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。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

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。     

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。     

平端板连接半刚性梁柱组合节点的初始转动刚度

在现有研究成果的基础上,推导了柱腹板抗压、抗拉和抗剪刚度;钢筋抗拉刚度;柱翼缘和端板抗弯刚度;混凝土楼板抗压刚度等.在此基础上,利用组件法,推导了组合节点初始转动刚度的计算方法、考虑了组合节点承受正弯矩、负弯矩作用的情况.与试验数据比较表明:该方法具有很好的计算精度.给出的初始刚度计算公式,既适用于按照完全抗剪连接设计...     

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。     

钢-混凝土组合与叠合双重作用梁负弯矩区刚度和叠合面滑移研究

钢-混凝土组合连续梁由于其负弯矩区混凝土板的开裂制约着组合结构的发展。该文提出一种钢-混凝土组合与叠合双重作用梁,在负弯矩区钢梁上翼缘与混凝土顶板底面的叠合面使用抗拔不抗剪连接件连接,使叠合面在不发生分离的条件下产生自由滑动效应,以释放混凝土板拉应力、降低混凝土板开裂风险。得到了考虑叠合面摩擦抵抗的截面抗弯刚度;采用基本力学原理分析叠合界面在均布荷载和集中荷载分别作用下的滑移和滑移应变,得到了界面滑移和滑移应变沿梁长的分布规律。     

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。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖面外和面内刚度试验研究及理论分析

冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。     

钢框架平端板连接组合节点弯矩-转角关系

端板连接节点是多高层钢框架结构体系中经常采用的梁柱连接形式,当考虑现浇钢筋混凝土楼板的作用并有足够的抗剪连接件时则形成了端板连接组合节点,楼板对组合节点承载力和刚度都有贡献。基于ABAQUS软件建立了考虑楼板组合作用影响的端板连接梁柱组合节点的三维有限元数值分析模型,并分别用有关研究者完成的无楼板钢框架端板节点及考虑楼板作用的组合节点的试验结果对理论模型进行了验证,总体上数值模拟结果和试验结果吻合良好。基于该数值模型进行了平端板连接组合节点力学性能影响因素的参数分析,探讨了楼板、柱腹板加劲肋、楼板配筋率、端板厚度、梁截面高度等参数对组合节点力学性能的影响,在此基础上对欧洲规范建议的弯矩-转角关系模型进行了必要修正,最终提出了可反映楼板作用的平端板连接组合节点弯矩-转角关系实用模型。本文模型计算结果与有限元结果吻合良好,可为进一步研究该类节点的设计方法提供参考。     

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。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。     

带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力理论研究

基于空腹桁架破坏机理,根据腹板开洞组合梁在极限状态下的洞口区域塑性应力分布建立洞口4个次弯矩函数。提出了一种带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力的计算方法,该方法考虑了洞口上方混凝土板对组合梁的竖向抗剪承载力的贡献。计算结果表明:洞口设置加劲板能有效的提高腹板开洞组合梁的抗弯和竖向抗剪承载力,而且竖向抗剪承载力随着加劲板面积的增大而增大,混凝土板对组合梁的抗剪承载力有较大的贡献。并与试验和有限元结果进行了比较,结果吻合较好,算例验证了该计算方法的准确性和可靠性。     

考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁解析解

通过在Newmark 模型中引入(1)描述横向非均匀分布的纵向位移的翘曲形函数和(2)描述钢梁腹板剪切变形的Timoshenko 梁假定,建立了一个能考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁模型,并推导了均布荷载作用下的解析解。最后通过4 个算例验证了模型和解析解的正确性和适用性,并显示了考虑组合梁剪切变形的必要性。另外,算例还表明,在组合梁的三维有限元建模中采用Timoshenko 梁单元来考虑钢梁的剪切变形会导致显著的误差。     

分离式叠合板组合梁抗火性能研究与数值分析

为了研究分离式叠合板组合梁的火灾行为,对四块足尺分离式叠合板组合梁进行了均布荷载作用下的火灾试验。考虑了栓钉间距、后浇层厚度、预制板在钢梁上翼缘搭接长度的影响因素,研究了组合梁在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、混凝土板中钢筋温度、沿钢梁高度温度场分布规律、抗弯刚度以及叠合板与钢梁的整体工作性。并利用ABAQUS对叠合板组合梁在热力耦合作用下的温度场和变形行为进行了数值模拟分析。结果表明:升温过程中,后浇层与预制底板结合界面未发生明显破坏,仍能共同承受荷载;但由于结合界面和预制板拼缝的存在,组合梁的整体抗弯刚度明显降低;热力耦合作用下,预制板在钢梁上翼缘搭接长度对组合梁的变形能力影响显著;对比试验研究结果与数值分析结果,二者吻合良好,验证了数值分析模型的有效性与可行性。     

混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁纯钢梁段的受压翼缘局部稳定性分析

为解决实际工程中遇到的混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁受压翼缘局部稳定性问题,基于薄板理论,对组合梁混凝土翼板开洞处纯钢梁段受压翼缘的临界屈曲应力计算公式进行了推导,考虑了弯矩梯度的影响,并用通用有限元软件ANSYS验证了公式的准确性。根据临界屈曲应力计算公式得出了合理的受压翼缘宽厚比限值,与现行《钢结构设计规范》中的规定进行了对比。对比结果表明:将《钢结构设计规范》中的宽厚比限值直接用于组合梁开洞处的纯钢梁段,显得过于保守。最后通过算例分析,进一步验证了该文的结论。     

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。     

碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析

采用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土构件进行非线性分析,是对有限的试验研究的有效补充和进一步深入探讨。根据4根碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的试验研究结果,建立了合理的三维有限元模型,对碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在弯剪扭复合受力下的抗扭性能进行了非线性有限元分析。计算得到的扭矩-扭转角关系曲线、钢筋和碳纤维布的应变曲线以及界面粘接单元的恢复力曲线等与试验结果吻合较好,可以较好地模拟碳纤维布加固箱梁的受扭性能。进一步通过对7根数值梁的计算结果分析,提出碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下的剪扭相关性符合直线方程。