波形钢腹板组合刚构桥墩-梁结合部受力性能试验研究

由波形钢腹板组合梁和钢筋混凝土桥墩所构成的组合刚构桥,可以综合组合结构与刚构桥的优势,具有跨越能力强、长期性能好和施工方便等优势,是适用于高烈度地震区大跨桥梁的一种新型结构形式。本文对波形钢腹板组合梁刚构桥墩梁结合部以及墩顶位置组合梁负弯矩区的受力性能进行了试验研究。试验表明,此类墩-梁固结节点具有良好的承载力、刚度、耗能能力、延性以及变形恢复能力,抗震性能良好;波形钢腹板组合梁负弯矩区开裂荷载较高,裂缝分布较均匀,抗剪连接件性能可靠,正应力横向分布均匀。同时,还分析了腹板内衬混凝土对截面正应变分布的影响以及波形钢腹板在不同荷载水平下对组合梁抗剪强度的贡献,并建议了波形钢腹板在节点区混凝土内的锚固深度。     

剪力连接度对钢-混凝土组合梁抗震性能的影响

报道了9根不同剪力连接度钢-混凝土组合梁(5根简支组合梁,4根连续梁)的低周竖向反复荷载部分试验研究结果。对钢-混凝土组合梁的破坏形态、滞回规律、耗能能力、刚度退化规律等抗震性能进行了深入的分析,重点探讨了不同剪力连接度对钢-混凝土组合梁抗震性能的影响。     

钢-混凝土组合梁的受扭试验与分析

为了研究钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了4根不同配箍率的组合梁纯扭试验,借助结构分析软件,采用三维8结点实体单元的有限元模型,对组合梁纯扭试件在弹性阶段的变形、截面应力分布情况进行了分析。试验和分析结果表明:受扭承载力主要由混凝土翼板提供,翼板的截面尺寸是影响极限承载力的主要因素,其中翼板厚度对组合梁受扭承载力的影响更为显著;而配箍率对组合梁受扭承载力的影响并不大。其它条件相同时,当配箍率为0.54%左右时,组合梁受扭承载力将达到最大。提出了组合梁弹性抗扭刚度计算公式和开裂扭矩计算公式;本文采用变角空间桁架模型,并结合已有的试验成果,提出了可供设计参考的极限承载力计算公式。公式计算结果与试验值吻合良好。     

钢骨混凝土柱的抗震性能分析

对钢骨混凝土柱在低周反复荷载下的抗震性能进行了试验研究。综合钢骨混凝土柱现有的试验研究成果,分析了轴压力系数、体积配箍率、剪跨比和配钢率等参数对钢骨混凝土柱延性的影响及规律。结合试验及具体的工程实践,提出了提高其抗震延性的施工工艺。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区锈蚀规律试验研究

通过试验研究钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下,混凝土板内裂缝的开展机理。采用盐水喷雾、干湿循环的方式加速带裂缝的组合梁内栓钉以及钢筋的锈蚀,研究了组合梁负弯矩区混凝土板的裂缝对栓钉、钢筋锈蚀分布的影响。结果表明:混凝土面板的横向裂缝往往发生于存在横向钢筋的薄弱位置处,而该位置处钢筋和栓钉的锈蚀率均较大。     

钢骨高强混凝土柱延性试验及施工

对8根钢骨高强混凝土柱在低周反复荷载下抗震性能进行了试验,并综合现有钢骨高强混凝土柱的试验研究成果,分析了轴压力系数、体积配箍率、剪跨比和配钢率等参数对钢骨高强混凝土柱延性的影响及规律。同时结合试验及具体的工程实践提出了提高其抗震延性的施工工艺。     

部分外包混凝土组合梁负弯矩区翼缘板裂缝试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在负弯矩作用下混凝土翼缘板裂缝分布及发展情况,对6根部分外包混凝土组合梁和两根普通钢-混凝土组合梁进行了静力加载试验研究。通过对比试验发现:与普通钢-混凝土组合梁相比,部分外包混凝土组合梁负弯矩区截面刚度较大,混凝土翼缘板的裂缝开展比较缓慢,且具有较大的开裂弯矩值;随着组合梁负弯矩区综合力比的增加,混凝土翼缘板的平均裂缝间距与最大裂缝宽度均有减小的趋势。在试验研究的基础上,提出了部分外包混凝土组合梁负弯矩区混凝土板开裂弯矩和裂缝宽度计算公式,对开裂截面混凝土翼缘板的塑性发展与钢筋应变不均匀现象进行了探讨,为部分外包混凝土组合梁在实际工程中的应用提供参考和理论依据。     

