钢板-砖砌体组合短柱轴心受压性能试验研究与理论分析

为了研究钢板-砖砌体组合柱中对拉螺栓间距、钢板厚度与结构胶侧向黏结力对钢板局部屈曲的影响,对6个钢板-砖砌体组合短柱试件进行轴心受压试验。结果表明,随着钢板厚度的增加、螺栓间距与钢板厚度之比的减小,钢板局部屈曲变形程度相对降低;可见屈曲荷载与极限荷载的比值为70%~85%左右;在有结构胶侧向黏结力作用下,钢板的局部屈曲发展受到一定程度的约束,使得采用应变片读数判断的钢板局部屈曲临界点与钢板发生可见屈曲变形时对应的荷载值可能存在差异。基于试验数据,通过拟合分析得到钢板发生可见屈曲变形时的钢板应力计算模型,提出轴心受压钢板-砖砌体组合柱钢板发生可见屈曲变形时的承载力计算式。通过与试验结果的对比可知,提出的计算方法可以用于指导类似构件的设计。     

钢板-砖砌体组合异形柱轴压性能试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构是一种新型的托换改造技术。为了研究钢板-砖砌体组合异形柱的轴心受压性能,共完成了6根组合异形柱试件的静载试验,考虑了施工过程中常用的L形、T形两种截面形式,螺栓间距为300,400 mm两种情况以及螺栓约束对组合柱轴压承载力的影响,探讨了组合柱受压破坏的机理。试验结果表明:钢板-砖砌体组合异形柱的破坏始于外包钢板的局部弹性屈曲;不同侧面的钢板屈曲存在先后顺序,但通过截面应力重分布,在接近极限荷载时其应力水平基本接近;对拉螺栓对异形截面组合柱的影响要远大于矩形截面柱;对拉螺栓失效后构件存在二次刚度;局部冷弯处理的钢板连接方式能够有效提高构件的延性。此外,给出了可供此类型柱进行轴压承载力的计算公式。     

纵向变厚度钢板焊接工字形截面受压短柱的局部稳定试验研究

纵向变厚度(LP)钢板是一种沿轧制方向具有不同厚度钢板的钢材,可用于优化结构的力学性能和提高材料利用率。为研究其局部稳定性能,设计了6根LP翼缘焊接工字形截面短柱,6根LP腹板焊接工字形截面短柱和4根传统等厚度焊接工字形截面短柱,并进行了轴向受压试验。试验研究中确定板临界屈曲荷载的两个主要屈曲准则,同时分析了破坏模式、荷载-侧向变形曲线、荷载-应变曲线和极限荷载,研究LP短柱的局部屈曲行为,得到试件更容易在LP钢板的薄端发生屈曲破坏。将试验结果与现有等厚度板设计规范计算结果进行比较可得,现有等厚度板的设计规范预测腹板变厚度短柱的极限荷载偏于危险,而对于翼缘变厚度短柱欧规EN 1993-1-5能较为准确预测,但需要进一步的数值模拟去验证,从而进一步提出修正公式或者修正系数来指导设计。     

低强度砌体组合砖柱轴心受压承载力计算研讨

建国初期 ,我国修建了大量砌体结构房屋 ,当时砌筑材料强度相对较低 ,同时由于其使用时间也较长 ,材料强度损失较大 ,采用组合砌体结构的加固处理方法是一种较为经济的方法。当建筑物受到损伤 ,砌体结构需要处理时 ,也会遇到组合砌体结构设计问题。本文根据低强度砌体组合砖柱轴心受压试验结果 ,探讨《砌体结构设计规范》（ＧＢＪ３ -８８）中组合砖柱轴心受压承载力计算公式对低强度砌体组合砖柱承载力计算的适用性 ,并对低强度砌体组合砖柱承载力计算提出修正建议。１组合砌体试验１．１试验方法（１）砌体力学性能试验按《砌体基本力学性…     

钢-竹组合箱形短柱力学性能研究

为研究钢-竹组合箱形短柱的力学性能,制作8组16个钢-竹组合柱试件,以截面尺寸、钢板厚度、有无螺钉以及螺钉间距为参数,进行轴心受压试验,观测不同参数下组合柱钢板和竹板的荷载-应变关系以及破坏特征,得到组合柱的延性系数、屈服承载力以及极限承载力,并根据组合柱钢材和竹材的荷载-应变关系,提出组合柱屈服承载力计算公式。研究结果表明:钢-竹组合箱形短柱具有良好的力学性能,截面尺寸和钢板厚度对组合柱的承载力和延性有明显的影响;是否打螺钉以及螺钉间距对组合柱承载力及延性的影响不明显,布置螺钉能够有效抑制组合柱受力过程中竹材的凸屈,提出的组合柱屈服承载力计算结果与试验值吻合良好。     

