初始缺陷对冷弯薄壁型钢组合方管柱极限承载力的影响

利用ANSYS有限元程序,研究了材料非线性条件下两端固接时负公差和初弯曲对冷弯薄壁型钢组合方管柱极限承载力的影响.分析结果表明:冷弯薄壁型钢组合方管柱中,初始缺陷对其极限承载力的影响不能忽略;当仅存在负公差时,冷弯薄壁型钢组合方管柱的极限承载力降低7%～13%;当仅存在初弯曲时,冷弯薄壁型钢组合方管柱的极限承载力降低可达6%,且初弯曲对短柱的极限承载力要比对长柱的影响小.当同时存在初弯曲和负公差时,柱的极限承载力降低不是两种影响的简单相加.     

连接件位置和数量对冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的影响

冷弯薄壁型钢截面板件宽厚比大,因此连接件位置和数量会对冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的变形产生较大的影响。本文用非线性有限元法,分析了弹性阶段和弹塑性阶段连接件数量和位置对组合梁变形以及应力分布的影响。结果表明,冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁在不同的连接件数量和位置的情况下,都具有较高的抗弯承载力,变形能力都相当好;连接件位置和数量对冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的变形和应力分布有一定的影响,对极限承载力影响较小。     

新型冷弯薄壁型钢墙体立柱轴压性能试验研究

提出一种在冷弯薄壁型钢骨架中放置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质保温物料的新型轻质组合墙体。通过对1根无墙板的冷弯薄壁型钢立柱和2根新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的轴压性能进行足尺试验,研究其受力过程、承载能力和破坏模式,并将试验结果与按规范公式计算的极限承载力进行对比分析。研究结果表明:无墙板立柱的破坏模式为构件的整体屈曲;新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的破坏现象为柱顶截面的局部受压屈服,保温物料对立柱的支承作用使新型墙体立柱的承载能力显著提高。按照规范中关于轴心受压杆件的强度和稳定计算公式得出的极限承载力与试验的破坏荷载较为吻合。     

冷弯薄壁型钢-重组竹组合工字形梁受弯性能研究

冷弯薄壁型钢和重组竹通过结构胶复合成工字形截面的钢-竹组合梁,以翼缘竹板厚度、型钢壁厚、梁宽、梁高为主要参数,对9根钢-重组竹组合梁试件进行弯曲性能试验,观察各级荷载作用下型钢及竹板的应变变化、组合梁挠度的发展,分析组合梁的破坏过程、破坏形态及破坏机理,探讨组合梁的抗弯承载力,并提出组合梁承载力计算方法。研究结果表明,基于重组竹的钢-竹组合梁整体工作性能好,组合效应显著,其受力过程呈现出明显的弹性、屈服、开裂、极限四个阶段,表现出较好的延性,同时具有较高的承载力,组合梁的承载力计算结果与试验值吻合良好,误差在10%以内。     

装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为了进一步提升填充泡沫混凝土-冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,提出了一种装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙,由内填充自密实轻质混凝土的矩形冷弯型钢端立柱、高强泡沫混凝土填充冷弯型钢墙单元、双层墙面板等组成。通过4片冷弯薄壁型钢-轻质混凝土剪力墙足尺试件的低周反复加载试验,研究了增强端立柱、双拼内立柱和立柱开孔数量对剪力墙破坏模式、承载力与抗侧刚度、变形与延性、刚度与承载力退化、耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明：剪力墙破坏模式呈现墙面板与泡沫混凝土交叉裂缝的剪切破坏特征,其弹塑性阶段的侧向变形为剪切型变形,峰值阶段时位移角为1/62～1/45;采用内填自密实混凝土的矩形端立柱和内立柱能抑制墙体立柱局部屈曲破坏,并显著提高墙体承载力和刚度;增加立柱腹板开孔数量能避免立柱与混凝土间的界面黏结滑移,提高了墙体承载力、刚度和耗能能力,并延缓了承载力与刚度退化。基于承载力叠加原理,提出了该类剪力墙的受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。     

GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能试验

为了研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)型材-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,将GFRP工字型材的上翼缘埋于混凝土板内,完成了8根GFRP型材-混凝土组合梁三分点加载受弯性能试验,得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-滑移曲线,分析了界面连接方式及型材厚度对组合梁受弯破坏机理、正截面受弯承载力及延性的影响。通过比较分析组合梁截面应变、跨中挠度、界面相对滑移的变化规律,验证了将GFRP工字型材的上翼缘置于混凝土板内作为剪力键的可行性。结果表明:接触面喷砂和GFRP型材上翼缘设置螺栓的界面连接方式可以显著降低GFRP型材与混凝土板界面间的滑移,从而提高组合梁的整体工作性能; GFRP型材厚度对试件的承载力影响不明显,但是型材厚度提高48%,其挠度降低20%左右; 所得结论可为该组合梁的理论分析与实际工程应用提供参考。     

