工字形钢筋混凝土剪力墙有效刚度研究北大核心CSCD

工字形钢筋混凝土剪力墙因具有较高的承载力与刚度,被广泛运用于建筑结构抗震设计之中。有效刚度对于钢筋混凝土剪力墙的抗震性能有着重要影响。利用有限元软件DIANA对拟静力加载下工字形钢筋混凝土剪力墙进行研究,分析了翼缘宽度、轴压比、剪跨比、腹板纵筋强度、翼缘纵筋配筋率对有效刚度的影响。结果表明,工字形钢筋混凝土剪力墙的有效刚度折减系数随着翼缘宽度、腹板纵筋强度的增加而减小,随着轴压比、剪跨比的增大而增大,翼缘纵筋配筋率影响不大。提出了适用于工字形钢筋混凝土剪力墙有效刚度的计算公式,其计算结果贴合试验值,说明该公式准确度较高,可用于计算工字形钢筋混凝土剪力墙的有效刚度。     

铝合金工字形截面的抗剪承载力研究

提出了考虑腹板屈曲后强度和翼缘约束效应的铝合金工字形截面的抗剪设计方法,并给出实用的建议设计公式。采用有限元方法模拟铝合金工字形截面的受力变形,并对已有工字形截面的抗剪承载力计算理论进行分析。有限元方法得出的荷载-位移曲线反映出铝合金工字形截面腹板弹性剪切屈曲力相当低,而构件整体抗剪承载力却相对较高,传统钢构件的设计方法不能准确反映其实际抗剪能力。在此基础上指出对于铝合金材料制成的工字形截面,抗剪设计公式应准确、方便的计算腹板受剪屈曲后承载力和翼缘对截面抗剪承载力的贡献。经数据比对,建议设计公式的计算结果和Hamoodi M J、Burt C A和Evans H R的试验资料及现行的欧洲铝合金规范公式计算结果吻合,且公式计算简捷。     

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。     

460MPa级高强度钢材工字形截面轴心受压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究标准屈服强度为460 MPa的高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能,采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响,与已有的460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱试验进行对比分析,验证了有限元建模方法的正确性。利用经过验证的有限元模型,针对460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部屈曲性能进行有限元参数分析,并将已有试验结果、有限元参数分析结果,与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计曲线进行对比,提出新的设计公式。结果表明:钢板厚度、钢板长宽比、局部初始几何缺陷幅值和残余压应力值对构件翼缘极限承载力的影响很小,但对翼缘局部屈曲承载力有较大影响;所提出的建议设计计算公式相对于中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计计算方法,更加适用于460 MPa工字形截面轴心受压柱极限应力和局部屈曲应力的设计计算。     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯性能研究

对6个单肢冷弯薄壁型钢C形截面梁和18个双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁进行了受弯性能试验研究 ,考察梁跨高比、翼缘宽厚比、截面高宽比、螺钉连接间距以及腹板开孔对双肢拼合工字形截面梁破坏模式和极 限受弯承载力的影响,验证双肢拼合截面梁受弯承载力具有“1×2≥2”的拼合效应,并采用ANSYS有限元软件进 行数值模拟与影响因素分析。结果表明：试件的破坏模式为翼缘及腹板局部屈曲和畸变屈曲的相关屈曲形式。改 变翼缘宽厚比和截面高宽比对双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁的承载力影响最大,而改变螺钉连接间距 （300~600mm范围内）和梁跨高比对工字形梁的承载力影响较小。在实际工程设计中,建议腹板开孔采用圆形孔 洞形式,腹板开孔截面积比例取为35%~50%之间,同时腹板开孔间距应不小于400mm。在双肢拼合工字梁受弯承载 力折减强度法的基础上,提出了适用于腹板开孔双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯承载力计算的强度折减 修正法。     

