钢柱脚锚栓连接受剪性能试验研究

对锚栓连接受剪性能进行试验研究,制作了5组共15个试件,考虑了锚栓的直径、柱底板厚度和底板锚栓孔径与锚栓直径之差的影响。锚栓连接受剪试验的荷载 位移曲线呈现2个转折点,可近似分为3个阶段：弹性阶段、滑移阶段和强化阶段,以锚栓基本形成塑性铰与锚栓孔壁和锚栓顶紧两个状态作为分界点。试验结果表明,柱底板厚度越大,锚栓连接受剪承载力设计值和界面抗滑移刚度越小;锚栓孔径和锚栓直径之差对滑移阶段的长度有显著的影响,对承载力影响较小。以试验荷载 位移曲线的第一转折点对应的荷载作为锚栓连接的受剪承载力设计值,提出了计算式,同时提出锚栓连接极限承载力的计算公式。     

外露式钢柱脚受剪性能试验研究

以轴力和锚栓数量及其布置形式为参数,对4个外露式钢柱脚试件进行了水平往复加载试验,对其受剪性能及受剪机制进行分析。当柱脚所受轴力为压力时,柱脚的剪力由其与基础顶面间的静摩擦力传递给基础,且柱脚弯矩对其受剪承载力有提高作用。当柱脚所受轴力为拉力时,柱脚底板与基础表面间分离,柱脚在水平荷载作用下发生滑移,此时锚栓参与承担水平力,但其承担水平力的能力较小。柱脚受弯承载力随着柱脚锚栓数量的增加而增大。当锚栓数量从4个增加到6个时,柱脚受弯承载力增加了12%,耗能能力增加了20%。配置相同数量锚栓柱脚的滞回行为随着锚栓布置方式的不同也有所改变。将锚栓布置在沿加载方向的最外侧时,可以最大程度地利用每个锚栓的承载力。因此,在设计外露式柱脚时需要考虑锚栓布置方式,以便充分利用锚栓的受拉性能。     

钢结构柱脚圆、环形底板锚栓的优化设计

对钢结构柱脚圆、环形底板锚栓的设计进行讨论。考虑锚栓和混凝土的线弹性性质以及多个锚栓的作用,并以单向迭代法进行计算,得到较为精确的结果,并用工程实例加以说明。     

钢柱脚锚栓的设计方法

对国内外柱脚锚栓设计方法进行了回顾和比较，对单个锚栓的破坏模式和承载力进行了总结。比较发现，与我国不允许锚栓参与抗剪的规定相反，欧美国家都允许锚栓参与抗剪；在锚栓抗拉强度设计值的取值方面，欧美等国将锚栓的强度设计值取与普通螺栓或与制作螺栓的材料相应的强度设计值，而我国规范取值则在普通螺栓已经较低的基础上再打8折。本文还对已知柱脚截面内力计算锚栓拉力的方法进行了总结和比较，并依据塑性力学的上下限定理进行了评论。在总结的基础上建议了单个锚栓的设计准则和锚栓拉力的计算方法。     

钢柱脚单个锚栓的承载力设计

对国内外钢柱脚锚栓设计方法进行了回顾和比较 ,对单个锚栓的破坏模式和承载力进行了总结。比较发现 ,与我国不允许锚栓参与抗剪的规定相反 ,欧美国家都考虑锚栓参与抗剪 ;在锚栓抗拉强度设计值的取值方面 ,欧美等国将锚栓的强度设计值取与普通螺栓或与制作螺栓的材料相应的强度设计值 ,而我国规范的取值则在普通螺栓已经较低的基础上再打 8折。基于对国内外不同设计方法的分析归纳 ,提出了单个锚栓的设计准则的建议 ,供锚栓设计时参考。     

露出型钢柱脚抗剪承载力的试验研究

为了确定露出型低位锚栓钢柱脚的抗剪承载力,对该类型柱脚分两种构造形式进行试验研究,一种用于研究锚栓的抗剪性能,另一种用于研究抗剪键的抗剪性能。通过试验研究和理论分析,得出柱脚抗剪P-δ滞回曲线,提出露出型低位锚栓钢柱脚在不同构造时整体抗剪承载力计算公式,并对GB 50017-2003《钢结构设计规范》中关于钢柱脚设置抗剪键方面的规定提出修改建议。     

全螺纹GFRP黏结型锚杆锚固性能试验研究

 通过全螺纹GFRP锚杆的改进拉拔试验,测试与分析全螺纹GFRP锚杆在锚固工程中与岩体的黏结性能,并推导出GFRP锚杆的锚固承载力设计公式,给出GFRP锚杆锚固设计各参数的确定方法,以便于全螺纹GFRP锚杆在工程中的应用。试验测试项目包括砂浆强度、锚固长度、锚杆直径等对于全螺纹GFRP锚杆锚固力的影响,以及GFRP锚杆杆体黏结应力分布。测试发现：锚固力随砂浆强度、锚固长度、锚杆直径的增大而增大;黏结强度则随砂浆强度等级增大,但随锚固长度和锚杆直径的增大而减小。分析认为：采用全螺纹GFRP锚杆进行工程锚固时,全螺纹GFRP锚杆的直径可取12～32 mm,锚固长度应大于20倍的锚杆直径,锚固砂浆的强度等级为M15以上。     

