基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。      

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能试验研究

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在2个独立的GFRP管连接处的内部设置一定长度钢筋笼,再在内部浇注混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。近年来,不少国内外研究人员对连续GFRP管混凝土构件的力学性能做了一些研究,而对拼接GFRP管混凝土构件的力学性能研究较少,所以,有必要借助试验,研究其力学性能。该文主要对钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能进行了一定的试验研究,试验结果表明,在荷载达到60%Pu(Pu-极限荷载)左右时,GFRP管开始发挥“套箍”作用,拼接试件破坏位置不同于连续试件发生在一定范围内,而是发生在距连接处一定距离,并且,钢筋连接件的箍筋对混凝土起到约束作用。此外,试件破坏时纵筋均屈服,且纵筋对连接处的变形基本没有影响,拼接试件连接处均未破坏,说明采用低含钢率1.96%即可保证拼接GFRP管轴心受压组合构件正常工作。     

玻璃纤维增强短钢管构件轴压试验和破坏模式仿真研究

该文采用试验和数值仿真手段,对缠绕成型玻璃/环氧复合材料（GFRP）增强薄壁圆钢管短柱在轴压荷载作用下的承载能力及破坏特点进行研究,讨论是否缠绕GFRP、径厚比、试件长度以及GFRP缠绕角度（圆管试件轴向到纤维纵向的角度）等因素对试件承载能力的影响。提出较为准确的复合构件数值仿真方法,采用ABAQUS的Explicit求解器并考虑GFRP的Hashin失效准则和GFRP与钢管之间的界面脱粘等因素,获得的模拟结果与试验现象吻合良好。在此基础上,对短管构件在不同GFRP体积率（GFRP体积/构件总体积）下的性能进行分析,获得了GFRP体积率对构件承载力的影响。     

圆铝合金管混凝土短柱轴心受压承载力研究

开展了6根圆铝合金管混凝土(简称"CFACT")短柱的轴心受压承载力试验,套箍系数为0.57～1.26.分析了试件的破坏形态、轴压荷载-轴向应变曲线、截面横向变形系数、峰值荷载和延性.试验结果表明:CFACT轴压短柱发生鼓曲破坏或斜向剪切破坏;其表现出良好的组合效应,具有较高的承载能力与延性.利用ABAQUS有限元软件...     

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。      

基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件抗弯性能试验研究

基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在两个独立的GFRP管连接处的内部设置钢板钢筋连接件,再在内部浇筑混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。目前,国内外对拼接GFRP管混凝土组合构件的抗弯性能研究尚未见到相关报道,所以,该文对拼接GFRP管混凝土组合构件进行抗弯性能试验研究很有意义。试验结果表明,连接钢筋含量影响着拼接构件的破坏模式,含钢率为1.96%的试件破坏发生在连接处,含钢率为2.94%的试件破坏发生在焊接钢筋端部附近,此外,含钢率高的试件承载力比含钢率低的明显高,并且拼接构件承载力均高于相应对比试件,说明,试验所采用的钢板钢筋连接是可行的,均能保证试件正常工作,建议最小含钢率取为1.96%。     

沉管隧道管节接头混凝土剪力键压剪破坏试验研究

接头是沉管隧道中最薄弱的一环,在受到地震和不均匀沉降等作用下,接头会发生横向变形,并通过接头中的剪力键传递。目前,国内外沉管隧道管节接头变形规律的研究较少集中在剪力键上,更缺少管节接头整体力学性能试验数据的支持。根据沉管隧道接头构造设计特点,该文提出了一套测试接头压剪承载力和破坏模式的破坏试验方法和加载方案,并开展了几何比尺为1:10的管节接头压剪试验,研究接头在低周往复剪切荷载下的力学性能,记录其荷载-位移曲线,最终获得接头压剪刚度曲线。试验结果表明,管节接头和单个剪力键的承载力分别是310 kN/355 kN（正/负向）和88 kN,均比设计承载力高。而接头剪力键的破坏模式主要表现为局部翘曲破坏和凸榫根部拉裂破坏。     

普通与轻集料砼压-剪复合受力性能试验研究

为探究普通混凝土与轻集料混凝土压-剪复合受力状态下的力学性能,以不同轴压比为加载工况对混凝土压-剪复合受力进行试验研究。通过压-剪液压伺服机得到了两种混凝土破坏形态和横向剪切荷载-位移曲线,提取横向剪切荷载-位移曲线特征值,对比分析两种混凝土复合受力的力学性能。研究结果表明,两种混凝土横向剪切峰值荷载、剪切峰值位移和残余荷载均随轴压比提高而增大,轻集料混凝土提高相对更为明显。由残余荷载分析可知,两种混凝土剪切破坏面存在稳定的摩擦系数,轻集料混凝土的摩擦系数明显高于普通混凝土。应用数学回归分析方法得到两种混凝土轴向荷载与剪切峰值荷载、轴向荷载与残余荷载均呈线性变化关系。基于八面体空间应力提出两种混凝土不同解析式的破坏准则方程,所得解析式能够很好地反映两种混凝土压-剪复合受力破坏规律,为工程应用的研究提供有利价值。     