预应力薄壁钢约束圆木柱轴心受压性能分析

为探索出性能更为优越的钢木组合柱,对薄壁圆钢筒施加预应力以形成主动围压,并设定预留量制作了预应力薄壁钢约束圆木柱试件,进行了其轴心受压性能试验,明确了其破坏过程和失效模式;整理获得了荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线,以及初始刚度、残余承载比和耗能等轴心受压性能指标,进行了轴心受压性能分析。同时,采用ABAQUS有限元软件开展了预应力薄壁钢约束圆木柱轴心受压试验的数值模拟分析,并提出了其轴心受压极限承载力计算公式。结果表明,预应力薄壁钢约束圆木柱受预留量、螺栓间距、薄壁钢厚度和长细比的影响,表现出四种不同破坏模式;考虑木材和钢材弹性模量差异大而设定一定的预留量,并采用合适薄壁钢厚度、螺栓间距和长细比,预应力薄壁钢约束圆木柱具有较好的轴心受压承载力、初始刚度、残余承载力和耗能等优越轴心受压性能。所建立的预应力薄壁钢约束圆木柱轴心受压有限元模型与轴心受压极限承载力计算公式计算结果与试验结果吻合良好,可用于相应的受力计算分析。     

钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能分析

为研究钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,对钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱展开非线性有限元分析。研究了不同受力阶段荷载-位移曲线的特征,不同受力阶段应力分布规律以及破坏形态,讨论了组合短柱轴心受压受力过程中荷载分配特性曲线以及荷载-横向变形系数曲线,分析了不同参数对轴心受压组合短柱力学性能的影响。提出了组合短柱轴心受压承载力计算式,并且编写了组合短柱轴心受压纤维模型法程序。结果表明:钢材强度和径厚比对组合柱轴心受压力学性能影响较大。简化公式计算结果和基于纤维模型的数值算法计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好。     

外包钢加固轴心受压砖柱的受力性能分析

对外包钢加固轴心受压砖柱的受力特点和横向应变进行了分析,提出了外包钢约束作用下砖砌体侧向约束应力、抗压强度的计算方法。在考虑截面有效约束区和非有效约束区的基础上,提出了外包钢加固轴心受压砖柱的极限承载力计算方法。计算结果与已有试验结果吻合较好,研究结果可供类似工程参考。     

格构柱式组合剪力墙受力性能有限元分析

基于格构柱式组合剪力墙的拟静力试验结果,利用ABAQUS软件建立格构柱式组合剪力墙三维实体单元模型,模型考虑混凝土塑性损伤和钢材强化,对剪力墙试件破坏形态及侧向力-位移曲线的有限元结果与试验结果进行对比;在此基础上建立有限元模型进行参数化分析,对轴压比、C型缀板竖向间距及横向间距与钢板厚度比值对格构柱式组合剪力墙承载力及钢板屈曲等的影响进行研究。研究结果表明:4个格构柱式组合剪力墙试件破坏形态、侧向力-位移曲线、峰值荷载有限元分析结果与试验结果吻合较好;峰值侧向力随轴压比的增大而降低;当轴压比不大于0.6、C型缀板间距与钢板厚度之比不超过40时,所有格构柱式组合剪力墙峰值侧向力有限元值均大于按全截面塑性理论计算的侧向承载力;建议格构柱式组合剪力墙中C型缀板间距与钢板厚度之比不超过40。     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。     

砖砌体和钢筋混凝土柱组合砖墙的分析与应用

砖砌体和钢筋混凝土柱组合砖墙是《砌体结构设计规范》(GB50003—2001)新增加的内容,其轴心受压承载力计算公式引入强度系数,以考虑柱间距对墙体受压承载力的影响,通过计算分析,完全可以取代较厚砖砌体墙,应用在建筑工程砖混结构、底框砖混结构等下部受力较大的墙体中具有较大的优势。     

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明：4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。     

外包钢板-混凝土组合连梁试验研究(Ⅰ):抗震性能

对6根外包钢板-混凝土组合连梁试件进行了拟静力加载试验,试件变化参数有连梁跨高比、钢板厚度和弯剪比。连梁钢板的破坏包括连梁端部钢板的开裂和钢板的局部屈曲。试件承载力的下降主要由梁端钢板的开裂和裂口扩展引起。所有试件的连梁钢板开裂后,裂口迅速扩展,在钢板开裂或开裂后的下一级位移循环时荷载达到峰值。连梁钢板的局部屈曲分为连梁端部钢板的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲。局部屈曲的发生和形态主要受钢板厚度、连梁的跨高比和钢板开裂的影响。所有试件的内填混凝土均未发生明显的受压破坏。混凝土的开裂程度与裂缝分布与外部钢板的变形程度相一致。采用连梁钢腹板无对接焊缝构造试件的变形能力明显优于连梁钢腹板有对接焊缝构造试件的变形能力。所有试件的滞回曲线饱满,具有稳定的耗能能力。     