高强陶粒混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过在低周往复荷载作用下对5个不同轴压比和核心区配箍率的高强陶粒混凝土中节点和1个普通混凝土中节点进行抗震性能试验研究,对不同核心区配箍率及不同轴压比情况下的高强陶粒混凝土节点的破坏形态、滞回规律、骨架曲线特征、延性、耗能以及强度退化情况等问题进行研究。试验结果表明:高强陶粒混凝土节点的破坏过程与普通混凝土节点破坏过程相似;适当增加柱子的轴压比及节点核心区配箍率对高强陶粒混凝土框架节点的延性、耗能及强度退化等抗震性能有利;高强陶粒混凝土试件可以应用在一些有抗震设防要求的地区。本文为轻骨料混凝土的工程应用提供科学依据。     

型钢超高强混凝土框架柱抗震构造措施研究

为研究型钢超高强混凝土(SRHC)框架柱的抗震性能和抗震构造措施,开展24个SRHC框架柱的低周反复加载试验。首先,根据试验结果分析了不同试验参数(包括剪跨比、轴压力水平以及型钢和箍筋的配置)对SRHC框架柱的破坏形态、滞回性能和变形能力的影响;其次,在此基础上结合试验数据分析提出了SRHC框架柱的抗震构造措施,包括不同抗震等级时的轴压比限值和箍筋加密区的最小配箍要求,箍筋加密区长度及最小含钢率。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

Behavior of steel-concrete composite cantilever box beams under negative moment

Four steel-concrete composite cantilever beam specimens were tested to investigate their mechanical behavior under negative moment induced by concentrated loads at the ends of the beams. The failure modes, serviceability and ultimate bearing capacities of the composite beams with full shear connection were studied. The crack initiation and propagation were investigated with consideration of two types of shear connectors. Three kinds of longitudinal reinforcement ratios were also examined. The experimental results indicate that an increase in the reinforcement ratio is beneficial to the bearing capacity of the composite beams to some extent and that the shear stud connector is superior to the steel block connector with regards to the serviceability of the beams. Two numerical models, which were based on a concrete material model and an elasto-plastic material model, were employed to simulate the behavior of steel-concrete composite beams. The numerical calculation results show that the combination of the two models can be used to predict the longitudinal cracking load and ultimate bearing capacity of composite cantilever beams. Based on the experimental and numerical results, it was found that the ultimate bearing capacity of a steel-concrete composite beam under negative moment can be significantly affected by longitudinal cracks in the concrete slabs. An equation to predict the longitudinal cracking load of a composite cantilever beam under negative moment by concentrated load was proposed and found to have good accuracy.     

钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

外包钢-混凝土连续组合梁内力重分布的试验研究

为探讨外包钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的工作性能,对两根外包钢-混凝土连续梁试件进行了静力加载试验研究。试验结果表明:外包钢-混凝土组合梁负弯矩区钢筋和外包钢梁通过抗剪连接措施能有效地共同工作,整体工作性能良好。配筋率是影响梁塑性转动能力和弯矩重分布程度的一个重要参数。通过控制配筋率,在承载能力极限状态,外包钢-混凝土组合梁在负弯矩及正弯矩最大截面的塑性变形均充分发展,具有较好的转动能力和延性,能够保证连续梁形成充分的塑性内力重分布。     

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接,提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁.通过3个不同配筋率(0.96％、1.50％、2.34％)试件的低周反复荷载试验,研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响.结果表明,该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏...     

