钢管混凝土双肢柱单腹板肩梁的试验研究和理论分析

单层工业厂房框架柱的肩梁是构造、受力较为复杂的节点。文章针对钢管混凝土双肢柱单腹板肩梁，通过有限元分析及模型试验，探讨了肩梁腹板及翼缘的应力分布，对这种肩梁的受力性能有了进一步了解。     

不同上部刚度对木框架剪力墙受力性能影响的试验研究

木框架剪力墙试验研究时,荷载传递梁的刚度对木框架剪力墙的破坏模式以及侧向荷载承载力有直接的影响,当木框架剪力墙墙端以及墙中洞口边未采用墙端锚栓时,这种影响更甚。当墙顶连接铰接荷载传递梁时,在水平荷载作用下,木框架剪力墙的墙端易于被上拔而与墙基础分离,此时试验所得到的木框架剪力墙的侧向荷载承载力接近于下限值;反之,刚性荷载传递梁所得到的木框架剪力墙的侧向荷载承载力接近于上限值。主要通过22片墙体的试验研究来了解上层墙体、楼盖刚度对下层木框架剪力墙受力性能的影响。其中16片为6m长2.44m高的单层足尺木框架剪力墙,墙顶一半采用铰接荷载传递梁一半采用刚性荷载传递梁,4片为足尺典型二层墙体,另外2片为增加了墙端锚栓的单层足尺木框架剪力墙。对试验结果从初始刚度、极限荷载、极限位移、能量耗散以及锚栓内力等方面进行分析,最后形成了采用刚性荷载传递梁和二层墙体均能增加墙体侧向荷载承载力的结论。     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅱ):数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处采用分配梁构造时的钢-混凝土共同工作性能,文中结合试验结果进行精细化数值分析。首先,采用ABAQUS软件建立设置分配梁构造的巨型钢管混凝土柱精细化数值模型,得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验结果吻合良好,验证有限元模型的有效性。其次,进一步针对分配梁构造下巨型钢管混凝土柱的屈服承载力、极限承载力进行参数分析,共考虑47种分配梁截面,涵盖5种不同截面尺寸的巨型柱。结果表明,由分配梁构造传递至核心混凝土的竖向荷载,屈服承载力略大于分配梁自身的全截面抗剪承载力,极限承载力小于分配梁自身的全截面抗拉极限承载力。同时,明确了分配梁受力机理及破坏模式。最后,为模拟分配梁构造在实际工程中的性能,建立设置分配梁的十四层足尺钢管混凝土巨型柱精细化有限元计算模型并对其共同工作性能进行分析,表明采用该构造能够基本保证巨型钢管混凝土柱中钢管与混凝土的平截面假定共同工作状态。     

框支短肢剪力墙斜柱式转换结构抗震性能试验研究

针对框支短肢剪力墙斜柱式转换结构的抗震性能,开展了3榀斜柱式转换和1榀梁式转换试件在竖向荷载和低周水平反复荷载共同作用下的拟静力试验,对其破坏形态、承载力、滞回性能和位移延性等进行了较为系统的研究。研究表明,转换层上部短肢剪力墙肢厚比对转换梁的受力性能有重要影响;设计合理的框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构具有较好的延性,能够形成多道抗震防线,进而获得良好的抗震性能。     

框支剪力墙结构转换梁的受力性能研究

对框支剪力墙结构进行了受力形式的改进,将转换大梁分解成两根截面尺寸相对较小的梁,分别将它们设置在本层及下一层处,形成双层式转换梁结构,分析了其在竖向荷载及弹性地震作用下的受力性能。通过分析得出双层式转换梁结构比单层转换梁具有更好的受力性能。     

小偏移错位柱SRC梁式转换层节点承载性能研究

某超高层建筑一层的一根柱无法直接落到地下室,上下柱形成1.4m小偏移。该柱竖向荷载巨大,为此设置了转换梁,形成小偏移错位柱SRC梁式转换层,将荷载传至下柱。鉴于小偏移错位柱SRC梁式转换层节点区构造复杂,受力及传力途径不十分明确,进行了转换层节点承载性能研究。通过转换层有限元分析和1/5模型承载力试验,明确了转换层节点在设计荷载和极限荷载作用下型钢、钢筋、混凝土的应变、应力、混凝土开裂情况及转换梁的挠度变化情况。得出该转换层节点区在设计荷载作用下,结构设计满足承载能力和正常使用的要求;在大震组合值作用下,转换层节点出现较大裂缝,但能够继续承载。研究表明：小偏移错位柱SRC梁式转换层破坏区域为上柱、偏置下柱以及二者之间的转换梁组成的转换层节点区,该转换层极限荷载由节点区混凝土开裂状态确定。此类转换层的设计原则为满足转换层节点的延性和超强设计要求。     