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析北大核心CSCD

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。     

变截面工字形钢筋混凝土桩水平承载特性模型试验研究

为研究变截面工字形钢筋混凝土桩在水平荷载作用下的受力特性,对其进行了单桩水平静载缩尺模型试验,实测得到了水平荷载作用下变截面工字形钢筋混凝土桩与土共同作用的工作性能,分析了变截面工字形钢筋混凝土桩受水平荷载作用时的内力、变形、极限承载力。结果表明,垂直翼缘方向的水平临界荷载近似为垂直腹板方向水平临界荷载的3倍,桩身最大弯矩分布在距桩顶0.34m处,桩身弯矩影响深度约为0.96m。     

H形钢-木组合梁受弯性能试验研究

提出一种以焊接H形钢梁为骨架,钢梁翼缘外表面黏结木板组成工字形截面的钢-木组合梁。以组合梁中的木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度为参数,对9根钢-木组合梁进行弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下钢板和木板的应变变化、组合梁挠度的发展、破坏过程及破坏形态,探讨其受弯承载力和抗弯刚度等弯曲性能。结果表明,H形钢和木板整体工作性能好,组合效应显著,构件跨中横截面应变呈线性分布。试件荷载-跨中挠度曲线呈弹性和弹塑性两个阶段,最终以下翼缘木材跨中断裂而破坏。随着木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度的增大,试件的承载力呈现不同程度的提高。提出了计算钢-木组合梁跨中挠度及受弯承载力的简化计算式,将其计算结果与试验结果进行对比,结果表明计算式精度较高,可以为钢-木组合梁的应用提供设计依据。     

钢筋混凝土薄壁箱梁抗剪性能及尺寸效应试验研究

以某钢筋混凝土箱梁为原型,按截面主要尺寸基本相似的原则,制作了1∶10与1∶5两种比例4片钢筋混凝土试验梁。试验主要研究了箱形截面梁与等效工字形截面梁抗剪性能的差异,并比较不同比例下试验梁的尺寸效应。试验及分析结果表明:箱梁抗剪承载力比相同配筋率等效工字形截面梁约低8.5%,薄壁箱梁的抗剪承载力利用等效工字形梁的公式进行计算是偏于不安全的;试件尺寸增加一倍,箱梁抗剪承载力试验值与理论值之比降低3.9%,工字梁降低3.0%,实际结构中,箱梁截面尺寸更大,现有规范公式的适用性值得进一步研究。     

工字形截面RC剪力墙抗震性能对比分析

基于有限元软件对工字形截面带翼缘剪力墙的抗震性能进行了数值模拟,通过与试验结果对比,验证了有限元模型的正确性,进而分析了约束区增加翼缘对剪力墙抗震性能的影响。结果表明:工字形截面带翼缘剪力墙与矩形截面剪力墙随轴压比的变化规律相似。     

焊接加固热作用对工形截面压弯钢构件承载性能的影响

为研究焊接加固热作用及不同初始负载对工字形压弯钢柱承载性能的影响,基于考虑热影响的热结构耦合分析方法进行了热源模型热输入改进,并考虑初始几何缺陷、初始残余应力及摩擦等,完成了不同负载下焊接加固的3个工字形压弯钢柱的模拟分析。研究了焊接位移时程、腹板应力应变重分布及荷载位移关系,通过有限元分析与相应试验结果对比验证,进而获得了试验无法获得的焊接温度场、翼缘与加固板间的焊接应力应变重分布以及翼缘边缘屈服承载力等结果,并将承载力结果与规范计算结果对比,考察了现有设计方法。结果表明,焊接顺序决定焊接变形的发展过程,焊接热输入和初始负载共同决定持载焊接的位移变化范围和焊接残余变形的大小;初始负载越大,应力应变重分布往偏心受力方向发展更多,承载力越低,而初始残余应力不影响极限承载力;采用考虑热影响的有限元方法具有一定可行性和总体安全性,规范设计方法仍有可提升空间。     

肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析

基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明:内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

