腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。     

高温后钢-混组合梁抗剪性能试验研究

为研究钢-混组合梁经历高温后的抗剪性能，以受热温度和冷却方式为试验参数，分别开展了普通混凝土、钢材高温后材料性能试验和钢-混组合梁高温后静力试验。对高温冷却后混凝土和钢材的基本力学性能进行了试验研究，并采用扫描电镜观察了高温后混凝土的微观结构；按“强弯弱剪”设计了7片钢-混组合梁，测定了升降温过程中截面温度场分布，开展了常温和经历高温冷却后组合梁加载破坏试验，对组合梁常温和高温后的极限承载力、跨中挠度和应变变化进行对比分析，研究了受热温度和冷却方式对组合梁受力性能的影响，并探讨了高温后组合梁极限抗剪承载力计算方法。结果表明：高温后混凝土内部水泥复合物疏松和水泥与骨料包裹界面出现裂纹是混凝土宏观力学性能劣化的主要原因；常温和高温冷却后钢-混组合梁的破坏形态均为混凝土板出现贯穿的斜裂缝；随着温度的升高，组合梁的承载力、刚度和延性均降低；低于400℃时冷却方式对承载力影响较小，600℃时喷水冷却后组合梁承载力大于自然冷却；与自然冷却试件相比，喷水冷却下试件的刚度较大，极限挠度较小；基于试验数据和回归分析建立了混凝土抗压强度、钢材屈服强度与受热温度之间的计算公式；修正后的AS/NZS 2327...     

加筋木-混凝土组合梁承载力计算及尺寸设计方法

基于加筋木-混凝土组合梁受力特点,建立了加筋木-混凝土组合梁极限抗弯承载力计算模型,提出了组合梁极限抗弯承载力公式。为验证公式的正确性,设计并制作了四根加筋程度不同的木-混凝土组合梁构件。加载试验结果表明:理论推导公式与试验结果吻合较好,适用于加筋木-混凝土组合梁的极限抗弯承载力计算。同时结合极限抗弯承载力计算模型,提出了加筋木-混凝土组合梁尺寸设计方法,为木-混凝土组合梁的设计提供了参考。     

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。     

新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。     

预应力连续组合梁负弯矩区抗弯承载力分析

预应力钢-混凝土连续组合梁具有承载力高、变形小等诸多优点,作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用。其负弯矩区承载能力计算与变形分析是其设计的关键,目前规范还是空白。因此,有必要对其刚度、变形及抗弯承载力进行研究。该文基于换算截面法,引入混凝土参与受拉工作的程度系数,确定了组合梁截面抗弯刚度,进而推出了预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化塑性理论,得到了负弯矩区的极限抗弯承载力计算方法;研究表明连续组合梁能够显著提高截面刚度与减少开裂。该文公式计算结果与实测值均吻合较好,满足工程精度要求。     

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。     

型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究

为促进超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)在组合结构中的应用,开展了型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究。同时与型钢-混凝土组合梁试件的荷载-挠度关系、抗弯承载力、裂缝开展、破坏形态以及型钢与两种水泥基材料的变形协调性进行了对比分析。研究结果表明:在UHTCC与混凝土轴心抗压强度基本一致的情况下,UHTCC与混凝土两种材料之间的变形能力差异导致两种组合梁的静载力学性能存在明显差异。与型钢-混凝土组合梁相比,型钢-UHTCC组合梁的跨中最大挠度是其2.26倍,整体性更佳;相同荷载条件下的裂缝宽度仅为其50%左右;抗弯承载力提高了6.4%;跨中截面应变更加符合平截面假定;UHTCC能够与钢材变形协调、共同工作。     

大跨半钢板混凝土简支梁承载力性能试验研究

为了研究大跨半钢板混凝土组合梁的承载力和变形性能, 对一个1∶3缩尺的大跨简支梁试件进行了静载试验研究。通过分析试件在加载过程中的挠度、应变和裂缝的发展, 研究了此类构件的受力特点和破坏形态, 结果表明该类型构件中的钢板、混凝土和钢筋能够很好的协同工作, 整个构件具有较高的承载力和刚度, 同时表现出很好的延性。最后, 通过对比实测数据和理论计算结果, 检验了现行规程中组合梁正截面抗弯承载力和短期刚度的计算公式, 为工程设计提供参考。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点试验研究

在外包钢-混凝土组合梁研究基础上,介绍了2个外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱的连接节点,并对其进行了低周反复荷载作用下的试验研究.对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性及钢管等的应变等性能进行了分析.试验结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝上组合梁与钢管混凝上柱的连接节点具有较强的受剪承载力、较好的延性和耗能能...     