蜂窝状钢骨混凝土L形柱正截面承载力的试验研究

蜂窝状钢骨混凝土L形柱,是一种特别适用于钢结构住宅建筑的新型异形柱。为了考察该新型构件的正截面受力、变形特性,本文进行了两根等肢和不等肢L形柱的单调加载试验,研究了轴心和偏心压力作用下该新型构件的受力、变形性能与破坏形态。研究结果表明,蜂窝状钢骨能增强钢骨与混凝土间的黏结能力,提高其协同工作与整体受力性能;蜂窝状钢骨的存在,提高了该新型构件的正截面承载力;该新型构件的破坏模式与相应荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏模式相似;在荷载不超过极限荷载的80%之前,该新型构件的截面应变符合平截面假定。     

竖向荷载作用下柱列支撑体系受力性能试验研究及有限元分析

为研究柱列支撑体系的受力性能和验证有限元方法分析该问题的可靠性,对带有不同初始几何缺陷分布的单层和双层柱列支撑体系进行静力模型试验研究。研究结果表明:由于试验模型中柱和水平撑杆的初始几何缺陷的随机分布,水平撑杆受压力或拉力也是随机的;双层柱列支撑体系的极限承载力高于单层柱列支撑体系的极限承载力,且双层柱列支撑体系中的水平撑杆减小柱的计算长度超过柱高的一半;柱列支撑体系的失稳破坏是由于单柱失稳破坏引发的。采用有限元模型对试验进行了模拟验证,计算结果与试验结果吻合良好。     

传统风格钢筋混凝土梁-柱节点抗剪机理分析与抗剪承载力计算

结合传统风格钢筋混凝土梁-柱中节点的低周反复荷载试验结果,分析了传统风格钢筋混凝土梁-柱节点的受力机理及影响节点抗剪承载力的主要因素。结果表明:传统风格钢筋混凝土梁-柱节点受力机理及抗剪承载力与常规梁-柱节点有显著区别,其开裂荷载及抗剪承载能力大小主要取决于下核心区强度;节点抗剪承载力主要影响因素为混凝土强度、节点体积配箍率、轴向力及上、下梁间距。基于抗剪机理分析及主要影响因素分析,提出了传统风格钢筋混凝土梁-柱节点的开裂荷载和抗剪承载力的计算公式,根据试验结果确定了相关系数。研究成果可为该类结构的工程实践提供参考。     

L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱双向压弯稳定性试验研究

对L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱进行了双向压弯试验,分析了在双向压弯荷载作用下偏心距的变化对L形异形柱的竖向应变、侧向挠度、各单肢柱柱中截面的横向应变以及连接钢板的竖向应变等参数的影响。结果表明,在双向压弯荷载作用下,L形异形柱的极限承载力随着偏心距的增大而降低;连接钢板对各单肢柱的约束作用较强,保证了L形异形柱的整体性,各单肢柱可以协同变形。研究结果为后续L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱其他受力性能的研究提供了参考。     

轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土短柱的试验和数值研究

使用试验和数值方法研究轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土柱的性能。对一个外层为八边形钢管﹑内层为环形PVC-U管﹑且在两层间填充高强混凝土的双层中空钢管混凝土柱进行研究。测试混凝土强度﹑径厚比﹑空心率﹑长细比对双层钢管混凝土柱的极限轴压承载力的影响。经测试发现:双层中空钢管混凝土柱的极限轴压承载力随着混凝土强度的增加而增加,但随着径厚比或空心率的增加而减少。根据试验结果,提出一个能预测双层中空钢管混凝土柱极限轴压承载力的设计公式。     

带裂缝RC矩形梁力学性能的试验研究

为了解既有裂缝对RC矩形梁受力性能的不利影响,进行了8根带裂缝(裂缝宽度0.7～1.2mm)混凝土矩形梁受力性能的对比试验研究.重点研究了既有裂缝对混凝土矩形梁受力性能、破坏模式和极限承载力的不利影响.研究结果表明,带裂缝RC矩形梁的屈服荷载有所降低,降低幅度为2.4%～22.0%;极限承载力略有降低,降低幅度为0.9%～10.7%;初始刚度略有降低.     

