玻璃天桥和玻璃栈道中钢化玻璃的受力及设计分析

介绍了我国已修建的玻璃桥梁以及受力方式,将有限元计算结果与JGJ 113—2015《建筑玻璃应用技术规程》建议方法计算结果和试验结果进行对比,验证有限元计算的准确性,对钢化夹层玻璃板的承载性能进行参数分析。研究结果表明:随着玻璃板短边长度的增加,有限元所得的最大应力和挠度线性增加,JGJ 113—2015建议方法计算得到的应力线性增长而挠度非线性变化。玻璃层数对玻璃板的承载能力影响较大。增加单片玻璃厚度,玻璃板的最大应力和挠度均会降低。设计中,玻璃板的动力放大系数可取2. 0。     

玻璃钢板加固既有混凝土梁界面应力分析

对玻璃钢板加固既有混凝土梁界面应力进行了理论计算和有限元分析,研究了不同玻璃钢板长度、厚度对界面应力的影响,得到了界面应力随玻璃钢板长度、厚度变化的规律。有限元计算结果与理论结果吻合较好。     

夹层玻璃金属植入节点抗拉拔性能研究

结构玻璃一般采用夹层玻璃。对于夹层玻璃构件,可采用金属植入节点来实现构件间的连接,但目前缺少成熟的金属植入式节点承载力设计方法。为此,设计并制作了5个采用离子性中间层的夹层玻璃金属植入节点,通过静力试验研究金属植入节点的抗拉拔性能,得到了节点的破坏形态及节点在拔出过程中的荷载-位移曲线。试验中节点破坏由胶片脱黏控制,且具有一定的延性破坏特征。通过理论推导得到了考虑胶片拉伸及剪切变形协调的胶片内力计算方法和节点承载力计算方法,将拉伸黏接面脱黏时定义为金属植入节点的承载能力极限状态,建议设计时应保证外层玻璃具有足够的强度。通过试验结果与理论计算结果进行对比,验证了所提出承载力计算方法的合理性。     

奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接承载性能有限元分析

结合材性试验获得的不锈钢母材和焊缝金属材料本构关系模型,使用ANSYS有限元软件对奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接的承载性能进行了非线性有限元模拟,并将模拟结果与不锈钢正面角焊缝连接试件和侧面角焊缝连接试件拉伸试验结果进行了对比,验证了有限元模型的有效性。利用经试验验证的有限元模型对角焊缝承载力影响因素进行了参数分析,并将有限元模拟值与按照美国规范SEI/ASCE 8-02、欧洲规范EN 1993-1-4,以及中国《不锈钢结构技术规程》(CECS 410:2015)计算求得的规范设计值进行了对比,得出了承载力模拟值与各国规范设计值的比值,结果可为不锈钢设计规范的完善和工程应用提供参考。     

平流层飞艇蒙皮膜材的撕裂性能研究

研究了平流层飞艇蒙皮膜材的撕裂性能.首先测得了膜材的单轴拉伸强度,然后对不同切缝长度和试件宽度的侧边切缝试件进行单轴拉伸撕裂试验.试验结果表明临界撕裂应力随着切缝长度的增大而减小,随试件宽度的增大而增大,但切缝长度的影响更加显著.基于修正的Shoji应力场理论和考虑内部缺陷的强度因子理论,通过试验数据计算得到了修正后的Shoji应力场理论参数和应力强度因子,结果表明理论值与试验值吻合良好.最后基于修正后的Shoji应力场理论,给出了飞艇蒙皮膜材的容许切缝长度.本文成果可为飞艇蒙皮材料的撕裂性能及切缝扩展机理的研究、结构安全控制和评估提供参考.     

工形对称不锈钢梁变形性能的有限元分析

为了研究国产不锈钢梁的变形性能以及残余应力模型和不锈钢材性对其的影响,采用了多种计算方法得到不锈钢梁的荷载—挠度曲线,并通过试验进行验证。这些方法分别为:通用有限元软件ANSYS数值模拟,本课题组王元清教授推荐的修正方法,E Real等人提出的简化方法以及欧洲规范3推荐的计算方法。采用的残余应力模型分别为Gardner和本课题组推荐的残余应力模型。不锈钢材性分别取自不锈钢母材、焊接后梁截面以及欧洲规范3推荐的数值。结果表明:在有限元分析中,残余应力模型对不锈钢梁荷载—挠度的影响不明显,材性对其影响主要体现在极限承载力上,采用母材或焊接后材性数据得到的荷载—挠度曲线相差不大,均可在有限元分析中采用;在理论计算中,采用焊接后材性数据计算结果最接近试验值;各方法得到的挠度均小于试验值。本文的分析结果可为不锈钢梁的挠度计算提供依据。     

