高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结果对比,验证了数值模型的准确性与可靠性。以此为基准模型,改变材料热膨胀系数、荷载比、钢梁截面尺寸等参数,总结得出钢材热膨胀系数、钢梁高度、楼板厚度、荷载比对耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限影响较大的结论,并基于参数化计算,分析数值模型计算组合梁正截面抗弯承载力与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中承载力法计算结果的差异,提出了标准升温下该型组合梁修正的承载力计算方法。     

钢-压型钢板混凝土组合梁极限抗弯承载力的研究

本文在推导钢 压型钢板混凝土组合梁极限抗弯承载力计算公式的基础上,验证了简化计算方法的可行性。通过对笔者完成的 5根钢 压型钢板混凝土组合梁试验结果的计算分析,提出栓钉间距对其抗剪承载力的影响系数β。本文公式计算结果与国内外 26根试验梁的实测值吻合良好。根据本文研究成果,可以很方便地得到考虑钢 压型钢板混凝土组合梁组合作用的极限抗弯承载力。     

腹板开洞压型钢板组合梁静力试验研究

为了研究腹板开洞压型钢板组合梁在静载作用下,洞口截面弯剪比M/V、洞口上部栓钉连接件数量以及洞口上部混凝土板对组合梁受力性能的影响,对4根腹板开洞的压型钢板组合梁和1根腹板开洞钢梁及1根普通压型钢板组合梁进行了静载试验,试验结果表明:组合梁的承载力随着洞口截面弯剪比M/V的增大而增大,但洞口两端的相对挠度随弯剪比M/V的增大而减小,呈反比关系;腹板开洞压型钢板组合梁的极限承载力随洞口远端到组合梁支座间栓钉连接件数量的增多而提高;洞口上方组合板对压型钢板组合梁洞口截面的抗剪和抗弯承载力有较大贡献。     

钢-混凝土组合楼板实用抗火设计方法

利用钢-混凝土组合楼盖抗火性能非线性有限元分析程序对不同荷载大小、不同压型钢板厚度、不同配筋的压型钢板-混凝土组合楼板进行了抗火性能分析,找出了火灾影响下组合楼板结构性能的因素,给出了计算组合楼板耐火时间的拟合公式,得到了一些适用于压型钢板-混凝土组合楼板抗火设计的结论和建议。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力影响因素分析

采用ANSYS非线性有限元分析方法,分析了压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材屈服强度、混凝土强度、C型钢梁板厚、钢筋混凝土翼板厚度、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比及腹板高厚比等因素对冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力和延性的影响。研究表明：压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材强度、钢梁板厚、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比和腹板高厚比等因素对组合楼盖受弯承载力影响较显著,而混凝土强度则影响较小;钢筋混凝土翼板厚度在50~100 mm范围内时,组合楼盖受弯承载力随混凝土翼板厚度增加呈线性增长,当翼板厚度大于100 mm后,其受弯承载力将不再提高;混凝土强度、钢梁间距及楼盖宽度不影响组合楼盖的延性。组合楼盖可简化为T形截面组合梁模型计算。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

混凝土组合板与冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

通过对混凝土组合板与冷弯薄壁型钢构件采用自攻螺钉连接抗剪模型进行单调加载试验,分析了螺钉连接模型界面抗剪破坏模式、螺钉抗剪承载力以及混凝土组合板内置或不内置抗剪件对组合板粘结性能的影响。采用规范理论公式计算了单个螺钉抗剪承载力,理论计算结果与试验结果吻合较好。破坏模式表现为:螺钉抗剪破坏、混凝土与压型钢板粘结破坏、压型钢板承压或失稳破坏。混凝土与压型钢板粘结开裂前,内置抗剪件能够提高连接抗剪刚度,减小滑移;内置抗剪件的螺钉抗剪承载力比不内置抗剪件的偏低。建议混凝土和压型钢板之间内置冷弯薄壁型钢抗剪件;当混凝土与压型钢板间考虑或不考虑组合效应时,螺钉连接抗剪承载力应采用不同理论计算方法。     

腹板开洞压型钢板组合梁的非线性分析

钢-混凝土组合梁下通过的管道会导致建筑层高的增加而减小组合结构的优势。腹板开洞的钢-混凝土组合梁有效的减小了梁下所需的空间,从而在工程上解决了该问题。但是,洞口的存在影响了钢-混凝土组合梁的受力性能。文章利用ANSYS有限元软件对腹板开洞压型钢板组合梁进行了非线性分析,探讨了洞口处弯剪比对腹板开洞组合梁受力性能的影响。分析结果表明,洞口位置靠近加载点或者支座处都会削弱组合梁的承载力,而组合板对腹板开洞组合梁的抗剪承载力贡献很大,在计算中忽略的话是偏于保守的。     

不同组合梁类型对钢管混凝土框架抗连续倒塌承载力影响分析

不同的组合梁构造形式对钢管混凝土框架的抗连续倒塌性能有着显著的影响。参考某实际工程选取一典型2层2跨平面框架,选取钢筋混凝土组合梁、预制空心带肋叠合组合梁以及压型钢板组合梁三种组合梁形式,通过采用Pushdown分析法研究不同类型组合梁对钢管混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响。基于有限元软件ABAQUS,采用精细单元法建立钢管混凝土平面框架进行数值分析,研究其倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、钢梁截面内力。结果表明:三种组合梁框架结构的倒塌破坏都经历弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、混合阶段及悬链线阶段;三种类型的组合梁对组合框架的初始刚度都有明显提高;三种类型组合梁都能延缓塑性铰发生破坏并且对框架结构倒塌过程中各阶段极限承载力都有大幅提升。     

