U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用

提出一种多层大跨度结构体系--U形钢板 混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖,该结构体系由U形钢板-混凝土组合下肋、钢筋混凝土上肋和上下肋间设置的钢筋混凝土剪力键形成的需考虑夹芯层剪切变形的空间楼盖。介绍了该楼盖结构体系的简化计算模型、弹性连续化理论分析方法和实用分析方法,通过仿真模型试验及实际工程应用,验证了弹性连续化理论分析方法与实用分析方法的正确性。研究结果表明：采用由上、下表层薄膜刚度和具有一定抗剪刚度的剪力键夹芯层组成的U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖简化计算模型进行弹性连续化理论分析,其分析结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过5%;按等强和等刚度原则将U形钢板-混凝土组合空腹夹层板折算成钢筋混凝土实腹梁的实用分析方法,其计算结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过4%。以黑龙江中医药大学文体中心B区57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为算例,并与原位测试结果进行比较,说明U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖安全可靠,且具有较好的经济性。     

型钢混凝土组合空腹夹层板结构静动力性能分析

针对现有U形钢板-混凝土组合空腹夹层板楼盖结构体系在实际应用中存在的一些问题,提出了以H型钢组合结构构件替代原有空腹夹层板中的主要构件,形成了型钢混凝土组合空腹夹层板楼盖结构体系。同时结合实际工程案例将型钢混凝土组合空腹夹层板楼盖体系的分析、设计结果与U形钢板-混凝土组合空腹夹层板的设计结果进行对比,并对型钢混凝土组合空腹夹层板结构进行三向罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。研究表明,在多层大跨度建筑结构中,型钢混凝土组合空腹夹层板受力性能良好,能满足结构的承载力要求和正常使用要求,在罕遇地震作用下,型钢混凝土组合空腹夹层板整体性较好,抗震性能良好,建议在跨度较大时选用型钢混凝土组合空腹夹层板结构。     

大跨度多层体育馆U形钢-组合空腹楼盖模板支撑体系卸载过程监测

黑龙江中医药大学体育馆采用U形钢-混凝土螺栓连接组合空腹楼盖,对于这种新型大跨度承重楼盖,卸载成为本工程的关键,有必要对结构受力和变形进行现场监测确保卸载工作的顺利进行。针对该楼盖网格分布的特点,采用走梅花桩式卸载方案,主要监测逐步卸载过程中楼盖的挠度变形和下肋U形钢板的应力。监测结果表明：卸载过程中及完全卸载后楼盖的受力和变形均满足规范要求,下肋螺栓连接节点两侧U形钢板不会出现相对位移;验证了U形钢组合空腹夹层板结构的理论分析与结构设计的正确性与可靠性;验证了楼盖临时支撑系统卸载方案的可行性。     

U型钢一混凝土组合肋的弹性模量取值分析

在分析钢筋混凝土空腹夹层板的基本构造及其力学特征的基础上,将其钢筋混凝土下肋网格改为u型钢板组合下肋网格,形成新型钢一混凝土组合空腹夹层板,根据这种新型结构的构造特点,对其u型钢一混凝土组合肋的弹性模量分别用了两种方法“有限元法”和“等效公式法”进行了计算和对比,推导并提出了u型钢一混凝土组合肋的弹性模量计算公式。     

混合强度U形肋加劲钢板受压稳定试验研究

混合强度U形肋加劲钢板是由U形肋和被加劲板采用不同强度组合而成的,用作桥面板,可充分发挥钢材的使用效率、降低工程造价。按不同结构尺寸和不同强度组合的U形肋与被加劲板,设计制作了9个混合强度U形肋加劲钢板试件。在轴向压力作用下,试验得到了这些U形肋加劲钢板试件的破坏模式、稳定承载力以及荷载位移曲线。将试验试件截面的低强钢部分等效为具有初始压应力的等强钢构件,并考虑试件焊接残余应力分布,分析了该加劲钢板失稳破坏机理。试验结果表明,试件整体失稳有被加劲板受弯失稳和U形肋受弯失稳两种,局部屈曲或材料屈服可发生在U形肋的翼缘、U形肋的腹板和被加劲的钢板中。试件两端的转动装置是否被约束对试验结果也有较大影响,有约束情况下,在试件端部附近的U形肋会发生局部屈曲破坏;无约束的情况下,在试件中部区域的加劲肋会发生局部屈曲破坏或试件整体发生弯曲破坏。对于发生整体失稳破坏的试件,结构具有较大的延性,平均应力峰值变化较大;而发生局部失稳破坏的试件,结构破坏具有明显的脆性,其平均应力峰值基本不变。     

