Comparative study on overall and local static performance of steel open-web girders

To quantify the mechanical properties of five types of steel open-web girders that have been tested or applied in practical engineering, a systematic study of the overall and local mechanical properties of steel open-web girders based on the same dimensions and material conditions was presented. An overall study of the quasi-intersection beam method for shear deformation was introduced for 8 × 8 grid open-web girders to derive the determinants of the load distribution factor. Based on the load distribution factors, the essence and formula of any shear key node domain (SKND) were derived theoretically. The reliability of the numerical model was verified by tests on the H-type unidirectional SKNDs, which led to a comparative load–displacement study of unidirectional and bidirectional SKNDs. Quantitative results of the overall flexural capacity and SKND load capacity of the H-type, TH-type, TS-type, T-type, and DT-type open-web girders were obtained. The maximum shear deformation in the elastic phase of the five open-web girders accounted for 39.04% to 54.76% of the overall deformation. In this study, the adjustment factors of the modeling analysis based on the current practical design of equivalent dense-ribbed solid beams (DRSBs) were revised. A method of SKND's design load capacity under the action of bidirectional forces was put forward for the first time.     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力影响因素分析

采用ANSYS非线性有限元分析方法,分析了压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材屈服强度、混凝土强度、C型钢梁板厚、钢筋混凝土翼板厚度、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比及腹板高厚比等因素对冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力和延性的影响。研究表明：压型钢板与钢梁连接螺钉间距、钢材强度、钢梁板厚、压型钢板型号、钢梁间距、楼盖宽度、钢梁跨高比和腹板高厚比等因素对组合楼盖受弯承载力影响较显著,而混凝土强度则影响较小;钢筋混凝土翼板厚度在50~100 mm范围内时,组合楼盖受弯承载力随混凝土翼板厚度增加呈线性增长,当翼板厚度大于100 mm后,其受弯承载力将不再提高;混凝土强度、钢梁间距及楼盖宽度不影响组合楼盖的延性。组合楼盖可简化为T形截面组合梁模型计算。     

U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用

提出一种多层大跨度结构体系--U形钢板 混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖,该结构体系由U形钢板-混凝土组合下肋、钢筋混凝土上肋和上下肋间设置的钢筋混凝土剪力键形成的需考虑夹芯层剪切变形的空间楼盖。介绍了该楼盖结构体系的简化计算模型、弹性连续化理论分析方法和实用分析方法,通过仿真模型试验及实际工程应用,验证了弹性连续化理论分析方法与实用分析方法的正确性。研究结果表明：采用由上、下表层薄膜刚度和具有一定抗剪刚度的剪力键夹芯层组成的U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖简化计算模型进行弹性连续化理论分析,其分析结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过5%;按等强和等刚度原则将U形钢板-混凝土组合空腹夹层板折算成钢筋混凝土实腹梁的实用分析方法,其计算结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过4%。以黑龙江中医药大学文体中心B区57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为算例,并与原位测试结果进行比较,说明U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖安全可靠,且具有较好的经济性。     

蜂窝梁挠度计算方法研究

蜂窝梁是一种腹板开孔的新型钢梁,与普通实腹梁相比具有节省材料、便于铺设管道、平面内刚度增大、承载能力高等优点,特别适用于现代工业厂房屋盖结构。蜂窝梁由于腹板开孔其抗剪能力降低,与相同截面的实腹梁相比受剪力影响较大,在挠度计算中不仅要考虑剪力引起的剪切挠度还要考虑剪力次弯矩引起的挠度。本文作者以费氏空腹桁架理论为基础,考虑蜂窝梁孔高比和距高比的影响,根据面积等效和惯性矩等效的原则,提出简支蜂窝梁的实用挠度计算公式。以简化计算公式为依据分别对不同蜂窝梁挠度进行计算,同时利用有限元软件AN-SYS对相同条件下的蜂窝梁进行仿真分析,将公式计算结果与有限元分析结果对比,以验证计算公式的准确性。     

大尺寸钢筋混凝土密肋薄腹梁抗剪性能试验

进行了4根大尺寸钢筋混凝土密肋薄腹梁在集中荷载作用下的抗剪性能试验,对其主要受力过程、开裂荷载、破坏特征及抗剪承载力进行了对比分析。结果表明:试验密肋薄腹梁的主要受力过程及破坏特征与普通有腹筋梁相似;有预制底板的试件开裂荷载和极限荷载比无预制底板的试件大,预制底板的存在还提高了试件的抗弯刚度和整体工作性能;通过分析4根试件抗剪承载力试验结果及破坏特征可知,受剪箍筋能否得到充分利用,在很大程度上取决于主斜裂缝的位置及倾角等因素;通过承载力的试验值与各主要规范计算值进行对比可知,由于各规范考虑因素及侧重程度不同,抗剪承载力计算值相差较大,中国规范和德国规范计算值与试验值比值最小,美国规范和英国规范比值最大。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受弯承载力试验研究