钢管灌浆套筒连接轴向受压性能试验研究

为研究钢管灌浆套筒连接轴向受压性能,设计了27个轴向受压试件,并进行静载试验,考虑了灌浆料强度和连接长度两个变化参数。通过试验得到了试件的荷载-位移曲线、钢管和套筒的应变分布,对试件的破坏过程、钢管和套筒的轴向应力、黏结应力分布规律进行了分析。研究结果表明：钢管灌浆套筒连接的荷载-位移全曲线可简化为4段式的折线本构模型;随着连接长度和灌浆料强度的增大,试件极限荷载提高;连接段内的轴向应力、黏结应力和径向应力随着荷载的增大而增大,当与钢管上抗剪键接触的灌浆料局部压碎后,连接段内部应力发生重分布,钢管上的轴向应力不再增大,钢管和套筒上的径向应力突增,接触面黏结应力分布极不均匀。提出了钢管灌浆套筒连接承载力计算公式,并将国内外相关文献中的试验结果与公式的计算结果进行对比,计算值偏于安全。     

不锈钢芯板一字形墙轴心受压承载力研究

不锈钢芯板一字形墙是由两块不锈钢面板和正交均匀排布的不锈钢芯管组成的一字形截面构件,芯管与面板的连接采用铜钎焊焊接。主要研究不锈钢芯板一字形墙轴心受压时的承载能力,提出了其轴压承载力的计算公式。首先,进行了有限元特征值屈曲分析,得到了计算一字形墙弹性屈曲荷载及相应的正则化高宽比λ_n的算式;通过非线性有限元分析,对面板厚度、高宽比、芯管外径、芯管壁厚以及芯管分布间距等参数变化对不锈钢芯板一字形墙轴压承载力的影响进行分析,得到了轴心受压稳定系数φ,以及进行稳定设计的φ-λ_n曲线;设计了3组不锈钢芯板一字形墙试件,并对其轴压承载力进行了试验研究。试验结果、有限元分析结果和计算结果吻合较好,验证了不锈钢芯板一字形墙轴压承载力计算式的安全性。     

胶合木植筋黏结锚固性能试验研究

对25个胶合木植筋（带肋钢筋）试件进行对拉试验,研究植筋长细比(λ=la/d)及胶层厚度对胶合木植筋的连接承载力及界面黏结性能的影响,并对试件的破坏形态和破坏机理进行分析。为获得胶层界面黏结应力的分布,设计钢筋内贴片试件进行试验。结果表明,试件的破坏形态主要有钢筋拔出、木材环向剪切、木材劈裂、钢筋屈服;植筋连接的拉拔承载力随锚固长度及胶层厚度的增加而增大,当植筋长细比λ达到12.5时,试件发生钢筋屈服破坏,属延性破坏模式;锚固长度与胶层厚度对植筋 木材的黏结性能影响显著,不同锚固长度和胶层厚度的试件,其胶层界面黏结应力分布符合Volkersen(1938)理论,总体上沿锚固长度方向呈两端附近大而中部小趋势;在胶层厚度2~6mm范围内,随着胶层厚度的增加,钢筋-胶层界面与木材-胶层界面平均黏结应力呈不同的变化规律,前者随胶层厚度的增加而增大,而后者随胶层厚度的增加而减小,且胶层厚度的适当增加有利于加载端部的黏结应力峰值的降低。     

X形方圆汇交钢管节点的焊缝轴拉性能试验研究与承载力计算

为了研究X形方圆交汇钢管节点（主管为方形截面钢管、支管为圆形截面钢管）的焊缝轴拉承载力,对5个非刚性连接和3个刚性连接试件进行静力加载试验。采用硅橡胶印模技术对焊缝几何特性进行精细化测量,考察焊缝全周的应变分布、破坏模式和承载力。试验结果表明：刚性连接试件在轴拉荷载作用下的焊缝全周应变分布均匀,而非刚性连接试件的焊缝全周应变分布则呈现明显的不均匀性;非刚性连接的焊缝承载力相对于刚性连接的焊缝承载力有较大程度的降低,主要原因是焊缝应力的不均匀分布以及热影响区材料的脆性破坏无法与非刚性连接主管管壁的塑性变形协调,从而先于熔敷金属发生断裂。采用有限元分析方法对焊缝的受力性能进行分析,得到不同节点参数下的焊缝有效长度,通过试验和有限元参数分析,提出了基于焊缝有效长度,且满足规范可靠度要求的非刚性连接焊缝轴拉承载力计算式。     

一种测试胶体与钢质基体间粘结剪切性能的新方法

中国现行国家标准试验方法中的单层金属片搭接接头拉伸剪切试件,由于粘结区剪应力分布极不均匀,并在粘结面上产生很高的拉应力,试验结果不能真实反映胶体与金属基体之间的粘结强度,只能作为胶体质量的检验指标,不能作为强度条件使用.该文采用的组合圆盘粘结试件用于胶层粘结剪切性能测试时,胶层及结合面剪应力分布很均匀,均匀系数可达0....     

