腹板开洞钢-混凝土组合梁极限承载力的影响因素分析

腹板开洞组合梁在国外工程中已广泛应用。在钢梁腹板上开矩形洞的钢-混凝土组合梁可减少管道对建筑空间的占用,降低工程成本。但腹板洞口的存在影响了组合梁开洞截面的抗弯和抗剪承载力。介绍目前开洞组合梁承载力的计算方法,并利用ANSYS软件对影响腹板开洞组合梁极限承载力的主要因素进行计算分析。结果表明:洞口弯剪比、洞口尺寸、栓钉连接件数量、洞口上方组合板的宽度与厚度、洞口偏心距、混凝土板的横向配筋率对开洞组合梁的承载力均有一定影响,在结构设计时应予以考虑。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁承载力试验研究与理论分析

通过外挑钢-混凝土组合梁的单调加载试验和有限元分析,研究负弯矩区腹板开洞对其受力性能的影响,并基于弯剪承载力相互作用的准则,提出承载力理论计算方法。结果表明：截面开洞显著降低了组合梁的承载能力和刚度;最终破坏形式为洞口上方混凝土板的剪切破坏;组合梁承载能力随着截面削弱的加大而降低;洞口补强板可减轻洞口区域应力集中,进而提高组合梁的承载力;承载力随着洞口中心线与支座距离减小（即弯剪比的增大）而减小。应用建议的负弯矩区腹板开洞组合梁承载力计算方法得到的承载力计算结果与试验及有限元分析结果吻合较好。     

腹板开洞钢-压型钢板组合梁承载力分析比较

文章通过大量试验数据的整理分析,提出了腹板开洞钢-压型钢板组合梁洞口截面承载力的计算公式。提出的公式考虑了洞口上方组合板对开洞截面抗剪和抗弯承载力的贡献。统计结果表明,公式与试验结果吻合较好,为规范的修订和工程应用提供了依据。     

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。     

腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件推出试验

提出一种节省钢材且具有较高受剪承载力的新型组合梁--腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,它是将倒T形钢梁腹板上部开槽,嵌入到混凝土翼板中形成的组合梁。通过10个推出试件的试验,研究腹板嵌入式组合梁中钢板连接件的受剪承载力。推出试验结果表明,连接件的受剪承载力随混凝土强度等级、钢板厚度增加而提高。基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出嵌入式组合梁连接件受剪承载力计算公式,并提出连接件的构造要求。通过与普通组合梁中栓钉连接件受剪承载力的比较表明,腹板嵌入式钢-混凝土组合梁中钢板连接件具有承载力高、易于实现完全抗剪连接的优点,而且连接件抗剪连接刚度大,可以减少组合梁由于滑移效应引起的刚度折减。     

预应力腹板开洞组合梁非线性有限元分析

为研究预应力腹板开洞组合梁在静载作用下的受力性能,以通用有限元程序ANSYS为平台,提出了用于模拟预应力腹板开洞组合梁非线性全过程受力行为的精细有限元模型,并对预应力腹板开洞组合梁的承载力影响参数(预应力筋布置形式、预应力筋初始张拉力、混凝土板配筋率、栓钉布置)进行了分析。研究结果表明:施加预应力能明显提高腹板开洞组合梁的刚度和承载力,而且扩大了组合梁的弹性承载力;增加混凝土板的配筋率能有效提高组合梁的变形能力并减少混凝土板的裂缝;增加栓钉的数量能减小组合梁的界面滑移,并能提高预应力腹板开洞组合梁的刚度和承载力。     