简单露出型平板钢柱脚研究

长期以来对钢结构刚接柱脚的性能和破坏机理缺少深入研究。本文采用考虑接触问题的有限元法对部分露出型刚接柱脚的整体变形进行分析。对比文献对柱脚转动刚度和变形研究的结果,引入了不同构造柱脚柱子轴力、弯矩均随加载过程变化的弹性约束力学模型。提出在柱脚连接设计中引进半刚性柱脚定义,对柱脚连接的分类、界定半刚性连接以及柱脚设计提出了相关建议。     

刚性固定露出式钢柱脚锚栓设计计算公式的拓展研究

本文对我国<钢结构设计手册>中给出的刚性固定露出式钢柱脚锚栓设计方法进行了拓展,推导出了在大偏心受压、大偏心受拉、小偏心受拉三种受力情况下,对称于弯矩作用轴的任意形状底板上的、任意方式布置的锚栓设计的一般公式,以及针对底板为矩形、圆形、圆环形时的具体计算公式,供相关设计人员参考.     

框架预应力锚杆挡墙的系统可靠性分析

将立柱视为连续梁,锚杆视为固定或弹性支座,土压力荷载视为梯形分布,基于矩阵位移法与Matlab的符号函数求解功能,编制锚杆和立柱内力的求解程序。视锚杆的失效为脆性破坏与延性破坏的中间状态,分别按脆性破坏与延性破坏计算锚杆体系失效概率的上下限。对工程实例的计算结果表明,若将锚杆视为脆性结构,当其中一根锚杆破坏后其邻近锚杆失效概率迅速增加,最大增幅近12倍,验证脆性构件组成的超静定结构可视为串联系统;然后基于各根锚杆功能函数之间的相关系数矩阵,得到脆性破坏时锚杆体系失效概率的上限。最后,以立柱上所有锚杆同时达到极限状态的理想状态构建锚杆体系延性破坏时的功能函数,得到其失效概率的下限。     

防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究

针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。     

钢结构拉弯柱脚圆、环形底板锚栓的优化设计

在受拉和受弯共同作用下,考虑所用材料的线弹性性质以及多个锚栓的作用,采用理论公式和迭代法,对具有圆形、环形底板的钢结构拉弯柱脚的锚栓设计进行了优化。     

输电塔结构八地脚螺栓塔座板的抗拉承载力#br# 试验与计算方法研究

近年来,输电工程中输电线路向高电压、大容量、多回路发展,铁塔承受的荷载持续增加,塔腿在大荷载作用下对塔脚板强度要求也一再提高,于是,四地脚螺栓塔座板已不能满足现有工程的需要,八地脚螺栓塔座板则得到更广泛的关注和应用。然而,现行设计规范对八地脚螺栓塔脚板承载力的计算公式不甚完备,滞后于实际工程需要。鉴于此,文章对八地脚螺栓塔座板抗拉承载力进行了试验和设计理论研究。首先,选取14组试验样本进行塔座板静力加载试验,试验中观测塔座板的应力状态和破坏模式,并探讨底板厚度、螺栓孔位置等因素对八地脚螺栓塔座板抗拉承载力的影响;然后,在抗拉试验基础上,提出基于屈服线法理论并充分考虑底板厚度和螺栓孔位置的塔座板抗拉承载力计算公式,并借助“塑性分析,弹性设计”的思想考虑一定的安全储备,最后,将文章所提设计公式与规范和试验结果进行比较,结果表明,文章所提的八地脚螺栓塔座板建议公式与试验结果更加吻合,具有较好的经济适用性,可为现行设计规范的设计理论提供必要参考。     

带锚栓的加劲板式橡胶支座使用阶段的水平刚度

在大跨度柱支承钢网格结构的橡胶支座中设置锚栓,能有效防止屋盖在极端情况(如罕遇地震、负风压)下脱离出支承柱。为了不妨碍橡胶垫在正常使用条件下变形,在锚栓和锚孔之间留有与该变形相适应的净距。本文分析这类支座在橡胶垫与锚栓接触前后的水平刚度。与支座变形相一致,进行了接触问题的近似分析,得到了一个便于计算机编程的刚度函数算式。一个四柱支承大跨度预应力浅网壳结构的有限弹性变形分析表明,锚栓对计算结果影响较大。     

门式刚架轻型钢结构工业厂房柱脚抗剪试验研究与理论分析

本文对门式刚架轻型钢结构工业厂房柱脚抗剪机理进行了试验研究和理论分析。由试验结果可知,柱脚具有一定的嵌固性,可传递部分弯矩。柱脚实际存在的弯矩使柱脚一侧锚栓受拉,另一侧底板反力相应增大,从而使柱脚摩擦力即柱脚抗剪承载力得到提高。根据柱脚抗弯刚度计算公式,本文提出了柱脚简化计算模型,由此模型求得考虑柱脚转动约束后的底板反力,从而进行柱脚摩擦抗剪计算。根据试验研究及理论分析,本文得出了柱脚实际存在的弯矩对其抗剪承载力有很大提高的结论,提出了考虑柱脚转动约束影响下的柱脚抗剪计算方法,并提出了可以免设柱脚抗剪键的设计建议。     