钢桥面-薄层CRRPC组合结构栓钉连接件抗剪疲劳性能研究

采用推出试验和弯曲疲劳试验,研究钢桥面板与薄层CRRPC铺装层间栓钉连接件抗剪疲劳性能。基于Von Mises材料破坏准则和双线性本构关系,对 推出试验模型进行有限元分析、静力试验和疲劳试验,得到不同加载比和界面联接方式下的滑移-加载循环次数曲线,以及栓钉连接件抗剪承载力;开展足 尺组合梁弯曲疲劳试验,考察组合桥面系统中栓钉整体抗剪疲劳性能。研究结果表明：加载比是影响栓钉抗剪疲劳寿命关键因素之一,对于推出疲劳试验, 加载比建议取0.4;钢板与CRRPC间的黏结效应是影响疲劳寿命另一重要因素,对于存在黏结效应的推出试件,在0.5的加载比下等效疲劳寿命可以达到92.2 万次,但无黏结时,疲劳寿命仅为16.9万次;控制栓钉间距是提高组合桥面抗剪疲劳性能的有效方式,在等效实桥应力幅下,即使钢板-CRRPC间不存在黏结 效应,栓钉布距为125mm×125mm,经过8888.9万次疲劳加载,组合梁界面仍没有发生疲劳破坏。     

RC剪力墙的非线性有限元模拟分析

选取课题组已做过的2片悬臂RC剪力墙试件以及其他文献中的4片不同剪跨比的RC悬臂剪力墙试件,利用非线性有限元方法进行模拟分析,通过对有限元模型和试验得到的剪力墙试件荷载-位移曲线、破坏形态及对应位置钢筋应变值的比较,验证了模型及其参数设置的合理性和可靠性,为RC剪力墙变形性能的研究提供一种可靠的分析方法和手段。     

Inelastic behaviors of steel shear tab connections

Inelastic behaviors of shear tab connections commonly used in modern steel buildings are investigated in this work. Full‐scale steel shear tab connections with and without concrete slab physically tested by other researchers are closely simulated by non‐linear finite element (FE) method. Different nonlinear FE features (inelastic materials, surface‐based contacts and large geometric options) are included, and different solution strategies (Newton method and Explicit Dynamic method) are employed to balance computational effort and solution accuracy. The simulations extend our understandings on shear tab connections at micro levels, including stress distribution in the connection zone, movement of the neutral axis along the beam sections and normal stress distributions along steel shear tabs and concrete slabs. It is found that the shear tabs contribute to flexural strength of the beam‐to‐column connection and the elastic–plastic theory explains the observed behavior well only when concrete slab is not present. The composite steel shear tab connections have unsymmetrical behavior under negative and positive bending moments. The compressive concrete slabs significantly increase the flexural stiffness and strength of composite shear tab connections. It is also verified that the shear studs near steel columns play a key role for the composite connections. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

装配式交叉密肋钢板剪力墙参数影响分析

提出装配式交叉密肋钢板剪力墙结构,利用有限元分析方法建立纵横密肋钢板剪力墙试验有限元模型,验证建模方法的有效性及可靠性; 建立交叉密肋钢板剪力墙有限元模型,选取内嵌钢板高厚比、密肋钢板网格尺寸2个参数进行变参分析,对比各系列试件的滞回曲线、黏滞阻尼系数、骨架曲线及刚度退化情况,分析内嵌钢板墙几何参数对交叉密肋钢板剪力墙滞回性能的影响,并给出两参数的合理取值范围。结果表明:内嵌钢板高厚比λ≥500时,试件耗能能力、侧向承载能力及延性等性能随内嵌钢板高厚比的减小而显著提升,当λ<500时,上述性能提升幅度不明显,内嵌钢板高厚比λ建议取值500～600; 交叉密肋网格尺寸对试件滞回性能影响显著,试件各项性能随交叉密肋网格尺寸的减小而提升,且提升幅度与网格尺寸减小幅度呈正相关,交叉密肋网格肋板条数建议取值小于等于5×5。     

Performance of shear connection in composite beams with profiled steel sheeting

This paper describes the structural performance of shear connection in composite beams with profiled steel sheeting. An accurate and efficient nonlinear finite element model was developed to study the behaviour of headed stud shear connectors welded through-deck. The profiled steel sheeting had transverse ribs perpendicular to the steel beam. The material nonlinearities of concrete, headed stud, profiled steel sheeting, reinforcement and steel beam were included in the finite element model. The capacity of shear connection, load-slip behaviour of the headed stud, and failure modes were predicted. The results obtained from the finite element analysis were verified against experimental results. An extensive parametric study was conducted to study the effects on the capacity and behaviour of shear connection by changing the profiled steel sheeting geometries, the diameter and height of the headed stud, as well as the strength of concrete. The capacities of shear connection obtained from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American Specification, British Standard and European Code for headed stud shear connectors in composite slabs with profiled steel sheeting perpendicular to the steel beam. It is found that the design rules specified in the American and British specifications overestimated the capacity of shear connection, but the design rules specified in the European Code were generally conservative.     