钢-压型钢板混凝土组合梁栓钉承载力研究综述

近年来,随着装配式施工的推广,钢-混凝土组合结构的应用越来越广泛。钢-压型钢板混凝土组合梁是组合结构中的常用构件。钢-压型钢板组合梁是通过抗剪连接件将钢梁与压型钢板混凝土组合楼板连接成一个共同工作的整体结构构件,组合梁中通常采用栓钉作为抗剪连接件。因此,对钢-压型钢板混凝土组合梁栓钉连接件的受剪承载力进行准确评估和计算具有重要的工程应用价值。为了获得较理想的栓钉连接件受剪承载力计算模型,对国内外压型钢板组合梁栓钉连接件承载力的研究进行了综述,并收集了相关推出试验的数据,对几种典型的具有代表性的公式计算结果进行了比较,通过对比较结果的分析,明确了影响栓钉承载力的重要因素,指出了目前各个计算公式中存在的问题和不足,同时提出了进一步的研究建议。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

为研究腹板开洞对负弯矩区组合梁受力性能的影响,对三根腹板开洞外挑组合梁和一根对比梁进行了试验研究,考虑是否开洞、洞口大小、洞口补强等参数的影响.试验结果表明:腹板开洞后,组合梁开裂荷载减小,且初始裂缝出现在洞口上方混凝土板中;洞口区域截面纵向应变分布不再满足平截面假定;组合梁最终表现为洞口上方混凝土板的剪切破坏,承载力降低;洞口补强可显著改善梁的受力性能,提高其承载力.     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁受力性能试验与有限元分析

为了研究负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力及相关受力性能,对4根组合梁试件进行了试验研究和有限元分析。结果表明,负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力明显降低,洞口区域应变不再符合平截面假定;通过增加混凝土板厚度可以提高其承载力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献;洞口形状对其受力性能有较大的影响。     

腹板嵌入式组合梁抗剪连接件拔出试验

为了研究腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的抗拔性能,考虑各影响因素,设计了6个拔出试件并进行了试验研究,得到了试件破坏特征及拔出力一位移关系曲线.建立了钢板连接件受拔出力作用的力学模型,分析了腹板厚度、横向钢筋直径及横向配筋率对拔出承载力的影响;结合钢板连接件的抗剪承载力,对这种连接件的抗拔性能是否满足腹板嵌入式组合梁的组合作用进行了验证;参照<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)中对栓钉连接件的要求,提出了腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的构造要求.结果表明,这种抗剪连接件具有较好的抗拔性能.     

新型钢-混凝土组合梁抗剪性能试验

提出了一种新型钢-混凝土组合梁,即取消传统钢-混凝土组合梁钢部件的上翼缘,在腹板上开洞,并在混凝土翼板中布置蛇形钢筋;对3根不同剪跨比的新型钢-混凝土组合梁的抗剪性能进行了试验研究,并与1根普通栓钉组合梁进行了对比;分析了剪跨比对新型钢-混凝土组合梁的破坏形态、变形能力及抗剪承载力的影响,并对新型组合梁的破坏机理和受力特点进行了详细阐述。结果表明：新型钢-混凝土组合梁相对于栓钉组合梁具有较高的抗剪承载力和变形能力。     

栓钉连接件时变受剪承载力对组合梁施工阶段受力性能的影响

为了对钢-混凝土组合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,针对我国常用的隔板式组合梁,通过推出试验研究栓钉连接件受剪承载力随混凝土龄期的变化规律,采用ANSYS有限元分析软件分析栓钉连接件时变受剪承载力对某连续曲线组合梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明：在混凝土龄期很短时栓钉连接件就具有一定的受剪承载力和抗剪刚度,且早期增长快,后期增长慢;混凝土板分段浇筑时组合梁的应力和变形随浇筑时间间隔的增加逐渐减小,在本文实例中,与不考虑浇筑过程中混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为6 h的组合梁径向变形减小26.5%;与考虑28 d龄期混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为3 d的组合梁切向应力增大14.2%。因此,当组合梁混凝土板浇筑时间间隔在6 h至3 d之内时,均应采用栓钉连接件的时变受剪承载力来分析浇筑过程中混凝土与钢梁的时变组合作用对组合梁施工阶段受力性能的影响。     

