预应力内置圆钢管桁架混凝土组合梁的受力性能

通过4根预应力内置圆钢管桁架混凝土组合简支梁的试验,得到了试验梁的荷载-跨中挠度曲线、正截面承载力、裂缝分布与展开特征。结果表明:可基于平截面假定计算该类组合梁正截面的承载力,该类组合梁的平均裂缝间距取决于下弦钢管外径及下弦二钢管截面面积之和与截面有效受拉混凝土面积的比值。提出了与试验结果吻合良好的裂缝宽度和刚度计算公式。     

装配式轻钢结构锁铆连接适用性分析

为解决传统装配式轻钢结构中自攻螺钉连接工序多、效率低等问题,引入锁铆连接的方式进行构件装配。为研究锁铆连接在冷弯薄壁型钢中的适用性,采用自攻螺钉和锁铆2种连接方式分别制作单个接头和桁架梁试件进行试验,以自攻螺钉连接的桁架梁性能为标准,对比分析2类连接试件的破坏模式、抗弯承载力、刚度、延性、变形能力等力学性能。结果表明:锁铆钉在桁架梁与接头试验中的受力特征有所差异,单个接头试验的结论不足以说明锁铆连接在整体结构中的适用性;锁铆连接桁架梁的破坏模式为延性破坏,表现为上弦杆翼缘板材被拉裂,其抗弯承载力、刚度、延性均优于自攻螺钉连接,且抗弯刚度具有显著优势。锁铆连接适用于具有较高刚度要求的装配式冷弯薄壁型钢模块。     

受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架静力性能分析

为了研究弦管填充混凝土对矩形钢管桁架结构受力性能的影响,以受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架梁为研究对象,采用有限元数值模拟的方法,综合考虑材料非线性和几何非线性,分析了模型在节点荷载作用下结构的应力和变形分布、塑性发展和破坏模式。结果表明：下弦空管节点应力集中现象较明显,其承载能力是整个桁架承载能力的瓶颈;桁架的破坏模式是下弦空管节点塑性变形过大;弦管填充混凝土的节点变形和应力均很小,其承载能力较空弦管节点提高较大,受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架延性较好。     

碳纤维布加固薄壁钢管再生混凝土短柱力学性能的试验研究

针对四川地震中产生的大量废弃建筑骨料,设计了10个薄壁钢管再生混凝土短柱的轴压性能试验,其中6个试件采用外贴碳纤维复合材料(CFRP)进行加固,研究不同加固形式对薄壁钢管再生混凝土短柱的极限承载力,变形能力,刚度和破坏形态的影响。试验分析了不同再生骨料替代率,钢管截面形式和加固面积比,以及钢管长径比对加固效果的影响。试验结果表明,2种加固方式均可显著提高薄壁钢管再生混凝土短柱的极限承载力和变形能力,改变其破坏模式和提高其整体刚度。碳纤维加固面积比越大,试件极限承载力和变形能力提高幅度越大,但其提高程度并不与加固面积成正比。对于不同长径比的薄壁钢管再生短柱,不同加固方式对其加固效果差别不大。     

空间张弦结构抗震性能研究

为了了解空间张弦结构的动力特性及其抗震性能,首先对该结构和无下部索杆体系的单层网壳进行自振特性分析,然后通过时程分析讨论空间张弦结构在地震作用下的动力响应,并研究了撑杆数量、垂跨比、上弦梁刚度、预应力及拉索截面面积等参数对其动力性能的影响.分析结果表明下部索杆体系能增大空间张弦结构的刚度,空间张弦结构的低阶振型以竖向振动为主.撑杆数量、垂跨比及上弦梁截面的增加有利于增大结构刚度及提高结构抵抗整体变形的能力,但预应力和下弦拉索面积对空间张弦结构抗震性能的影响较小.     