钢管混凝土柱极限承载力的统一算法研究

介绍国内外各设计规程关于钢管混凝土柱极限承载力的计算方法并进行比较分析。钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的受力性能具有共性,即长细比和偏心率对柱面内整体极限承载力的影响基本上是独立的。基于上述规律,在分析评价国内外各规程计算方法的基础上,对钢管混凝土柱极限承载力的统一算法开展研究。分别进行钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的算例分析,研究结果表明,计算值与试验值吻合良好。最后提出适合工程应用的钢管混凝土柱极限承载力的统一算法,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和规程修订提供参考。     

不等肢异形柱框架边节点抗裂承载力研究

为了分析不同柱肢尺寸对节点破坏形态和抗裂承载力的影响,对4个钢筋混凝土不等肢异形柱框架边节点进行了低周反复荷载作用下抗震性能试验研究。试验结果表明:节点的破坏形态、抗裂承载力随着柱肢尺寸不同而发生变化。在分析钢筋混凝土不等肢异形柱节点受力的基础上,提出了异形柱节点抗裂承载力计算公式,应用弹性理论给出了考虑翼缘柱肢影响的异形柱节点核心区截面有效宽度、截面有效高度的表达式。将提出的节点抗裂承载力计算公式与试验结果进行比较,发现两者吻合较好。     

嵌入式FRP筋加固梁抗弯承载力分析

通过两点静力荷载作用下3根表层嵌贴FRP筋加固的钢筋混凝土T形损伤梁的试验,研究了嵌入式FRP筋加固梁的破坏特征和受力性能。分析了FRP筋表面特征和FRP筋材料种类对加固梁破坏模式、极限承载力、刚度等方面的影响。试验结果表明:嵌入式FRP筋加固方法能显著提高梁的屈服荷载和极限承载力;加固量一定时,带肋CFRP筋加固梁的极限承载力最高,光圆GFRP筋加固梁的极限承载力最低。在试验研究的基础上,建立了剥离破坏模式下嵌入式FRP筋加固梁的抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢纤维混凝土及扁梁宽度对扁梁柱节点抗震性能的影响

根据4个扁梁柱节点在低周反复荷载作用下的试验,分析了扁梁宽度和钢纤维对节点的破坏形态、受力机理、初裂承载力、极限承载力、节点刚度及抗震性能的影响.研究表明采用钢纤维混凝土,可以改善构件的破坏形态,提高构件的初裂承载力、极限承载力、节点刚度、延性和耗能能力;不同宽度的扁梁与柱的节点具有不同的破坏形态和受力机理,其刚度和抗震性能也有差别;宽扁梁柱节点的外核心区混凝土对初裂承载力和极限承载力有一定的贡献;CEB-FIP规范给出的扁梁宽度限值比较合理.     

碳纤维布加固二次受力下剪弯段开双孔RC梁受力性能

基于剪弯段开双孔RC梁受力的特点,考虑不同的初始荷载,对碳纤维布(CFRP)加固二次受力条件下剪弯段开双孔梁的受力性能进行了试验研究。研究结果表明,未加固开孔梁的承载力随初始荷载的增大而降低,破坏时梁的底部钢筋没有发生屈服,呈剪压破坏状态;与未开孔RC梁相比,二次受力下各开孔梁的承载力随着初始荷载的增大有明显下降的趋势,当初始荷载分别为未开孔梁极限承载力设计值的20%,40%和60%时,其极限承载力分别降低了26.1%、30.9%和35.5%。初始荷载不超过未开孔梁极限承载力设计值的40%时,开孔梁碳纤维布加固后的极限承载力与未开孔梁相比下降幅度不超过8%,加固效果明显;初始荷载低于未开孔梁极限承载力设计值的60%时,开孔加固梁的底部钢筋屈服,与未开孔梁一样呈受弯破坏形态。     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。     

带板双连梁与带板单连梁的对比分析及工程应用

通过有限元分析软件ANSYS分别建立带板双连梁和带板单连梁联肢剪力墙结构模型,并在结构顶点施加水平荷载,研究带板双连梁与带板单连梁在水平荷载作用下的受力性能。分析带板双连梁的连梁、墙肢内力、顶点最大位移、破坏形态、结构极限承载力及延性等特性,并与带板单连梁进行对比研究。研究结果表明:带板双连梁在不影响水平力传递的基础上,能有效降低连梁剪力和弯矩,并对改善墙肢的受力有着显著作用;与带板单连梁相比,带板双连梁的极限承载力与抗侧刚度有一定的降低,但位移延性有较大提升。最后通过工程实例,验证了有限元计算分析的结论,确认了双连梁结构形式在工程实际中的有效性,为以后结构设计提供了参考。