动力荷载下传统风格建筑双梁-柱节点抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑混凝土双梁-柱节点的破坏特征及抗震性能,进行了2个节点试件的动力循环加载试验,包括一个典型传统风格建筑混凝土双梁-柱节点和一个单梁-柱节点.观察了节点试件的受力过程及破坏特征,研究了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度及承载力退化、延性和耗能能力,并对其破坏模式进行了分析.研究结果表明:...     

潮汐区GFRP筋珊瑚海洋混凝土柱轴压性能试验及承载力计算

为解决海洋工程中钢筋耐久性不足以及海上建筑材料短缺问题,提出了一种新型玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋珊瑚海洋混凝土柱.对28个海洋潮汐区混凝土柱试件进行轴压静力加载试验,观察了受力破坏过程,获取了荷载-位移全过程曲线和特征点应力应变数据,分析了试件的受压破损机制及各参数对轴压力学性能的影响规律,并探讨了潮汐区该...     

Failure analysis of threaded connections in large-scale steel tie rods

Steel tie rods are very important load-carrying components in applications where high levels of pre-stresses are required. The bearing capacity of a steel tie rod is determined not only by the strength of the rod body, but also by the strength of the threaded connection that resists force. Analysis of the strength of the threaded connection and determining the optimal number of turns of thread engagement is critical to ensure structural safety. This paper reports the results of full-scale tensile rupture experiments on two categories of large-scale steel tie rods provided by China JULI Corporation: (i) LG75-00 steel tie rods with triangle threaded connection, and (ii) LG100-00 steel tie rods with trapezoidal threaded connection. The full-scale tensile rupture experiments were carried out to test the maximum allowable axial working load under different numbers of turns of engaged threads. The results of these experiments suggest strong guidelines on the minimum number of turns of thread engagement for preventing the failure of thread teeth of steel tie rods in practical shear and bending applications.     

滚花联接凸轮轴装配过程数值仿真及影响因素分析

目的探究主要工艺参数对轴向滚花联接凸轮轴的装配过程和联接强度的影响。方法对轴向滚花压装过程进行数值建模和模拟研究,分析装配联接过程中压装载荷和应力应变场的变化,并与压装实验结果进行对比验证。结果在轴管外表面滚挤轴向三角齿后再过盈压装凸轮,能形成紧密联接并可承受较大扭矩;较大的压装速度及分体部件材料匹配合理可保证其联接强度,并能有效提高装配效率。16Mn凸轮和20Cr轴管相匹配能获得较为合理的压装力,并具有良好的联接强度。获得的较优参数组合为装配速度8mm/s、滚挤后轴齿齿高0.54mm、过盈量0.22mm。结论模拟分析与轴向滚花压装实验相吻合,可为生产加工提供参考依据。     

非API套管接头完整性评估计算方法

针对非API套管接头的连接和密封性能提出一套完整的解析评估计算方法。首先建立具有密封和内外螺纹啮合结构的非API套管接头力学分析模型,依据API套管接头失效形式(螺纹跳扣、螺纹剪切破坏和接头断裂)及其机理结合弹塑性力学理论,推导出非API套管接头发生相应连接失效时的临界轴向载荷计算公式。然后,依据螺纹啮合对变形协调方程和单个螺纹牙轴向弹性变形分析,推导出套管接头螺纹牙啮合法向接触力计算方程组,从而获得非API套管接头各个螺纹牙轴向变形量及其承载轴向载荷分布情况数值解。最后,通过对比各个螺纹牙承载轴向载荷与连接失效临界载荷对非API套管接头进行连接性能评估;通过计算轴向载荷和气体内压作用下,套管接头螺纹轴向变形量及其对接头密封过盈配合值的影响,对非API套管接头进行密封性能评估。通过对3种典型非API套管接头完整性评估计算结果表明:在螺距、螺纹啮合中径、螺纹高度等螺纹参数相同情况下,非API套管接头的螺纹牙型设计参数(承载面角度与导向面角度)对其连接和密封性能影响显著。     

Axial crush and bending collapse of an aluminum/GFRP hybrid square tube and its energy absorption capability

In this paper, energy absorption capability of axial crush and bending collapse of aluminum/GFRP hybrid tubes were investigated. Glass fiber–epoxy composite prepregs were wrapped around an aluminum tube and then cured completely in the autoclave under the recommended cure cycle. Bonding process between composite and aluminum tubes was performed by excess resin extracted from the composite tube during curing process. For comparing energy absorption characteristics of the hybrid tube with those of pure aluminum and composite tubes, tests were performed using specimens made of an aluminum alloy and a composite material, respectively.