冷弯薄壁C型钢-竹胶板组合楼板受弯性能研究

利用我国竹资源优势,发挥竹材人造板优良的力学性能,提出一种新型的组合结构——冷弯薄壁C型钢-竹胶板组合楼板,即两张竹胶板间按一定间距布置两根冷弯薄壁C型钢,型钢与竹胶板界面用结构黏合剂黏结。结合冷弯薄壁型钢的截面特点,通过型钢与竹板单纯胶结、自攻螺钉约束及抗侧竹板加固等组合构造方式,对6块简支的组合楼板进行抗弯性能试验,探讨组合楼板在受弯条件下的整体工作性能、破坏特征、抗弯刚度及极限承载力等。结果表明,在保证构件制作精度及黏结质量的条件下,有侧板的复合胶结型组合楼板与单纯黏胶及无侧板的复合胶结型的两种楼板相比,刚度、承载力等抗弯性能指标均有大幅提高,整体性能好,组合效应突出;根据组合楼板中钢板及竹板的荷载-应变变化,提出组合楼板刚度及承载力的力学模型及计算方法,据此得到的组合楼板挠度及承载力计算值与试验值吻合较好。     

冷弯型钢受弯构件局部屈曲滞回性能分析

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件局部屈曲滞回性能,采用有限元软件Abaqus的塑性壳单元建立了有限元滞回分析模型,考虑了几何和材料非线性,通过与试验结果比较表明有限元模型是正确可行的.采用有限元模型对CUFSM软件所选取腹板宽厚比为210、230、250的三种冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行分析.结果表明随着腹板宽厚比的增加,构件的极限承载力逐渐减少、延性逐渐降低、刚度退化一致且较快.研究结果对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件的工程应用以及钢结构抗震设计规范具有一定的参考作用.     

冷弯型钢受弯构件局部屈曲滞回性能分析

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件局部屈曲滞回性能,采用有限元软件Abaqus的塑性壳单元建立了有限元滞回分析模型,考虑了几何和材料非线性,通过与试验结果比较表明有限元模型是正确可行的.采用有限元模型对CUFSM软件所选取腹板宽厚比为210、230、250的三种冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行分析.结果表明随着腹板宽厚比的增加,构件的极限承载力逐渐减少、延性逐渐降低、刚度退化一致且较快.研究结果对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件的工程应用以及钢结构抗震设计规范具有一定的参考作用.     

Flexural behavior of GFRP-reinforced concrete encased steel composite beams

To improve the ductility and meanwhile ensure satisfactory corrosion-resistant performance, a new type of FRP-reinforced concrete encased steel (FRP-RCS) composite beams comprised of ductile structural steel shapes in combination with corrosion-resistant FRP-reinforced concrete was proposed and studied. An experimental investigation on flexural behavior of the proposed FRP-RCS beams was conducted by testing a total of seven simply supported beam specimens subjected to four-point bending loads. The test specimens included one FRP-reinforced concrete (FRP-RC) beam reinforced with GFRP bars only and six FRP-RCS beams reinforced with both GFRP bars and encased structural steel shapes. The main parameters considered in this study were concrete compressive strength, amounts of GFRP reinforcement as well as ratio and configuration of encased structural steel shapes. The test results indicate that using encased steel shapes can provide a significant enhancement in load carrying capacity, stiffness, ductility and energy absorption capacity of tested beams. The tested FRP-RC beam suffered a brittle failure caused by the sudden fracture of tensile GFRP bars whereas the proposed FRP-RCS beams behaved in a ductile manner mainly due to the beneficial residual strength of encased steel shapes following concrete crushing. In addition, an analytical method was suggested to predict the load carrying capacity of the proposed FRP-RCS beams.     

In-plane shear behaviour of fibre composite sandwich beams using asymmetrical beam shear test

The in-plane shear behaviour of a new generation composite sandwich beam made up of glass fibre skins and modified phenolic core material was investigated to determine its application as shear loading component in a structural beam. Iosipescu shear test was conducted to characterise the shear properties of the fibre composite skins and the phenolic core material. The fibre composite sandwich beams were then tested under asymmetrical beam shear to determine its behaviour under in-plane shear loading. The results show that the in-plane shear behaviour of the composite sandwich beam is similar to that of the skins. A theoretical prediction of the in-plane shear strength of the composite sandwich beam was proposed and showed a good agreement with the experimental results. Based on the results of the study, the asymmetrical shear test is recommended as a test method for determining the shear properties of sandwich structures with high strength core materials.     

