高强钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究高强钢-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,共进行了8根简支梁在跨中两点对称荷载作用下的试验。8根试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。加载方式为单调静力加载,试验测量内容主要为竖向加载荷载、挠度、截面应变等。试验结果表明,所有试件均发生典型的弯曲破坏,高强钢与混凝土通过栓钉连接表现出良好的整体工作性能。现行规范中的简化塑性计算方法可以较准确地预测该类型梁的极限受弯承载力。根据该塑性理论方法,对组合梁进行了参数分析,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。分析表明,其他条件相同时,相比混凝土强度,钢梁强度是影响组合梁受弯承载力的主要因素。研究为高强钢在组合梁中的应用提供了试验依据。     

新型装配式外包U形钢-混组合梁抗剪性能试验研究

U形钢-混组合梁凭借承载力高、抗扭刚度大、延性好等优点在工程中广泛应用。但传统外包U形钢-混组合梁由于下部U形梁截面未闭合,导致其对内部混凝土的约束作用有限。同时,组合梁上部面板一般采用混凝土现浇,与装配式建筑发展趋势不契合。针对以上问题,提出了一种适用于装配式建筑的新型外包U形钢-钢筋桁架混凝土组合梁。对其具体构成进行了详细介绍,通过推出试验对该新型组合梁中U形钢梁与混凝土板的剪切破坏机理及协同工作性能进行了深入研究,可为此新型外包U形钢-混凝土组合梁的进一步研究和实际工程应用提供依据。     

T形钢-木组合梁受弯性能试验研究

为实现木材和钢材的有效组合,提高钢木组合梁的受弯性能,提出一种新型截面的T形钢-木组合梁,以T形钢腹板厚度、翼缘厚度、螺栓间距为参数进行了四点弯曲试验。结果表明：纯木梁为典型的脆性破坏,组合梁展现出较好的延性特征,钢材与木材可协调工作,木材可为钢腹板提供侧向约束,防止钢腹板过早屈服,同时钢翼缘板可进入抗拉屈服阶段,木梁顶也可达到抗压强度,充分发挥了各自材料的优良性能;组合梁较纯木梁相比,受弯承载力最小提高24.3%,最大提高91.5%;增加钢腹板厚度和翼缘厚度,可提高组合梁的受弯承载力和刚度,而增加螺栓间距,对组合梁受弯承载力和刚度影响不甚明显。组合梁达到极限荷载后仍可继续承载,具有良好的塑性特征和耗能性能。提出了弹性阶段受弯承载力计算公式,将试验值与计算值进行对比,两者结果吻合良好。     

钢-混凝土组合梁弯筋连接件的抗剪承载力

针对钢混凝土组合梁抗剪连接件中的弯筋连接件开展研究,比较了目前各国规范中的弯筋连接件形式及其抗剪承载力计算公式。分析了近年才开始用于实际工程中的蛇形弯筋连接件的特点及构造,并在此基础上提出蛇形弯筋连接件的抗剪承载力计算公式,以供工程设计参考。     

外包内翻U形钢-混凝土组合梁与矩形钢管混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

为研究外包内翻U形钢-混凝土组合梁与矩形钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了内隔板式、贯通隔板式、穿心式共3个节点试件的拟静力试验,考察了不同形式节点试件的破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、刚度退化等.试验结果表明:正弯矩作用下由于U形钢冷弯区发生撕裂破坏,导致各试件的正向承载力为全塑性理论计算值的60％-84％...     

钢-再生混凝土组合梁受弯性能与设计方法研究

为研究再生粗骨料掺入量对钢-混凝土组合梁受弯性能的影响并提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法,基于ABAQUS软件建立组合梁的精细化有限元模型,采用15组钢-再生(普通)混凝土组合梁足尺试验结果验证模型的可靠性。通过参数分析,量化再生粗骨料取代率对组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度)的影响。根据参数分析结果对现有的组合梁设计方法进行评估,进而提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法。研究结果表明：对于混凝土强度相同的组合梁,与采用普通混凝土相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,组合梁受弯承载力分别降低0.8%～2.2%和1.5%～3.5%,抗弯刚度分别降低1.2%～5.4%和4.2%～7.3%;对于不同再生粗骨料取代率的组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度),GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的设计方法计算结果与有限元分析结果的比值的分布规律相同,再生粗骨料取代率是钢-再生混凝土组合梁受弯性能的最主要影响参数;考虑再生粗骨料取代率影响的钢-再生混凝土组合梁设计方法与钢-普通混凝土组合梁设计方法计算精度相近,且具有更高的安全储备。     

配筋木-混凝土组合梁受弯性能试验分析

为了研究木-混凝土组合梁在配筋时的受弯性能,对4根木-混凝土组合梁进行受弯性能试验,其中3根为在木梁底增设不同直径钢筋的组合梁,1根为未增强的组合梁。通过试验,得到木-混凝土组合梁跨中荷载-挠度曲线。结果表明:钢筋增强的木-混凝土组合梁,其极限承载力和抗弯刚度均有提高,且随钢筋直径的增大而增加。     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比（bf/L0）和高厚比（h/hf）对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明：不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当bf/L0<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤bf/L0≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）中的公式进行了对比。对比结果表明：相较于《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。     

方钢管混凝土柱-外包U形钢混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

为了研究外包U形钢混凝土组合梁和方钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了5个外包U形钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点的拟静力试验,包括2个外环板节点和3个内隔板节点。通过研究节点试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和核心区剪切变形等,进一步分析节点试件的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能。研究表明：节点试件加载过程中经历了由弹性、弹塑性到塑性的发展过程;核心区混凝土密实节点试件的滞回曲线更为饱满,延性较好,耗能能力强;外环板节点试件延性要优于内隔板节点试件,耗能能力更强;核心区混凝土不密实的内隔板节点试件具有良好的延性,但承载力显著降低,施工中应严格控制核心区混凝土的浇筑质量,或者在节点核心区采用厚度较大的钢板来提高其延性和承载力。     