新型桥面板结构稳定性能研究

分别建立了正交异性普通钢桥面板和正交异性钢-聚氨酯夹层桥面板的有限元模型,并另外建立了不同U型肋数量和不同面层钢板厚度的夹层板计算模型,在边界条件、加载情况均相同的条件下进行有限元模拟分析,夹层板采用板-实体-板结构模拟,结果表明:在相同条件下,夹层板比普通钢板屈曲临界应力、刚度、强度均有较大程度的提高,U型肋间距、面层钢板厚度对夹层板的屈曲临界应力及屈曲破坏形态有较大影响,两种因素分别超出一定范围后,对板整体的影响又受到相互制约。     

U形钢板-混凝土组合空腹夹层板楼盖结构两种分析设计方法对比

U形钢板-混凝土组合空腹夹层板楼盖结构在多层大跨度结构中优势明显,实际应用也较多,目前的设计主要根据现有地方规程中的实用计算方法进行计算,但该方法尚未考虑局部弯矩等因素。鉴于此,提出一种新的分析设计计算方法即夹芯层计算方法,推导出相应的计算公式,同时结合实际工程案例,利用MIDAS/Gen软件对两种方法得到的结果进行对比研究,指出应用现有实用计算方法进行设计计算,其结果安全、可靠,在结构跨度较小时实用价值较高;夹芯层计算方法更适合于大跨度空腹夹层板的设计计算,在节省材料的同时,更能充分发挥空腹夹层板楼盖结构的优势。     

大跨钢结构空腹夹层板楼盖设计

钢结构空腹夹层板楼盖是基于多层大跨钢结构的一种新型空间网格结构体系。这种新型空间网格结构体系是由上肋、下肋和上下肋之间设置的剪力键组成。本文通过哈尔滨武源小区商业广场屋面大跨钢结构空腹夹层板楼盖结构的设计和分析,介绍了钢结构空腹夹层板楼盖的实用计算方法,以及主要构件和节点的设计要点。设计同时采用MIDAS/Gen有限元分析软件进行建模分析,验证了采用实用计算方法进行钢结构空腹夹层板屋盖设计的可靠性。本文还对钢结构空腹夹层板楼盖结构的自振特性和舒适度进行了分析。分析结果表明大跨钢结构空腹夹层板楼盖体系安全、可靠,满足舒适性要求。     

装配式钢空腹夹层板楼盖分析与设计

钢空腹夹层板楼盖是由上肋、下肋和上下肋之间设置的剪力键组成的新型空间网格结构体系,适合于多高层大跨度工业和民用建筑.本文以简阳市某实际工程为例,采用通用有限元分析软件YJK和MIDAS分别进行了分析计算,论述了钢空腹夹层板的设计方法和关键节点.分析结果表明,钢空腹夹层板楼盖受力合理,结构安全可靠,适合装配式建造.研究成...     

装配式盒式结构中正六边形蜂窝型钢空腹夹层板楼盖动力特性分析

利用ANSYS有限元分析软件求解大跨度正六边形蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构前12阶固有频率,并分析其自振特点,由分析结果可知正六边形蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构自振形式与等刚度实心钢板楼盖结构相似。研究高跨比、上下肋高、上下肋宽、网格尺寸、楼板厚度、周边密柱截面尺寸、边梁截面尺寸和层间梁截面尺寸对正六边形蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构基频的影响,研究结果表明,高跨比、网格尺寸、上下肋截面尺寸和楼板厚度对结构基频的影响较大,为主要影响因素,其他因素的影响可忽略不计。根据主要影响因素拟合基频计算公式,拟合效果较好。     