Failure mechanisms of the hybrid tube under the axial compressive load and the bending load were experimentally investigated. For calculating energy absorption capability of axial crush and bending collapse behaviors of the hybrid tube, the modified plastic hinge collapse model and the modified Kecman's model for hybrid tube were suggested, respectively. Two suggested models for the hybrid tube showed a good agreement with the experimental results.     

玻璃纤维增强聚合物复合材料约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分...     

冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点抗震性能研究

摘要：汶川地震后冷弯薄壁方钢管在灾区重建过程中得到了大量使用,但其梁柱节点的连接方式和力学性能等尚需进一步研究。为此,文中基于结构实际受力情况设计了一种三维双节点试验模型,对不同轴压比下冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点和普通节点的8个试件进行了足尺试验,通过对比分析研究了低周往复荷载作用下加腋节点的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数（承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等）。同时,利用ANSYS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行了对比分析进一步对加腋节点进行了研究。结果表明：试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;加劲腋板提高了节点的初始刚度和承载力,钢管梁的弹塑性性能得到了充分发挥,不同轴压比下均出现了塑性铰,导致加腋节点各试件的最终破坏均是由钢管梁塑性变形过大出现局部屈曲引起;加劲腋板提高了节点的延性系数及往复变形次数,延长了变形时间,增大了节点的粘滞阻尼和耗能性性能,改善了节点的抗震性能;随轴压比增加,加腋节点塑性变形减小,脆性破坏特征增加,各耗能系数均相应降低。     

FRP-钢管-混凝土构件抗震性能试验研究

为了研究低周循环往复荷载作用下GFRP(glass fiber reinforced polymer)-钢管-混凝构件的力学性能以及对比CFRP(carbon fiber reinforced polymer)-钢管-混凝土构件的性能差异, 对尺寸相同而加固方式不同的圆形截面FRP(GFRP、CFRP)-钢管-混凝土试件进行了拟静力试验, 荷载采用轴压、双向弯曲的组合来模拟地震动力。结果表明: FRP(GFRP、CFRP)的加固可以有效地提高构件抗动态弯曲的能力; GFRP-钢管-混凝土构件延性高于相同情况下CFRP-钢管-混凝土构件; 与普通钢管-混凝土相比, 环向、纵向和双向包裹的GFRP-钢管-混凝土构件的耗能系数分别提高2.0%、7.0%和12.7%, 而CFRP-钢管-混凝土分别提高2.0%、5.8%和6.7%。     

Structural performance of composite sandwich bridge decks with hybrid GFRP–steel core

This paper presents the static and fatigue performance of composite sandwich bridge decks with hybrid GFRP–steel core. The composite sandwich bridge deck system is comprised of wrapped hybrid core of GFRP grid and multiple steel box cells with upper and lower GFRP facings. Its structural performance under static loading and fatigue loading with a nominal frequency of 5 Hz was evaluated. The responses from laboratory testing were compared with the ANSYS finite element predictions. The failure mode of the proposed composite sandwich bridge deck was more favourable because of the yielding of the steel tube when compared with that of all-GFRP decks. The ultimate failure of the composite sandwich deck panels occurs by shear of the bonded joints between GFRP facings and steel box cells. Results from fatigue load test indicated no loss in stiffness, no signs of de-bonding and no visible signs of deterioration up to 2 million load cycles. The thickness of the composite sandwich deck retaining the similar stiffness may be decreased to some extent when compared with the all-GFRP deck. This paper also presents design of a connection between composite sandwich deck and steel girder.     

碳纤维增强环氧树脂复合材料螺栓连接结构在拉伸载荷下损伤过程的声发射分析

采用声发射技术对不同几何尺寸的碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）螺栓连接结构在静力载荷下破坏行为进行了试验研究,比较了不同几何构型下的连接结构的破坏行为与声发射信号之间的映射关系。采用声发射技术对结构损伤过程中的声发射信号进行全程采集与转换,结合CFRP螺栓结构的载荷-位移曲线和宏/细观破坏形貌,分析了幅值、熵曲线和Andrews曲线与破坏行为之间的关系。结果表明:挤压与剪切破坏试件的载荷-位移曲线均呈现出较明显的塑性特征。结构发生挤压和剪切破坏时,声发射信号以中幅值信号为主,并伴随少量高幅值信号;结构发生拉伸破坏时对应的幅值为中幅值信号。根据熵曲线特征将CFRP连接结构破坏过程分为四个阶段,在损伤演化阶段发生纤维断裂、分层等失效模式,在结构失效阶段以分层失效为主。基于Andrews曲线分析得到挤压和拉伸失效模式在损伤演化阶段会出现多种损伤类型,剪切失效模式在结构失效阶段会出现多种损伤类型。