预制装配式组合梁栓钉连接件抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁广泛应用于各类建筑与桥梁等结构,为适应装配式组合结构的发展需求,提出了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁。通过静力推出试验,研究栓钉直径、预留孔成孔方式与孔径比(预留孔径和栓钉直径比值)对预制装配式组合梁栓钉抗剪连接件的破坏形态、抗剪承载力和滑移性能的影响规律,并进行了普通现浇组合梁栓钉抗剪连接件的对比试验。试验结果表明:破坏形态均为栓钉剪断和混凝土板开裂,螺栓直径和预制成孔后的高强填料对破坏形态有一定影响。装配式抗剪连接件承载力均大于现浇试件承载力,且大于国内外相关规范计算值,采用波纹管成孔的连接件比普通成孔连接件承载力略有提高。提出的组合梁栓钉连接件预制装配构造形式具备应用于实践的可行性,且构造形式简单、施工高效,经合理设计可满足现行规范要求。     

钢-混凝土组合结构新型双钉头型栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

以钢-混凝土组合梁中普遍采用的栓钉剪力连接件为研究对象,针对普通单钉头栓钉连接件存在根部相对薄弱、抗剪能力较差、连接容易过早失效的缺点,提出了一种新型双钉头型栓钉剪力连接件形式,并进行了推出试验有限元模拟分析,在此基础上讨论了影响新型栓钉连接件抗剪承载力的主要因素,最后结合有关规范公式提出了设计建议。研究表明:新型双钉头型栓钉提高了连接件的抗剪极限承载力(与传统栓钉相比,承载力可提高约10%),减小了钢梁与混凝土板的相对滑移,提高了二者的共同工作能力。下钉头直径是影响新型栓钉连接件抗剪性能的主要因素,工程应用时可取栓钉下钉头直径为其杆身直径的1.2~1.3倍,此时连接件极限承载力较高,抗剪工作性能亦较好。当按照我国现行钢结构规范设计采用新型栓钉连接件的钢-混凝土组合梁时,可对单个栓钉连接件的抗剪承载力计算值乘以1.3增大系数。与采用传统栓钉的组合梁相比,采用新型栓钉的钢-混凝土组合梁初期刚度与前者基本相同,但后期会有约12%~20%的明显提高。由于新型栓钉的滑移较小,使混凝土板和钢梁共同工作效果提高。     

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。     

外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究

对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律。试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性。有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20%;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

通过8根跨度为3.0m和4.2m的钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的受力性能试验,研究了端部弯矩、跨度、H形钢的腹板高厚比、抗剪连接栓钉数量、设置横向加劲肋等因素对组合梁失稳破坏模式、受弯承载力及转动能力的影响。试验结果表明：对两端部作用数值相等的负弯矩工况,组合梁发生畸变失稳,其受弯承载力小于组合梁全截面塑性弯矩,转动能力偏小,而对其他接近实际结构的负弯矩工况,组合梁发生局部失稳或局部与畸变耦合失稳,其受弯承载力大于组合梁全截面塑性弯矩,转动能力较大;随着腹板高厚比减小或者在腹板上设置横向加劲肋,组合梁的受弯承载力和转动能力都有明显提高。     

缩口型压型钢板-混凝土组合板的承载力及变形(一):试验研究及纵向抗剪承载力

共进行了8块组合板试验,研究了缩口型压型钢板-混凝土组合板的破坏特征、纵向抗剪、抗弯等力学性能。试验结果表明,对组合板承载力起控制作用的是纵向剪切破坏和弯曲破坏,对于端部无栓钉的组合板,随剪跨比Ls/dp的增大,破坏形态会逐渐由纵向剪切破坏向弯曲破坏过渡;端部栓钉可以有效改善组合板在极限状态时的受力性能。在试验研究的基础上,分别采用m-k法和部分剪力连接法回归得到了计算该类型压型钢板组合板纵向抗剪承载力的必要参数,同时分析了端部栓钉的有利作用。两种方法均能较准确地预测板的极限承载力。     

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%～21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。