通过对4个足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖的受弯承载力进行单调静载试验研究,分析了压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距和楼盖梁数量改变对组合楼盖极限承载力的影响及破坏机理。研究表明：在正常使用阶段,组合楼盖具有较高的承载力和较小的变形;减小螺钉间距和增加楼盖梁数量均能够提高组合楼盖的极限承载力。破坏模式主要表现为楼盖梁发生弯扭屈曲的同时,受压区翼缘、卷边及毗邻腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长为相邻螺钉间距;支座附近混凝土与压型钢板为脱离、掀起破坏;集中荷载作用点处楼盖梁为折曲破坏。采用考虑材料、几何和接触非线性ANSYS有限元程序对试验模型的受力性能进行了模拟,非线性有限元计算结果与试验结果吻合较好。在试验研究和有限元分析基础上,提出了组合楼盖的简化计算模型和理论计算方法。图14表8参9     

不锈钢受弯构件的试验研究

采用国产的304牌号不锈钢,针对冷成型SHS、RHS和焊接工字钢截面,11种不同截面规格,共39根受弯构件,进行受弯构件试验研究。考察两端简支不锈钢梁在不同的加载方式和腹板约束条件下的极限承载力和破坏形式。通过试验发现:两端简支不锈钢冷成型SHS、RHS梁在集中荷载作用下根据加载方式和腹板约束条件的不同,主要有3种破坏形式,即整体弯曲破坏、腹板压屈破坏、两者耦合破坏。两端简支不锈钢焊接工字形梁在集中荷载作用下以发生弯扭失稳为主。在对两端简支不锈钢梁截面的抗弯强度、非线性挠度以及平面外稳定等受力性能分析的基础上,将试验结果与欧洲不锈钢设计规范(EN1993-1-4)和美国不锈钢设计规范(SEI/ASCE 8-02)进行对比分析。对比结果表明:试验得到的构件抗弯强度和平面外稳定承载能力均高于上述规范计算值,规范偏于保守;按上述规范计算得到的挠度小于试验值,规范偏于不安全。     

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。     

Experimental investigation on flexural behavior of concrete-filled pentagonal flange beam under concentrated loading

The flexural behavior of simply supported concrete-filled pentagonal flange beams (CFPFBs) under mid-span loading is experimentally and numerically investigated. There are two CFPFB specimens tested to failure under static load condition to determine the beam flexural capacity. One of the test specimens is designed with a pair of transverse stiffener at mid-span while the other is without any stiffener to resist the load. Both the test specimens have identical geometrical and material properties. From the experimental results, the flexural capacity of the specimen with stiffener is found to be 10% higher than that of the specimen without stiffener. The failure behavior shows the importance of transverse stiffener to enhance the ultimate flexural capacity and to avoid the localized web distortion of the beam. In the numerical study based on finite element (FE) analysis, the concrete and steel materials are modeled using the eight-node solid and four-node shell element respectively. A comparison of the ultimate capacity of the CFPFBs with and without stiffener reveals that the FE models simulate very well the flexural behavior of the test specimens and the difference of maximum load is found to be less than 10%.     

往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。     

预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆抗弯加固试验研究

在以往试验研究的基础上,对钢绞线施加预应力,以研究预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆加固技术对RC梁的适用性。对5根预应力高强不锈钢绞线网-高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了抗弯试验研究,试验结果表明,采用预应力措施有效地提高了梁的抗弯承载力和刚度,较好地约束了裂缝的发展。同时提出利用该种加固方法进行抗弯加固的承载力设计计算公式。计算结果与试验结果吻合较好。另外,还就高强不锈钢绞线网的预应力张拉、预应力损失等进行试验研究,提出完整的预应力高强不锈钢绞线网加固受弯构件的施工工艺,并给出采用不同张拉方法时预应力有效值系数的取值,使得该种加固方法能够更好地应用于实际工程中。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性.基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数...     

钢筋混凝土空间网格结构

钢筋混凝土空间楼/屋盖网格结构包括平板型的空腹网架结构、空腹夹层板结构、空腹双重网格结构、现浇混凝土空心大板楼盖结构、钢筋混凝土空腹夹层板单向弯曲形成的钢筋混凝土空腹夹层网壳和网拱结构、双向弯曲成型的钢筋混凝土空腹夹层双曲扁网壳结构。这些新型结构体系自1980年起在公共建筑中应用达100多万平米。本文对这些结构的的特点和适应性进行了论述。     