钢板-砖砌体组合框架抗震性能试验研究

为了研究钢板-砖砌体组合框架的抗震性能,制作了2榀缩尺比例为1∶2的单层单跨组合框架,考虑竖向压应力水平分别为0.1和0.2,进行低周往复荷载试验。根据试验结果,分析其破坏特征,研究其滞回曲线、骨架曲线、承载力、承载力退化、刚度退化、延性和耗能能力等受力性能。结果表明：钢板-砖砌体组合框架的破坏特征主要表现为梁端与柱脚处钢板的局部屈曲、焊缝撕裂与砖砌体压碎;竖向压应力水平在0.2以下时,其对钢板-砖砌体组合框架的刚度退化、承载力尚未构成显著影响,但已经对承载力退化、延性与耗能能力产生较明显的影响;钢板-砖砌体组合框架屈服后延性好,滞回曲线饱满,具有较好的抗震耗能能力。     

钢板-砖砌体组合墙梁的试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构在既有砖混房屋中进行大空间改造时,组合托梁上部的墙体存在拱效应,使得托梁与上部墙体之间共同工作.为了研究此类组合墙梁的工作机理、破坏形态、承载力、控制截面的应变分布以及变形,对5根钢板-砖砌体组合墙梁进行了集中荷载作用下的试验研究与分析,并考虑了上部墙体高跨比、组合托梁高跨比和钢板厚度的参数影响.主要的研究结果表明钢板-砖砌体组合墙梁的破坏始于加载点与支座连线部分的砌体;钢板沿截面高度的应变分布符合平截面假定;上部墙体的高跨比直接影响墙体的破坏形态、钢板发生空鼓时的荷载和构件的极限荷载;合理的墙体高度有利于组合作用的形成,并且过高的墙体反而会降低极限荷载.最后给出了上部墙体高跨比的合理取值范围,同时建议钢板-砖砌体组合托梁的抗弯刚度相对上部墙体平面内刚度的系数应至少大于79.     

460MPa级高强度钢材工字形截面轴心受压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究标准屈服强度为460 MPa的高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能,采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响,与已有的460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱试验进行对比分析,验证了有限元建模方法的正确性。利用经过验证的有限元模型,针对460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部屈曲性能进行有限元参数分析,并将已有试验结果、有限元参数分析结果,与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计曲线进行对比,提出新的设计公式。结果表明:钢板厚度、钢板长宽比、局部初始几何缺陷幅值和残余压应力值对构件翼缘极限承载力的影响很小,但对翼缘局部屈曲承载力有较大影响;所提出的建议设计计算公式相对于中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计计算方法,更加适用于460 MPa工字形截面轴心受压柱极限应力和局部屈曲应力的设计计算。     

不同加固方式下普通砖柱轴心受压试验对比研究

根据建筑的不同年限以及功能需要的新要求,提出了4种组合砖柱加固设计的试验方案,即钢丝网、钢筋笼、槽钢及CFRP-砖砌体组合柱.通过10根组合短柱的轴心受压试验,比较研究了以上4种不同材料及不同组合形式下砖柱的相关力学性能.试验表明:这4种加固方式都能有效地提高轴心受压短柱的承载力,柱的延性得到显著改善.     

防屈曲钢板剪力墙弹性性能及混凝土盖板约束刚度研究

防屈曲钢板剪力墙由内嵌钢板与其两侧的预制混凝土盖板通过螺栓连接而成。预制混凝土盖板与周边框架梁柱之间预留一定间隙,同时在大震下允许混凝土盖板与钢板之间产生相对滑移,以确保两侧混凝土盖板不发生严重破坏,从而保护内嵌钢板获得很好的承载性能和耗能能力。采用数值方法对防屈曲钢板剪力墙在水平荷载作用下的弹性屈曲性能、混凝土盖板的最小约束刚度(厚度)以及连接螺栓的最大间距进行研究,给出了防屈曲钢板墙的结构设计中混凝土盖板约束厚度及连接螺栓最大间距的参考公式。     

砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙承载力分析

主要对砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的轴心受压、偏心受压、抗震抗剪承载力进行分析,简述国内相关研究成果和我国新颁布的国家标准《砌体结构设计规范》(GB 50003-2011)中组合墙承载力的计算方法.最后建议加强组合墙偏心受压以及开洞组合墙试验研究,为完善砌体结构规范组合墙基本理论与计算方法提供试验依据.     

锚焊U形钢板加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究

设计了3根锚焊U形钢板加固的混凝土梁试件,并进行了四点弯曲加载试验,获得试件的破坏形态、荷载-挠度曲线、钢板和混凝土界面滑移情况以及各材料在加载过程中的应变发展情况,分析了加固梁的受力模式.采用有限元软件ABAQUS分析配筋率、抗剪螺栓间距、抗屈曲螺栓数量和钢板厚度对加固梁性能的影响特征和变化规律.试验结果表明,锚焊U形钢板加固混凝土梁的破坏模式属于延性的弯曲破坏,且整体性良好.有限元分析结果表明,配筋率越高的构件,加固效果越差;增加翼缘抗剪螺栓间距、梁底抗剪螺栓间距和腹板抗屈曲螺栓数量可以限制钢板的滑移和屈曲失稳,一定范围内能增加梁的极限承载力;加固钢板越厚,加固梁的刚度和承载力越大,并且钢板厚度的不同对梁的屈服变形和极限变形均有一定的影响.