立组合梁非线性有限元分析模型,其有效性得到试验数据的验证。应用该有限元分析模型进一步分析了端部弯矩比、力比、腹板高厚比、H形钢截面高宽比、受压翼缘侧向长细比、残余应力分布模式、组合程度等7种参数对组合梁畸变屈曲及受弯承载力的影响。分析结果表明:随着端部弯矩比、腹板高厚比、受压翼缘侧向长细比增大,受弯承载力减小。随着力比增大,受弯承载力增大。焊接截面组合梁的受弯承载力小于轧制组合梁的受弯承载力。组合程度对受弯承载力的影响较小。提出考虑上述影响参数以及侧向弯曲屈曲和侧向弯扭屈曲两种失稳模式的受弯承载力计算公式,计算结果与有限元分析以及试验结果吻合较好。     

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明：在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。     

钢-竹组合箱形截面梁受剪性能试验研究

为研究以冷弯薄壁型钢和竹材人造板通过结构胶复合而成的箱形截面钢-竹组合梁的受剪性能,以梁截面的翼缘及腹板竹胶板厚度、型钢翼缘宽度和剪跨比等为主要参数,对6根钢-竹组合箱形梁进行受剪试验,观察各级荷载作用下组合梁的应变和挠度发展,分析其破坏过程和破坏机理,研究组合梁受剪性能的影响因素,探讨钢-竹组合箱形梁的受剪承载力及变形计算方法。研究结果表明:钢-竹组合箱形梁整体工作性能优良且组合效应显著,其受力过程经历弹性和弹塑性两个阶段,具有良好的延性和安全储备;增加翼缘和腹板处竹胶板厚度可提高组合梁的受剪承载力,减小剪跨比可有效提高组合梁的受剪能力,同时适当减小型钢翼缘宽度能使梁的受剪性能进一步增强;采用所提出的组合梁的跨中挠度计算公式得到的计算值与试验值吻合较好,组合梁受剪承载力的计算公式所得结果偏于保守。