大跨度钢筋混凝土楼盖力学性能与经济性分析

钢筋混凝土空腹网架楼盖和空腹夹层板楼盖是基于大跨度楼盖需要产生的新型楼盖形式。详细介绍了几种大跨度钢筋混凝土楼盖的构造特点,推导了考虑剪切变形的钢筋混凝土空腹网架楼盖和空腹夹层板楼盖的等效剪切刚度。以25m×25m大跨度楼盖工程为例,利用ANSYS和PKPM软件对钢筋混凝土密肋井字梁楼盖、空腹网架楼盖和空腹夹层板楼盖的力学性能和经济指标进行了对比分析。结果表明:三种形式的楼盖在均布荷载10kN/m2作用下的挠度均能满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)要求,其中钢筋混凝土空腹网架楼盖和空腹夹层板楼盖经济性能更好,具有明显的优势。     

大跨度正六边形混凝土蜂窝形盒式结构的基频研究

大跨度正六边形混凝土蜂窝形盒式结构是一种新型空腹夹层板盒式结构,本文采用有限元法以边长为18m的正六边形混凝土蜂窝形盒式楼盖为研究对象,详细讨论了高跨比、上肋和下肋高度以及宽度、密柱尺寸和表层薄板厚度等参数对结构基频的影响,分析结果表明,增大高跨比、上肋和下肋高度能有效提高结构的基频,其中增大上、下肋宽度和密柱尺寸对结构的基频增长幅度影响有限。文中表层薄板厚度按构造选取较小值。本文结论可为类似工程应用提供参考。     

方钢管剪力键抗剪承载力的设计方法

方钢管剪力键在钢空腹夹层板的整体受力中起着重要作用。以工程实践为背景,对两个足尺方钢管剪力键节点试件进行了静力加载试验,得到了方钢管剪力键的屈服强度、强屈比以及延性系数。根据试件破坏模式确定了方钢管剪力键屈服状态时的控制截面,通过定义控制截面的有效受力区域,推导了方钢管剪力键抗剪承载力设计公式。与试验数据对比,结果表明,采用公式计算的T形钢肋方钢管剪力键和H形钢肋方钢管剪力键屈服承载力与试验结果误差分别为1.08%和6.7%。研究结论可为钢空腹夹层板的剪力键截面设计和加劲板尺寸的确定提供参考。     

基于振动舒适度要求的蜂窝形钢空腹夹层板楼盖自振频率分析

提出了一种新的楼盖结构形式——蜂窝形钢空腹夹层板结构,并介绍了结构的几何构型特点。为了研究该种结构的自振频率,基于通用有限元分析软件ANSYS建立了结构分析有限元模型,采用子空间迭代法计算结构各阶频率和振型。考虑高跨比、表层板厚度、上下肋刚度、长宽比和剪力键厚度对结构动力特性的影响,对结构进行了参数化分析,并拟合基频的计算公式。结果表明,蜂窝形钢空腹夹层板具有类似于实心平板结构的振动特性。根据对比分析得知,上述各因素中表层板厚度、上下肋刚度、高跨比和长宽比能显著改变空腹夹层板的基频,剪力键厚度对基频影响较小。     

钢-OSB板T形截面带肋组合梁受弯性能研究

为研究以OSB板作为翼缘、OSB-钢板作为组合腹板形成的T形截面梁(简称为钢-OSB板T形截面带肋组合梁)的受弯性能,设计了3根钢-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对其进行三分点加载试验,考虑了端部采用盒形锚固及腹板拼接的影响。试验结果表明:承载力极限状态下,各梁的钢板均达到屈服应变;盒型锚固构造措施使梁后期刚度提高;腹板跨中拼接对梁的受力性能有较大影响。建立了钢-OSB板T形截面带肋组合梁的非线性有限元分析模型,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,利用有限元模型分析了钢板厚度对组合梁受力性能的影响,分析表明,随钢板厚度增加,组合梁的承载力及变形能力均提高。通过对已有的组合梁挠度计算式进行修正,建立了钢-OSB板T形截面带肋组合梁极限挠度计算式,跨中极限挠度的计算结果与试验及有限元分析结果基本吻合。     