Laboratory testing of a new type of energy absorbing rock bolt

Energy absorbing rock bolts are used as part of rock support systems in underground constructions that are exposed to e.g., rock bursts and detonating explosives. A rock bolt capable of absorbing kinetic energy from these loads must be able to yield with the ground movements and also deform plastically over large distances, at high displacement rates. A new type of energy absorbing rock bolt has been developed and tested in laboratory. The bolt is without a casing and consists of a steel bar that has an inner ribbed-like anchorage section and an outer nut that transfers the load from the rock via a circular disc. When subjected to a dynamic load, the lengthening of the steel bar leads to a decrease in diameter whereby the adhesive bond between bar and grout is lost and the outer end of the bolt is free to yield. The rock bolt is given a very good protection from corrosion when fully grouted in cement. In a laboratory, rock bolts in concrete cylinders were subjected to free fall tests to achieve a loading velocity of 10 m/s. The tests demonstrated that the distribution of plastic strain along the length of a grouted rock bolt is not constant when dynamically loaded. The sections where plastic yielding was allowed were not fully utilized in any of the cases, opposite to that in previous static tests which show almost constant elongation of the bolts. The tests also verified that the load-carrying components of the bolt, the nut and the anchorage, are reliable when dynamically loaded. Elastic and plastic waves will start to propagate through the rock bolt as it is suddenly loaded, resulting in permanent deformation along a section of the bolt. This yield process is demonstrated through a combined graphical and numerical method.     

关于刚接柱脚底板厚度计算的讨论

轻钢结构刚接柱脚底板厚度现行传统计算方法通常有两种,一种是按柱脚底板下的混凝土基础反力和底板的支承条件计算,另一种则按照验算锚栓受拉一侧底板厚度来计算。按后者计算结果往往远大于按前者,如按此结果应用于实际工程,则可能使得工程造价投入增加,造成不必要的浪费。文章考虑从锚栓垫板与柱脚底板共同工作推导出柱脚底板厚度计算的修正公式,并总结底板厚度计算的步骤,以期达到应用于实际设计工程的实用性。     

充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。     

自定心抗弯钢框架后张柱脚的抗震性能

对一个后张柱脚连接部件的循环响应进行了试验和分析研究。这种柱脚可消除地震荷载作用下自定心抗弯钢框架的结构损伤。连接部件的软化性能取决于后张型钢的开口度和伸长率提供而不受柱子屈服影响;承压板提供额外的抗剪强度,防屈曲钢板则产生额外的能量耗散。为了研究后张柱脚连接部件的循环响应,对一系列的后张柱脚连接部件施加轴向载荷和循环横向位移。试验参数包括初期的后张力、柱子初期的轴向力(恒量或变量)、柱子的尺寸和加载历程。对后张柱脚连接部件的极限状态进行调查研究,其中包括防屈曲钢板中后张型钢的屈曲和破裂。试验结果证明,设计恰当的后张柱脚连接部件可承受的侧向位移高达层间位移4%,而柱子和基础梁仍保持弹性。同样,防屈曲钢板通过了其在拉伸和压缩状态下屈曲但不破裂的表现显示了其良好的能量耗散能力。在柱基处发生的结构损伤被限制在可替换耗能装置的防屈曲钢板。此外,分析模型能够预测后张柱脚连接部件的弯矩-转角关系,并显示了与试验数据良好的相关性。     

Seismic behavior of post-tensioned column base for steel self-centering moment resisting frame

This paper presents experimental and analytical investigation of cyclic response of a post-tensioned column (PT) base connection. The PT column base connection is designed to eliminate structural damage at column bases in self-centering moment resisting frames (SC-MRFs) under seismic loading; the softening behavior at the connection is provided by gap opening and elongation of PT bars rather than yielding in the column. Additional shear resistance is provided by bolted keeper plates; additional energy dissipation is provided by buckling restrained steel (BRS) plates. To investigate the cyclic behavior of the PT column base connection, a series of PT column base connection subassemblies were subjected to axial load and cyclic lateral displacements. Test parameters included initial post-tension force, initial axial force in column (constant or varying), column size and loading history. Limit states investigated for the PT column base connections included PT bar yielding and fracture of BRS plates. The test results demonstrated that properly designed PT column base connections were able to undergo lateral displacement up to 4% interstory drift while the columns and grade beams remained elastic. Also, the BRS plates showed good energy dissipation capacity by yielding in tension and compression without fracture. Structural damage at column bases was limited to the replaceable fuse BRS plates. In addition, analytical models were developed to predict the moment–rotation relationship of the PT column base connection and showed good correlation with the experimental data.