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接，提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁。通过3个不同配筋率(0.96%、1.50%、2.34%)试件的低周反复荷载试验，研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响。结果表明，该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏模式，随着弯矩系数比的减小，试件的损伤从集中在混凝土梁段到集中在钢梁段逐渐演变，滞回曲线渐趋饱满；在焊缝质量可靠的前提下，钢套筒连接区段未发生破坏，传力可靠。结合试验结果，进一步分析了该预制梁的受弯承载力计算方法和剪力传递过程。工程应用时，以钢接头屈服耗能为目标，保守建议设计弯矩系数比小于0.63，并保证钢套筒剪力传递的构造可靠。     

采用混杂纤维ECC的叠合板#br# 组合梁负弯矩受力性能试验研究

基于一种新型混杂纤维ECC材料研发一种钢 混凝土-ECC组合桥面结构,用于连续组合桥梁的负弯矩区以提升其抗裂性能,可代替其他复杂的工程措施。完成2根钢-混凝土-ECC叠合板组合梁和1根钢-混凝土叠合板组合梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度与裂缝发展的分析,初步论证混杂纤维ECC用于钢-混凝土组合梁的可行性和优势。试验表明：在纵向受拉钢筋配筋率相等的情况下,采用ECC后浇层的叠合板组合梁在正常使用阶段的承载力略高于对比梁,刚度则高于对比梁且裂缝数量减少、宽度减小;在采用界面拉毛处理后,后浇ECC与混凝土之间的黏结性能良好,界面未出现滑移破坏。基于试验数据和规范方法,提出了含ECC构件的受弯裂缝宽度计算公式,公式计算值与相关试验吻合较好。     

体外索钢箱-混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2.8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29.35%,承载力提高34.67%,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

Seismic behavior of high strength concrete beams

Experimental and analytical studies on the seismic performance of high strength concrete beams in moment resisting frame structures are described. Two large-scale high strength concrete and two counterpart normal strength concrete model beams with a length-to-depth ratio of 6·0 (i.e. shear span ratio of 3·0) have been tested under cyclic shear and double bending. The beams were heavily reinforced in the longitudinal direction to study beam performance under high seismic shear demand. Transverse reinforcement was designed following the seismic design provisions of current ACI 318–95 code. Both high and normal strength concrete beams developed ductile flexural responses. High strength concrete beams exhibited increased capacity and improved hysteretic performance compared to normal strength concrete beams. A simple analytical approach based on the moment curvature characteristics of critical sections has also been developed to predict the flexural behavior of structural beams. Comparison of analytical and test results indicates that behavior of high strength concrete beams can be satisfactorily predicted. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同节点配箍率下Z形截面柱框架节点抗剪性能研究

利用ANSYS有限元程序,对低周反复荷载作用下Z形截面钢筋混凝土柱框架节点受力性能进行了非线性有限元分析,研究了不同节点配箍率对节点裂缝发展、抗剪承载力、延性和耗能能力的影响。结果显示节点配箍率对框架节点受力性能的影响较大,并指出在低周反复荷载作用下Z形柱节点核心区翼缘上裂缝呈现"X"型。建议在实际设计中对Z形柱节点配箍率取为0.7%至0.8%。     

钢-混凝土预制混合梁受力性能分析

通过对4个钢-混凝土预制混合梁试件进行拟静力试验,研究了该预制试件的破坏模式、受力过程及受力机理。采用有限元软件ABAQUS对钢-混凝土预制混合梁的受力性能进行模拟,研究了钢材屈服强度、纵筋配筋率和钢梁长度对其受力性能的影响,并分析了钢、混凝土梁两者间刚度及承载力的匹配关系。研究结果表明：钢-混凝土预制混合梁最终破坏表现为混凝土梁端出现塑性铰,而端部钢梁在整个加载过程中保持完好,钢与混凝土连接节点能可靠传递两者间应力。提高钢材屈服强度和增加纵筋配筋率可提高承载力,其中增加纵筋配筋率的提高效果更明显;随着钢梁长度的增加,承载力逐渐增大,但初始刚度呈线性降低。根据研究结果给出了该类型预制构件的设计建议：混凝土梁与钢梁设计受弯承载力比（Mc/Ms）取值范围宜为0.8~1.0,端部钢梁长度取值范围宜为100~200mm;箍筋加密区范围起算点应取混凝土梁端截面而不应取柱边。