双层均布荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究分析

为实现城市双层交通,以1∶6比例设计了腹板开孔混凝土箱梁,对其在双层均布荷载作用弹性工作状态下的受力性能进行了试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在理论值与试验值吻合的基础上,讨论了开孔与否对试验梁弹性阶段受力性能的影响。研究表明:均布荷载作用在双层箱梁底板其实测跨中挠度比相同荷载作用于顶板时增大9.7%,底板加载对腹板开孔混凝土简支箱梁的挠度有较大影响;较不开孔箱梁而言,各工况作用时开孔箱梁跨中挠度增大22.9%~28.1%,且开孔梁在各工况作用下截面剪力滞系数增大,最大增大量值达62.0%。因此,腹板开孔对承受双层荷载钢筋混凝土简支箱梁抗弯受力性能有较大影响。     

波形钢腹板体外预应力组合梁正截面承载力及应力分布特征研究

为研究预应力状态下波形钢腹板组合梁的截面应力分布特征,设计制作2根波形钢腹板组合梁,在预应力筋张拉过程中研究了预应力对组合梁受弯截面应力分布特征的影响,通过正截面受弯试验对试件塑性承载力先进行测定;对体外预应力组合梁正截面承载力进行了理论分析;利用有限元分析软件,对与试件同类型的波形钢腹板体外预应力组合梁的塑性受弯承载力进行了参数分析,研究了腹板高度和混凝土强度对正截面承载力的影响。结果表明：预应力对此类构件的翼缘应变变化量影响较波形钢腹板的大约2~3倍;预应力损失对截面中性轴位置变化影响可忽略不计;施加预应力将使波形钢腹板组合梁的受弯承载力提高约30%,腹板高度等参数与此类结构跨中截面承载力呈线性关系;理论值与有限元模拟结果吻合良好,验证了所提出正截面承载力理论的准确性。     

外包陶粒混凝土H型钢梁受弯性能研究

提出一种外包陶粒混凝土H型钢梁,将腹板开圆孔的H型钢外包陶粒混凝土,通过U形箍筋使两者具有更好地黏结性能.在质量增加不大的情况下,发挥陶粒混凝土保温性能好、传热系数低、泌水性能好的特点,提高钢梁防火防腐的能力.为了研究其承载能力和混凝土包裹效果,设计了两组不同截面的外包混凝土钢梁进行静力性能试验和有限元分析.结果 表明...     

预应力混凝土钢肋叠合板受弯性能试验与理论研究

预应力混凝土钢肋叠合板（PCCSSR）是一种抗弯刚度大、承载力高、加工方便的叠合楼板。PCCSSR的预制部分由预应力混凝土底板、钢腹板及混凝土上翼缘板组成。施工中首先将其预制部分作为浇筑叠合层的混凝土模板,承担施工阶段荷载,待叠合层达到强度后再整体受力。对7块足尺PCCSSR试件进行受弯试验,测得了板的荷载-挠度曲线、极限荷载、破坏模态、应变分布等。试验结果表明：PCCSSR的破坏形态为弯曲破坏,其受弯性能完全满足施工阶段要求,且具有较好的延性;与直线形钢腹板相比,波纹钢腹板具有更好的抗剪能力以及平面外刚度,可明显增大PCCSSR的抗弯刚度,使PCCSSR的整体受力性能更为优越。同时,对PCCSSR的抗裂性能、抗弯刚度和承载力进行了理论分析,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

波形钢腹板钢管混凝土梁受弯试验研究

提出了一种新型的组合结构--波形钢腹板钢管混凝土梁,进行了3根模型梁的受弯试验。对试验梁的变形、应变、破坏模式和极限承载力等进行了分析,比较了上下弦管填充混凝土对梁受力性能的作用,并与钢管混凝土桁梁的试验结果进行了对比。结果表明,与钢管混凝土桁梁相比,波形钢腹板钢管混凝土梁避免了节点破坏问题,其抗弯刚度和极限承载力得到较大的提高;上弦钢管填充混凝土对提高极限承载力作用很大,下弦钢管填充混凝土也能提高梁的极限承载力,但作用小于上弦管;"拟平截面假定"的计算方法可以用于波形钢腹板钢管混凝土梁的极限承载力计算。     

Investigation of ductility in hybrid and high strength steel beams

Compactness and lateral support configuration provisions for design of steel beams are formulated so as to ensure that the resulting beam exhibits adequate ductility. It appears from the current research that slenderness limitations are not valid for beams made of the high strength steel grades. In this paper an attempt is made to study on influence of flange and web slenderness as well as lateral support spacing of homogenous and hybrid welded I-sections made of high strength steel on member ductility. For this purpose an experimentally verified nonlinear numerical analysis of the local and overall stability was performed. These beams are subjected to constant moment loading a new theoretical method is proposed to calculate the rotation capacity for this loading type. A comparative study was carried out between this method and numerical study results to ensure the accuracy of proposed method. In this research realistic material behavior and residual stresses were adopted in finite element models. Results have shown that using the high strength steel in cross sections subjected to bending has a significant effect on flexural behavior of these members. Meanwhile, in present study, interaction between the flange and web slenderness ratios was evaluated in accordance to AISC criteria for compact sections.