冷弯薄壁型钢-重组竹组合工字形梁受弯性能研究

冷弯薄壁型钢和重组竹通过结构胶复合成工字形截面的钢-竹组合梁,以翼缘竹板厚度、型钢壁厚、梁宽、梁高为主要参数,对9根钢-重组竹组合梁试件进行弯曲性能试验,观察各级荷载作用下型钢及竹板的应变变化、组合梁挠度的发展,分析组合梁的破坏过程、破坏形态及破坏机理,探讨组合梁的抗弯承载力,并提出组合梁承载力计算方法。研究结果表明,基于重组竹的钢-竹组合梁整体工作性能好,组合效应显著,其受力过程呈现出明显的弹性、屈服、开裂、极限四个阶段,表现出较好的延性,同时具有较高的承载力,组合梁的承载力计算结果与试验值吻合良好,误差在10%以内。     

轴心受压钢柱截面的优化设计

在轴心受压钢柱的设计中,选择合适的截面形式可以提高钢柱的承载力,节省钢材。文章探讨了在用钢量相同的情况下,普通轧制工字钢、H型钢、焊接工字形钢(翼缘为焰切边)和双肢格构缀条钢柱的稳定承载力。分析结果表明,双肢格构缀条钢柱的稳定承载力优于其它三种截面钢柱。验证了钢柱设计时截面越开展、稳定承载力越高的结论。     

冷弯薄壁型钢双肢拼合构件轴压承载力研究

目前我国相关规范对冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力设计方法比较粗略。基于已有的卷边槽形截面构件和由其组成的组合箱形截面构件的轴心受压承载力试验研究结果,通过有限元模拟和理论分析研究了此类构件拼合前后的受力性能的差异。分析了安装误差和连接件间距对拼合构件承载力的影响。提出了针对组合箱形和工字形截面构件的轴心受压承载力设计方法。研究表明,组合箱形截面构件的整体屈曲和畸变屈曲承载力较单肢截面构件有一定提高,而组合工字形截面构件仅整体屈曲承载力有一定提高。设计承载力与试验结果的比较表明,所提出的建议设计方法基本合理,可为相关规范的编制提供参考。     

基于遗传算法的钢-竹组合工字形梁截面优化设计

以钢-竹组合构件的计算理论与设计方法为研究背景,结合结构优化设计的相关理论对钢-竹组合工字形截面梁进行优化设计。此次优化有成本最小化和抗弯刚度最大化两个目标,采用加权系数法将两个目标转化为单一优化目标,并加以承载力和构造要求的约束条件,最终建立钢-竹组合工字形截面梁多目标优化设计的数学模型。利用遗传算法搜索得到设计参数的最优解,对组合梁的含钢率、翼缘宽厚比和腹板高厚比随加权系数变化的规律及其取值进行分析研究。优化结果表明：采用遗传算法进行优化后的钢-竹组合工字形截面梁的截面参数取值合理,其中组合梁的含钢率范围在9%~20%之间;翼缘宽厚比取5左右为宜;腹板高厚比的取值不小于10且不大于40,同时高厚比随着组合梁跨度的增加逐渐减小,其中跨度较小时取30左右,跨度较大时约取15。优化设计实例表明了所采用的优化思路和优化方法对钢-竹组合工字形梁截面的优化是有效可行的。     

高强钢工字形截面开孔梁受弯性能试验研究

为了研究高强钢工字形截面开孔梁的受弯性能,对名义屈服强度为550 MPa和690 MPa的高强钢工字形截面开孔梁进行了三点弯曲和四点弯曲试验。试验共计12个试件,通过分析试件的破坏模式、极限荷载下的变形曲线、应变曲线和弯矩-挠度曲线,表明:试件的破坏均是由翼缘处发生的局部屈曲引起的,高强钢试件具有良好的延性,孔洞的存在削弱了试件的整体性,孔洞附近有应力集中现象,孔径的大小及数目对试件的极限承载力有不同程度的影响。