加劲构件对扁平球壳刚度的影响分析

单层网壳可采用径向加劲构件提高其刚度。通过对比实腹梁、空腹桁架和三管桁架三种加劲构件形式下结构变形和自振特点,考察不同形式的加劲构件对网壳－弦支穹顶组合结构刚度的改善程度,在用钢量相近的前提下,整个结构刚度随径向加劲构件刚度的增大而提高,但刚度不平衡性也相应增强。此外,分析了温度作用和径向加劲构件数目对整个结构刚度的影响,并给出120 m ×70 m跨度的扁平球壳结构适宜采用的径向加劲构件数目。     

模块化装配式斜支撑节点钢框架试验研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构中框架体系的受力性能、破坏模式及破坏机理,对4个原尺寸的一层两跨单榀框架进行了水平和竖向静力加载试验,研究了装配式斜支撑节点钢框架的承载能力、变形特性、传力机理、破坏形态和机理.通过不同斜撑布置和构件截面尺寸框架的受力性能对比分析,获得了影响其极限承载能力的规律.进行了4个一层两跨单榀框架的实体非线性有限元静力分析,并与试验结果对比.研究结果表明:装配式斜支撑节点钢框架抗侧刚度大,延性性能较好,抵抗水平荷载能力强;结构塑性变形均发生在桁架梁和斜支撑上,符合“强柱弱梁”的抗震设计原则;斜撑对抵抗水平荷载和变形至关重要;与桁架梁交汇处是斜支撑受力薄弱的区域,斜支撑槽形截面开口处最先屈服,但屈服后塑性变形没有进一步发展,斜支撑槽形截面的腹板受力较小.     

冷弯薄壁C型钢框架体系抗震性能试验研究

目前,对截面形式为冷弯薄壁C型钢背靠背框架体系抗震性能的研究较少.为研究这种结构体系的抗震性能,设计了3组单层单跨冷弯薄壁型钢框架,梁柱均采用冷弯薄壁C型钢组合工字形截面,斜撑采用等边单角钢截面.主要研究改变斜撑布置形式和轴压比对框架抗震性能的影响,得到框架在低周反复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,对框架的刚度退化、延性、耗能性能和破坏机理进行研究.结果表明:各试件破坏形式均为斜撑净截面被拉断,梁端和柱脚腹板出现局部失稳破坏,框架发生整体失稳破坏,各试件承载力退化稳定,轴压比越大,承载力退化越显著,框架的延性系数均在2.5左右,该结构体系的耗能性能同其它轻钢结构基本一致.     

预应力高强钢绞线网抗剪加固钢筋混凝土梁试验

采用新型张拉锚固系统,对剪跨比为2.2和1.65的预应力钢绞线U形抗剪加固梁各3根和1根未加固梁进行了对比试验,研究预应力水平、剪跨比对加固效果的影响规律。试验结果表明:预应力抗剪加固可提高梁的承载力、截面刚度;当预应力水平小于0.3时,承载力、截面刚度、钢绞线利用率随预应力水平的提高而提高;当预应力水平大于0.3时,加固梁的承载力随预应力水平的提高相对降低。建立了预应力高强钢绞线U形抗剪加固梁的承载力计算式,计算结果与试验值吻合良好。研究结果可为预应力钢绞线抗剪加固混凝土梁设计和施工提供参考。     

轻钢框架-加气混凝土砌块组合墙体抗侧试验研究与分析

以由格构冷弯薄壁轻钢框架和加气混凝土砌块填充墙共同构成的组合墙体为研究对象完成了组合墙体、单纯轻钢框架和单纯填充墙体3个试件的抗侧力试验,观察各试件在水平荷载作用下的变形过程和破坏形式,得到3个试件的抗侧极限承载力,并采用简化方法进行分析和对比。结果表明,单纯格构轻钢框架水平抗侧承载力和刚度均较低,而单纯填充墙体尽管初始水平抗侧刚度大,但墙体没有延性,且其抗侧极限承载力极低。组合墙体的水平抗侧刚度比单纯轻钢框架高得多,且其抗侧极限承载力远远大于格构轻钢框架与单纯填充墙体的极限承载力之和。组合墙体和单纯填充墙在水平荷载作用下墙体的破坏形式均为对角线上的斜裂缝内外贯通。三支杆模型适合于组合墙体抗侧极限承载力的计算。     

Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube’s outside diameter and the secondary bottom chord steel tube’s section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.     