纤维组合夹芯梁的平放、侧放抗弯性能

对由玻纤增强聚合物蒙皮及改进酚醛核所组成的新型纤维组合夹芯梁进行抗弯性能研究。采用4点弯曲静力试验确定组合夹芯梁在平放和侧放时的强度和破坏机制。研究结果显示:组合夹芯梁在侧放位置时的破坏荷载比平放位置时高。在弯曲荷载下,侧放的组合夹芯梁的破坏是由于蒙皮的连续破坏造成的,而平放的组合夹芯梁的破坏是由于核的剪切破坏或蒙皮和核之间剥离使蒙皮受压而产生的脆性破坏。分析预测及数值模拟结果与试验吻合较好。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

Experimental study on curved composite beams subjected to combined flexure and torsion

There are situations in which a composite steel–concrete beam is subjected to torsion, such as members that are curved in plan or straight edge beams. The concrete slab and steel beam contribute to the torsional strength and stiffness of a composite steel–concrete beam, but this composite action is usually ignored in design codes of practice, which leads to conservative designs. Therefore, this paper investigates the ultimate strength of curved in place composite steel–concrete beams. Eight curved in plan composite steel–concrete beams have been tested under a single applied load at mid-span. Partial shear connection has also been considered in these tests. The composite steel–concrete beams have been designed with different span/radius of curvature ratios. This paper further supports the view that, in the presence of flexure, there will be an increase in the torsional moment capacity, but the flexural moment capacity does not greatly increase in the presence of torsion. A model has also been presented to represent the bending–torsion interaction for curved in plan composite steel–concrete beams with full and partial shear connection.     

压型钢板-竹胶板组合楼板的力学性能试验研究

为拓宽竹材的应用范围,实现建筑结构构件材料和形式的多样化,本文在阐述竹材的构造和力学性能以及竹材改性产品的基础上提出了一种新型的组合楼板──将竹胶板与压型钢板用结构胶粘结成为压型钢板-竹胶板组合楼板,并针对这一新型组合楼板进行了试验研究及理论分析。以竹胶板厚度、芯部压型钢板厚度及组合楼板跨度为参数进行了6块组合楼板的力学性能试验。结果表明,压型钢板-竹胶板组合楼板的整体工作性能优良,竹胶板与钢板之间具有很好的组合效应,能够提供较高的承载力和刚度,其力学性能可以满足作为建筑楼板的需要。根据组合楼板在正常使用阶段的变形范围内呈现出理想弹性性能的试验结果,提出了组合楼板抗弯刚度的计算方法;根据破坏阶段的应力状态提出了组合楼板极限受弯承载力计算方法,据此计算的组合楼板跨中挠度及受弯承载力的计算值与试验值吻合较好。     

钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁受力性能试验研究

完成了8个钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的静力试验,对组合梁受力性能进行了研究。试验中详细考察了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁在不同名义剪跨比、不同栓钉布置形式下的受力过程、裂缝发展、破坏形态和型钢、钢板与混凝土应变发展过程、跨中弯矩与跨中挠度以及型钢与组合板端部滑移发展情况;根据对试验结果与现行规范所建议方法计算结果的对比分析,提出了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁的受弯承载能力以及受剪承载能力计算方法。研究结果表明,钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的破坏形态主要表现为弯曲剪切破坏,组合梁具有较好的承载能力和延性,在80%Pu后,组合梁界面才表现出明显的滑移现象,截面不满足平截面假定。研究还表明,即使组合梁试件按照我国现行规范计算所得连接程度较小时,也具有较高的受弯承载能力。同时,为考察组合梁动力特性,对8个组合梁试件的前三阶自振频率和阻尼比进行了试验测试,测试结果表明组合梁阻尼比较     

《钢结构设计规范》(GB50017—2002)钢-混凝土组合梁修订内容介绍

本文简要介绍了《钢结构设计规范》(GB50017—2002)钢-混凝土组合梁一章所做的主要修订及补充内容,包括连续组合梁负弯矩区、组合梁变形、部分抗剪连接组合梁和压型钢板组合梁的设计计算方法及理论依据。同时,对需要进一步开展的工作进行了总结。     

Finite element studies on profiled steel composite beams

This article is concerned with finite element studies on profiled steel composite beams to investigate their elastic and ultimate load behaviour. Finite element code LUSAS is used to carry out the non-linear analyses to determine the load carrying capacity of the beams. Results from the experimental studies reported by other researchers are first used to assess the accuracy of the finite element modelling. Analyses are carried out thereafter to study different shapes, arrangements and number of steel sheeting ribs. Effects of the parameters such as concrete compressive strength f _c, yield stress f _yp of the profiled steel sheeting, and thickness of the steel sheeting on the ultimate load capacity of the profiled steel composite beams are examined. The results are presented in the form of load-deflection plots and ultimate load values. It is concluded that the ultimate load capacity of the profiled steel composite beams can be predicted with an acceptable accuracy by the proposed finite element modelling. Results show that the load carrying capacity of the beams are influenced by shapes, arrangements and number of ribs. It is also found that compressive strength f _c of the concrete, and yield stress f _yp and thickness of profiled steel sheeting have significant influences on the performance of these beams.     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54.15%,极限强度提高27.72%。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。