超薄加劲钢板剪力墙受剪性能试验研究及数值分析

对于超薄加劲钢板剪力墙,由于钢板超薄,采用传统焊接工艺将导致严重的焊接变形,故需要采用改进焊接工艺,即将钢板墙在加劲肋处断开,进行弯折组合后焊接并形成加劲肋。为研究采用改进焊接工艺完成的超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能,进行了足尺试件的受剪性能试验,研究了钢板墙的受剪破坏形态、滞回特性、承载能力及耗能能力等,验证了在竖向加劲肋位置采用的改进连接构造及焊缝工艺满足受剪承载力要求,并对不同钢柱截面、不同墙宽高比对钢板墙受剪性能的影响进行了对比分析。结果表明：采用改进工艺的钢板剪力墙满足受剪承载力要求且具有稳定的耗能能力,随着钢柱截面积增大,钢板墙的侧移刚度、峰值荷载均有所增加,相应的极限位移、耗能能力有所下降;随着墙宽高比减小,钢板墙的侧移刚度、屈服荷载、峰值荷载均相应降低,相应的极限位移、耗能能力有所提高。采用通用有限元分析软件ANSYS对超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能试验进行了数值模拟,有限元结果与试验结果总体吻合良好,有限元分析可以很好地模拟超薄加劲钢板剪力墙的全受力过程和破坏模式。     

Research on mechanics and deformation performance of plate-reinforced composite coupling beamswith small span-to-depth ratio

根据7个小跨高比钢板 混凝土组合连梁试件的应变量测数据，研究了纵筋、箍筋和钢板在不同转角位移下的应变分布，定量分析了不同工作阶段连梁中钢板承担的剪力，并采用ABAQUS软件对组合连梁试件的抗震性能进行了非线性有限元分析。结果表明：钢板承担的剪力占连梁总剪力的百分比随连梁弦转角的增大而逐渐增大；小跨高比组合连梁剪切变形和总侧移量并不成固定比例增长；随着加载位移的增加，连梁剪切变形所占比例逐渐增大，各试件达到屈服荷载以后，剪切变形已超过总变形的50%以上。采用混凝土应力-裂缝宽度关系来考虑混凝土受拉软化性能，能较好地进行小跨高比组合连梁的弹塑性有限元分析。钢板沿梁跨度方向全跨轴向受拉，拉力分布呈M形分布，随着钢板厚度的增大，M形的峰值点拉力逐渐增大，在梁跨内钢板拉力较小，最小仅约为其峰值拉力的20%；跨高比、截面配钢率、纵筋配筋率、混凝土抗压强度和楼板作用是影响组合连梁抗震性能的主要因素。     

Investigation on Ultimate Strength of STS304L Stainless Steel Welded Connection with Base Metal Fracture Using Finite Element Analysis

Many studies on the application of stainless steels as structural materials in buildings and infra-structures have been performed thanks to superior characteristics of corrosion resistance, fire resistance and aesthetic appeal. Experimental investigation to estimate the ultimate strength and fracture mode of the fillet-welded connections of cold-formed austenitic stainless steel (STS304L) with better intergranular corrosion resistance than that of austenitic stainless steel, STS304 commonly used has carried out by authors. Specimens were fabricated to fail by base metal fracture not weld metal fracture with main variables of weld lengths according to loading direction. All specimens showed a block shear fracture mode. In this paper, finite element analysis model was developed to predict the ultimate behaviors of welded connection and its validity was verified through the comparison with test results. Since the block shear behavior of welded connection due to stress triaxiality and shear-lag effects is different from that of bolted connection, stress and strain distributions in the critical path of tensile and shear fracture section were investigated. Test and analysis strengths were compared with those by current design specifications such as AISC, EC3 and existing researcher’s proposed equations. In addition, through parametric analysis with extended variables, the conditions of end distance and longitudinal weld length for block shear fracture and tensile fracture were suggested.     

屈曲约束钢板剪力墙受力性能分析及盖板简化计算方法

内嵌钢板与混凝土盖板之间相互作用机理较为复杂,难以通过简单方法确定屈曲约束钢板墙连接螺栓拉力与混凝土盖板弯矩.为此,采用有限元软件ABAQUS建立屈曲约束钢板剪力墙计算模型,并通过与模型试验对比验证其可靠性.通过非线性有限元数值模拟,分析钢板高厚比、盖板与钢板厚度比以及盖板与钢板间隙等参数对应力分布、屈曲变形和滞回性能...