Bending behaviour of lightweight aggregate concrete-filled steel tube spatial truss beam

A lightweight aggregate concrete-filled steel tube(LACFST) spatial truss beam was tested under bending load. The performance was studied by the analysis of the beam deflection and strains in its chords and webs. According to the test results, several assumptions were made to deduce the bearing capacity calculation method based on the force balance of the whole section. An optimal dimension relationship for the truss beam chords was proposed and verified by finite element analysis. Results show that the LACFST spatial truss beam failed after excessive deflection. The strain distribution agreed with Bernoulli-Euler theoretical prediction. The truss beam flexural bearing capacity calculation results matched test evidence with only a 3% difference between the two. Finite element analyses with different chord dimensions show that the ultimate bearing capacity increases as the chord dimensions increase when the chords have a diameter smaller than optimal one; otherwise, it remains almost unchanged as the chord dimensions increase.     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明：热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。     

空间管桁架混凝土组合梁受弯性能试验研究

设计制作了空间管桁架混凝土组合梁,通过组合梁的试验研究,得到了荷载-跨中挠度关系曲线、组合梁沿梁长方向的挠度曲线以及组合梁跨中截面应变沿梁高变化曲线,对比有限元分析结果表明：组合梁纵向应变沿梁高近似符合平截面假定;在整个受力阶段钢管桁架和混凝土翼板共同受力性能良好;组合梁在荷载作用下的抗变形能力较强;管桁架节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;有限元模型可以真实地反映实际结构的受弯承载力和挠度发展的情况。     

张弦立体桁架抗扭刚度对结构稳定性能的影响

以某实际张弦立体桁架结构为基础,通过在结构中布置不同数量的连系桁架形成4个计算模型.计算这4个模型在不同矢高、垂距、桁架高度、拉索截面及其预应力情况下的失稳模式,结果显示所有情况下结构失稳时立体桁架均发生明显的扭转变形.利用理论分析方法及有限元法研究立体桁架的抗扭刚度及其对结构稳定性的影响,发现张弦立体桁架结构的稳定承载力会随着立体桁架扭转刚度的增加而增加.当立体桁架上弦仅有横向支撑时,结构的扭转刚度主要取决于横撑的弯曲刚度,此时须保证横撑与主管刚性连接,否则立体桁架在扭矩作用下可能形成局部瞬变体系而丧失抗扭转能力.在横撑基础上附加斜向支撑是解决瞬变问题的有效方法,研究表明斜撑可以极大地提高结构的抗扭刚度,进而提升张弦立体桁架结构的整体稳定承载力.     

格构木梁加固方法的研究

进行了10根木梁的对比试验研究,其中3根为对比普通木梁,3根为未加固格构木梁,4根为加固格构木梁。研究结果表明:未加固格构木梁的受弯承载力和初始弯曲刚度较普通木梁均略有降低;底面粘贴1层碳纤维(CFRP)布加固格构木梁的受弯承载力较未加固格构木梁显著提高54%,初始弯曲刚度提高34%,极限位移显著提高63%。空隙处采用结构胶或灌浆料填充的格构木梁的受弯承载力平均提高30%,初始弯曲刚度显著提高195%,极限位移则显著降低54%。结构胶填充并在梁底面粘贴1层CFRP布的加固格构木梁受弯承载力显著提高92%,初始弯曲刚度显著提高251%,极限位移则降低48%。未加固格构木梁和粘贴1层CFRP布加固格构木梁的受拉肢和受压肢跨中应变变化分别保持平截面假定;其受压肢和受拉肢均为下侧受拉上侧受压,中间木垫块基本不受力。空隙采用结构胶填充的加固格构木梁跨中全截面应变变化基本保持平截面假定;其受压肢受压,受拉肢受拉,中间木垫块亦参与全截面受力。研究表明:在格构木梁空隙处填充灌浆料或结构胶可显著提高其初始弯曲刚度,但对提高承载力不显著;在格构木梁底面粘贴CFRP布可显著提高其承载力,但对提高初始弯曲刚度不明显。格构木梁有限元数值模拟结果可满足工程应用的精度要求。     

开孔钢筋混凝土梁的受力性能及简化计算

对不同形状、位置开孔的钢筋混凝土梁进行了有限元分析,给出了合理的孔洞形状和位置。在此基础上,分析开孔梁的受力性能,提出了开孔洞梁正截面、斜截面承载力的简化计算公式,并给出了上下弦杆的构造措施。     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究。试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5000με。当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态。