腹板嵌入式组合梁局部受压试验研究

基于传统钢-混凝土组合梁提出了一种节省钢材且具有较高抗剪承载力的新型组合梁——腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,由倒T形钢梁腹板上部开槽,嵌入到混凝土翼板中形成。通过4个局部受压试件的试验得出,腹板嵌入式组合梁局部受压承载力随混凝土强度等级和局部荷载作用下扩散应力分布面积的增加而提高。综合各影响因素推导出了腹板嵌入式组合梁中连接件的局部受压承载力计算公式,并提出进行局部受压设计时对横向配筋率和应力扩散深度的构造要求。通过理论计算值与试验结果的对比,验证了公式的适用性。     

钢—混凝土组合梁抗剪连接件承载力计算研究

介绍了钢—混凝土组合梁中常见剪力连接件的分类,讲述和分析了目前国内外钢—混凝土组合梁各种剪力连接件的结构特点,特别重点介绍了本模型试验剪力连接件个数的计算,以期指导工程实践。     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

Experimental study on shear behavior of bolt connectors in steel-concrete composite beams

为研究螺栓抗剪连接件在钢-混凝土组合梁中的受剪性能,对24个采用螺栓连接件的钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了螺栓直径、螺栓强度、螺栓埋置长细比和混凝土强度等参数对螺栓连接件的破坏模式、荷载-滑移特性和受剪承载力的影响。研究结果表明：螺栓抗剪连接件的破坏模式主要为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆的剪断破坏;当发生混凝土受压破坏时,增大混凝土强度、螺栓直径、螺栓埋置长细比可以提高螺栓连接件的受剪承载力;当发生螺栓的栓杆剪断破坏时,提高螺栓强度可以提高螺栓连接件的受剪承载力。在试验研究的基础上,给出了不同破坏模式下钢-混凝土组合梁螺栓连接件的受剪承载力的计算方法,建议公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

Longitudinal shear test on steel-concrete composite beam with two rows of shear studs

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明：带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为“八”字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

U型钢一混凝土组合肋的弹性模量取值分析

在分析钢筋混凝土空腹夹层板的基本构造及其力学特征的基础上,将其钢筋混凝土下肋网格改为u型钢板组合下肋网格,形成新型钢一混凝土组合空腹夹层板,根据这种新型结构的构造特点,对其u型钢一混凝土组合肋的弹性模量分别用了两种方法“有限元法”和“等效公式法”进行了计算和对比,推导并提出了u型钢一混凝土组合肋的弹性模量计算公式。     

CFRP加固钢—混凝土组合梁抗弯承载力的参数分析

应用理论计算公式,对影响抗弯承载力的CFRP片材厚度、弹性模量以及混凝土强度等参数进行了分析,结果表明,使用弹性模量高、厚度大的CFRP片材加固的组合梁,承载力提高更大;采用高混凝土强度的梁,其极限抗弯承载力提高效果更明显。     

钢-混凝土组合梁加宽混凝土旧桥技术中组合横梁界面受力性能研究

在钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中,旧桥混凝土边梁与新加宽的钢-混凝土组合梁间的横向连接采用钢-混凝土组合横梁的形式,这种横梁形式较为新颖,目前相关试验研究尚未有报道。对6个钢-混凝土组合横梁进行试验研究,通过采用目前已有的新老混凝土植筋界面承载力计算方法对试验结果进行对比计算。研究结果表明:组合横梁界面的破坏模式为新老混凝土界面破坏,钢-混凝土界面没有任何破坏特征;新老混凝土界面黏结破坏以前,新老混凝土之间几乎没有滑移,整体性很强;新老混凝土界面黏结破坏以后,界面剪力主要由植筋承担,试件延性良好。针对钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中组合横梁的破坏模式,采用合理的材料本构关系,提出三阶段界面受力模型,理论方法计算结果与试验值吻合良好。通过理论分析确定界面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土强度,界面粗糙程度和摩擦系数共同确定,界面正应力的存在有利于极限抗剪强度的提高;新老混凝土界面的残余抗剪强度主要由界面植筋提供,植筋率和植筋屈服强度是主要影响因素。最后,提出适用于实际工程的设计方法。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

槽形钢-混凝土组合梁及其应用前景初探

提出一种适用于轨道桥梁的新型槽形(U形)钢-混凝土组合下承式桥梁,它是指在槽形截面的钢梁内侧浇筑混凝土,钢板与混凝土通过抗剪连接件组合成整体共同工作。这种结构形式不仅继承了传统混凝土槽形梁结构的特点,而且具有许多自身的优点,钢板可以代替模板,故无需模板或使用较少模板进行施工;结构受拉区外包钢板,既避免了混凝土裂缝暴露,又具有较好的防撞功能,结构的耐久性好。下层钢板在横向和纵向均可以充分发挥抗拉强度,大大简化了构造,减少钢筋绑扎、焊接以及横向预应力张拉的困难。对这种槽形组合梁截面形式的比选进行了初步有限元分析。结果表明,截面各参数对结构受力性能的影响程度不同,其中混凝土底部纵向肋宽度、混凝土翼缘厚度及腹板高度等是较敏感因素;温度和混凝土收缩徐变对结构受力性能的影响也较大。在竖向荷载的作用下钢梁底板和混凝土底板的中面纵向应力沿板宽的分布均表现出一定的剪力滞后现象。还指出关于这种新型组合梁今后值得进一步研究的问题。