大跨度正六边形混凝土蜂窝形盒式结构的挠度分析

大跨度正六边形混凝土蜂窝形盒式结构是一种新型空腹夹层板盒式结构,文章采用有限元法对边长为20m的正六边形凝土蜂窝形盒式楼盖为研究对象,详细讨论了楼盖的高跨比、上肋和下肋高度、上肋和下肋宽度和柱子截面尺寸等参数变化对其跨中挠度的影响。分析表明,楼盖高跨比在1/30~1/20之间时跨中挠度均满足规范要求,增加高跨比和上、下肋高度有利于提高楼盖整体刚度;增大上肋和下肋宽度和柱子截面尺寸,可减小楼盖的跨中挠度,结构选型时作为次要影响因素。该结论可为类似工程应用提供参考。     

带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板的试验

基于临时应急和长期使用相结合的特殊需要,提出了带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板这一新型组合板,型钢加劲肋分别采用工字钢、矩形钢管和由工字钢剖分而成的T形钢三种形式。以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块组合板的力学性能试验。结果表明,通过适当地选择型钢加劲肋形式、合理地布置栓钉和确定混凝土厚度,可以保证钢承板和混凝土组合作用的发挥。     

U形肋加劲板局部稳定性试验研究

U形肋加劲板是构成钢箱梁顶板、底板的主要板件,U形肋腹板与被加劲板局部失稳是其两种主要失稳破坏模式。为研究U形肋加劲板的局部稳定性能,分别设计并制作了U形肋腹板与被加劲板壁板两组局部稳定试件,并考虑U形肋腹板宽厚比、被加劲板宽厚比以及U形肋翼缘与腹板间弯曲半径变化。通过轴压试验得到了U形肋加劲板的局部失稳破坏模式、稳定承载力、应力-位移曲线以及局部稳定折减系数。试验研究表明：随着局部板件宽厚比的增大,试件由强度破坏转变为失稳破坏,且失稳破坏特征表现得越明显。当板件宽厚比不小于22.5时,宽厚比较大的板件先于其他板件失稳。U形肋腹板与翼缘之间弯曲半径增大时,U形肋腹板宽度及宽厚比变大,导致U形肋腹板稳定承载力降低。将试验结果与公路钢桥规范中的稳定系数曲线对比发现,对于钢桥规范中的稳定曲线,采用钢材屈服强度计算得到的板件稳定承载力明显小于试验值,而采用抗拉强度计算得到的板件稳定承载力接近试验值,说明采用钢桥规范计算U形肋加劲板稳定承载力,其安全系数和钢材的抗拉强度与屈服强度比值相当。     

剪力键式空腹钢梁的肋杆设计方法

剪力键式空腹钢梁是钢空腹夹层板的基本受力构件.基于叠加原理和空腹桁架理论,提出了剪力键式空腹钢梁的肋杆设计方法.为了考虑钢梁腹板开孔四角应力集中引起的应力不均匀分布,以空腹率和加劲板宽度为参数,分析了剪力键式空腹钢梁肋杆控制截面应力的变化规律.通过比较剪力键式空腹钢梁的肋杆应力公式计算结果和数值模拟结果,分别给出了肋杆控制截面翼缘正应力的估值区间和腹板折算应力修正系数的估值区间.数据分析表明,本文提出的设计公式与数值计算结果在统计意义上具有一致性.本文方法可为空腹钢梁的肋杆设计提供参考.     

外包钢板混凝土组合剪力墙核心筒在千米级摩天大楼中应用与研究

外包钢板混凝土组合剪力墙是在混凝土剪力墙的外部外包钢板,沿墙长方向设置加劲肋板或隔板,形成多个腔体,在腔体内浇筑混凝土,并采用栓钉、加劲肋、隔板等次要构件来加强混凝土与外包钢板的黏接,防止钢板平面外屈曲。以1 180 m高的中国建筑千米级摩天大楼为载体,研究外包钢板混凝土组合剪力墙的构造特点、在设计软件中简化措施、设计方法,并进行了试验研究。研究表明,外包钢板混凝土组合剪力墙强度高、延性好、施工简单等特点,具有良好的抗震性能。