钢-超高性能混凝土组合箱梁静力性能试验研究与数值模拟

以云南红河特大桥为工程背景,设计2个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合箱梁节段模型试验,主要关注组合箱梁的承载力、破坏模式和抗裂性能等。基于通用有限元软件ABAQUS建立组合箱梁的精细有限元模型,通过试验结果验证模型并开展参数分析,研究UHPC板厚度、配筋率、栓钉间距以及箱梁横隔板厚度对组合箱梁受力性能的影响,给出各参数的设计建议取值范围。研究结果表明:钢-UHPC组合箱梁承载力高、抗裂性能好;按最大裂缝宽度进行验算,等效为180 mm厚UHPC桥面板的承载力超过车辆荷载标准值的8倍;UHPC板厚度以及钢箱梁横隔板厚度对组合箱梁破坏模式影响较大;综合考虑经济性及受力性能,建议实际工程中UHPC桥面板厚度不宜超过210 mm,配筋率不宜超过1.4%,栓钉间距最大不超过450 mm。     

钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。     

多排预应力波形钢腹板组合挑梁承载能力试验研究

波形钢板由于其独特的力学性能,在组合结构中得到广泛的应用。该文对脊骨梁中多排波形腹板钢挑梁支撑的预应力混凝土板的这种新型组合挑梁进行了承载力的对比试验研究,根据波形钢腹板特性及组合梁的基本理论,推导了其极限承载力的计算公式,并与试验结果对比,验证了理论公式的正确性。采用有限元方法进行了几何参数分析,总结出该结构的优化设计参数,以供工程实际参考。     

钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明:双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。     

波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱抗扭承载力试验与计算

为研究波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱抗扭特性,进行了构件的抗扭承载力试验,结果表明:混凝土底板首先出现斜向裂缝,裂缝与混凝土主拉应变垂直,顶底板裂缝呈螺旋状开展,裂缝方向与主梁纵轴线约成45°;底板出现宽度较大的主斜裂缝,钢筋受拉屈服,组合箱受扭破坏。采用有限元软件ANSYS对扭转试验构件进行了非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好。参照混凝土箱梁的开裂扭矩计算公式,建立了组合箱开裂扭矩的计算公式;应用混凝土箱梁变角度空间桁架理论,根据波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱达到极限扭矩时可能出现三种破坏形式,建立了组合箱极限扭矩的计算公式。通过与试验结果和实桥截面有限元分析结果的比较表明,建立的波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱抗扭承载力简化计算公式具较高精度,最大误差不超过10%,可运用于实桥计算。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

船体箱形截面梁设计及抗爆性能分析

在船体构件上应用箱形梁设计,能提高结构的纵向强度,具有利于保护重要管道和线缆、提高建造速度、利于质量控制和方便维修等优点。但是,国内外目前都是局部运用箱形梁结构,并未全船性设计使用,在此以某常规船体为基础,针对提高船舶抗爆性能和保持生命力的设计要求,全船性使用箱形梁。这种船体结构使钢制箱形梁承担全部的总强度,而船体型线和必要的使用刚度由轻质高强的复合材料板材来保证,实现局部强度与总体强度的解耦。在ABAQUS软件中基于声固耦合法,对船体水下爆炸响应进行分析,证实箱形梁结构具有较好的抗爆性能。最后对船体箱形梁进行优化设计,进一步提高抗爆能力。     

单轴对称十字型钢混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土柱轴压性能,对9根短柱进行轴压试验,试验参数为十字型钢偏心率、混凝土强度、含钢率和配箍率。试验得到试件破坏形态、荷载-变形曲线、应变变化规律,分析了组合柱受力机理及各参数对其轴压性能的影响,基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该组合柱轴压承载力计算方法。结果表明:试件破坏集中在纵向H型钢偏心方向远侧;型钢、纵筋、箍筋及混凝土协同工作,各种材料强度充分利用;试件轴压承载力和延性随十字型钢偏心率和箍筋间距增大而降低;混凝土强度和含钢率提高,试件轴压承载力提高,但试件延性随混凝土强度提高而显著降低;采用中国JGJ138-2016、欧洲EC4和美国ACI318-14计算的试件轴压承载力均偏低,该文提出的轴压承载力计算方法计算值与试验值吻合良好。     

600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。