钢-压型钢板混凝土组合梁计算的修正折减刚度法

由于滑移效应的影响 ,采用栓钉剪力连接件的钢 压型钢板混凝土组合梁的刚度和抗弯承载力均有所降低。本文在折减刚度法的基础上 ,建立了适用于钢 压型钢板混凝土组合梁的修正折减刚度计算公式 ,并进一步建立了考虑滑移效应影响的弹性抗弯承载力计算公式。公式计算结果与试验梁的实测值吻合良好     

钢-混凝土连续组合梁的稳定

连续组合梁的局部失稳和侧向失稳是影响承载能力的重要因素 ,我国现行设计规范对组合梁的稳定计算主要沿用钢结构梁的设计方法 ,与组合梁实际失隐情况不符。为此 ,评述了近年来连续组合梁失稳方面的研究进展 ,介绍了英国和欧洲规范以及AASHTO等有关稳定设计方法 ,可供工程设计人员参考     

钢-混凝土组合梁抗裂性能的试验研究

为研究钢-混凝土连续组合梁的受力性能,特别是体外预应力对抗裂性能和刚度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁和3根2跨连续组合梁的静力加载试验,其中包括2根在钢梁和混凝土板内折线布筋的体外预应力组合梁。试验表明:非预应力组合梁在负弯矩作用下的开裂荷载较低,连续梁在较低荷载下就会由于混凝土开裂而发生明显的内力重分布,且横向钢筋间距对裂缝间距具有一定影响;折线布筋的体外预应力组合梁开裂荷载增大,裂缝间距和裂缝宽度明显减小,且相同荷载下的挠度下降,说明体外预应力可有效改善组合梁的综合受力性能。此外,预应力作用对组合梁的滑移分布有较明显影响。     

Bending and rotational behaviour of semi-continuous composite beams

Stresses and deflections were measured in various semi-continuous composite beams. The bending and rotational capacities of the composite connections were measured in terms of beam curvatures and deflections by using two full-scale semi-rigid composite frames with monotonic loadings. The effect of semi-rigid connections on the performance of composite beams with various loadings was compared with predictions and codes. The tests show that the semi-continuous composite beams are more economic and effective than the simple or continuous composite beams. The semi-rigid connections affect the bending capacities and beam deflections, so the connection behavior should be considered in the design of composite beams. Yielding analysis of the steel beam bottom flange has some influence on the deflection calculation of composite beams.     

钢-混凝土预制板组合梁的试验研究

为研究钢-混凝土预制板组合梁在静载作用下的组合效应,完成了3根钢-混凝土预制板组合梁在跨中集中荷载作用下的试验,结合试验结果与现有的组合梁理论,对钢-混凝土预制板组合梁的抗弯受力性能及其组合效应进行了分析,为该方向的进一步研究提供实用参考价值。     

Experimental study on shear behavior of box section bamboo-steel composite beams

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。     

剪力连接度对钢-混凝土组合梁抗震性能的影响

报道了9根不同剪力连接度钢-混凝土组合梁(5根简支组合梁,4根连续梁)的低周竖向反复荷载部分试验研究结果。对钢-混凝土组合梁的破坏形态、滞回规律、耗能能力、刚度退化规律等抗震性能进行了深入的分析,重点探讨了不同剪力连接度对钢-混凝土组合梁抗震性能的影响。     

Effective width of a concrete slab in steel-concrete composite beams prestressed with external tendons

The finite element method is applied to evaluate the effective width of a concrete slab in composite beams prestressed with external tendons. The beams studied are simply supported, with external prestressed strands straightly and draped arranged. The effective width for the prestressed composite beams evaluated based on the finite element parametric study is compared with that of plain composite beams without prestressing, and code provisions. The influence of the shear connections on the effective width and the shear slips along the beam span, as well as the incremental stresses developed in the prestressed strands, are analyzed. The behaviors of the external prestressed composite beams subject to the shrinkage and creep in the concrete slab are also discussed.     

The relationship between temperature behaviors and section factors of fire spray protection coated composite beams exposed to standard fire

Concrete-steel composite beams, when they are exposed to high temperatures, it increases the quantity of heat inside the composite beams that restrain temperature rise caused by concretes. As a result, composite beams appear to have better fire resistance efficiency than regular steel beams due to the integrated structure between materials. In the case of composite beams, the temperature rise of steel exposed externally is directly related to the shape of sections and the degree of exposure. In this study, fireproof spray coat, approved as fire resistant construction for composite beams and regular steel beams, are coated in the same thickness and exposed to standard fire conditions. Then, the relationship between temperature history of steel and section factors of composite beams, derived from the fire resistance test result, is compared and analyzed. As a result, we came to a conclusion that the steel temperature measurement results and section factors per material are closely related, and it suggests that a standard approval of fire resistant construction can be widely used, instead of getting approval for each member, if relatively better performance can be predicted by distinct condition of fire resistance efficiency of members.     

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-混凝土高托座组合梁设计中的若干问题

本文对钢-混凝土高托座组合梁进行了较全面的分析。特别是对组合梁的挠度进行了研究,对组合梁截面设计采用优化方法,即在满足强度、刚度要求的情况下,使造价最低。作者进行了10个抗剪推力试件及3根钢-混凝土高托座组合梁的破坏试验。试验表明,托座具有较好的抗剪强度,本文提出的组合梁挠度计算公式在弹性范围与试验结果吻合较好。