腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

工字形截面内藏双钢板混凝土组合柱抗震试验

提出了一种工字形截面内藏双钢板的混凝土组合柱。进行了3个不同构造的按1/10缩尺的柱模型低周反复荷载试验。试件1为普通工字形截面内藏双钢板混凝土组合柱模型,原型为某工程的底部大空间结构柱,为研究抗弯性能,取剪跨比λ=2.94;试件2为底部加强型试件,采取了对试件1内藏双腹板工字钢翼缘外侧底部贴焊加强钢板的措施;试件3为加强配筋的试件,采取了对试件1截面翼缘外侧提高纵筋配筋率的措施。分析了各模型的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。给出了正截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:加强型工字形截面型钢混凝土柱与普通工字形截面型钢混凝土柱相比,滞回曲线饱满,承载力、延性、耗能能力显著提高。     

高强度螺栓摩擦型连接火灾后抗剪试验研究

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重,但总体而言绝大多数火灾并未造成钢结构的根本性破坏,尽快鉴定其火灾后安全性并进行加固修复,对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓摩擦型连接是钢结构最常用的连接方式之一,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载的安全至关重要。但目前国内外对高强度螺栓连接高温过火冷却后的受力性能研究极少。本文对高强度螺栓摩擦型连接进行了火灾后抗剪试验研究,得到了连接的抗滑移承载力、极限承载力以及荷载—变形曲线,研究了过火温度、冷却方式对连接受力性能的影响。为模拟火灾中的可能情况,试验考虑了自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。试验表明,当高强度螺栓连接的过火温度不超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力下降小,可判定连接仍能承受外部设计荷载,不需要对连接进行加固或替换螺栓;当过火温度超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力开始显著下降,需连接更进一步的检测并进行仔细的结构分析,以确定连接能否继续承受外部设计荷载,以及是否需要采取必要的加固与修复措施。     

铝合金偏压构件高温下整体弯扭承载力研究∗

为研究铝合金偏压构件在高温下的整体弯扭稳定承载性能,完成了12根铝合金H型截面构件偏心受压稳定承载力试验,所有试件均发生弯扭失稳。采用ANSYS对试件进行数值模拟,有限元与试验结果在破坏形态和荷载-位移曲线上吻合良好。基于所建立的数值模型,对不同铝合金牌号、截面类型、截面规格和长细比的国产铝合金偏压构件进行了大规模参数分析,共得到532条相关曲线。根据试验和有限元结果,提出铝合金偏压构件高温下的弯扭稳定承载力计算公式,为铝合金偏压构件的抗火设计提供了依据。     

HRB500钢筋混凝土梁受剪承载力分析

通过8根集中荷载作用下,配有500MPa钢筋的混凝土梁的受剪承载力破坏试验,分析了500MPa钢筋混凝土梁在使用阶段的受剪承载力,以及T形多截面翼缘对裂缝宽度和受剪承载力的影响。同时对矩形梁与T形梁的受剪承载力进行了对比。试验结果表明：T形截面翼缘对斜裂缝的宽度有一定的影响,但影响不大;T形截面的抗剪承载力明显大于矩形截面。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能与设计方法

进行了8个钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能试验研究,包括3个圆形钢管约束型钢混凝土柱、3个方形钢管约束型钢混凝土柱和2个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,相同用钢量条件下,钢管约束型钢混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱和型钢混凝土对比试件都发生了明显的粘结破坏;因此在设计中应在型钢的翼缘外侧设置抗剪连接件。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立了钢管约束型钢混凝土柱的抗剪承载力公式,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。     

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的"弯剪破坏模式",滞回曲线"捏缩"效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取10%时的延性最好。     

混凝土⁃石材粘结界面剪切性能试验研究∗

为了研究混凝土和石材粘结界面的抗剪性能,设计Z型和套箍型两种试件,进行了混凝土?石材粘结试件界面剪切力学性能试验。试验考虑了材料强度、界面植筋情况、试件形式等变化参数。试验结果表明：界面为试件的薄弱部位,混凝土和石材的粘结界面上均发生了剪切破坏。在一定范围内,混凝土强度的提高会增强界面的剪切强度,延缓试件的开裂,减小界面同级荷载下的剪切位移;界面植筋可以显著提高试件的剪切性能,提高幅度随着植筋率的增大而增大;相同条件下,套箍型试件的剪切强度大于Z型试件,未植筋试件提高约20%,植筋试件提高约40%~55%。根据试验结果结合理论分析,提出了可考虑套箍增强作用的界面抗剪承载力计算公式。     

石板楼盖后浇内圈梁与石墙界面受力性能试验

针对石结构中石板楼盖整体性差及支撑长度不足等抗震薄弱环节,提出在石楼板底部周边沿承重石墙增设内圈梁的加固方法。制作了6个在条石侧面后浇混凝土内圈梁的试件单元,通过在内圈梁上施加偏心荷载,以研究植入U型锚固筋的用量、U型锚固筋表面特征和偏心距对内圈梁的破坏形态及抗剪承载力的影响。试验结果表明:(1)增加U型锚固筋的用量可以有效提高内圈梁的抗剪承载力;(2)采用带肋锚固筋的内圈梁的抗剪承载力比采用光圆锚固筋的内圈梁的抗剪承载力高;(3)内圈梁抗剪承载力随偏心距的减小而增大。在对试验结果和受力机理分析的基础上,提出了内圈梁抗剪承载力计算公式。研究结果可为石板楼盖加固提供参考。     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。     

弹卡式连接预应力混凝土方桩接头抗拉性能研究

为了解决预制混凝土桩现场拼接工作量大、接头易腐蚀等问题,创新研发了弹卡式连接预应力混凝土方桩接头。通过单个弹卡连接件的拉伸试验以及3种常用桩型方桩接头试件的足尺度抗拉性能试验,研究该方桩接头的抗拉承载力、变形延性以及破坏特征。结果表明:单个弹卡连接件的极限抗拉承载力大于150 kN,涂满环氧树脂后其极限抗拉承载力、变形延性和整体性均有所提高;弹卡式连接预应力混凝土方桩接头试件的极限抗拉承载力试验值均大于其桩身极限抗拉承载力规范公式计算值;方桩接头试件的破坏形式有桩身受拉破坏和弹卡连接接头受拉破坏两种;建立的数值模型可以较好地模拟方桩接头试件从加载到破坏全过程,模拟得到的极限抗拉承载力与试验结果相接近。     

H型截面钢构件受火前后残余应力分布试验研究北大核心CSCD

火灾高温会造成截面的残余应力重分布。为了得到钢构件在火灾后的极限承载力,需要对火灾后截面的残余应力分布进行研究。采用切条法对普通Q235钢热轧H型截面和高强度Q460钢焊接H型截面在火灾前后的残余应力分布进行试验研究,得到了未受火构件和受火后构件截面的残余应力分布大小和模式,并对受火前后的残余应力进行了对比。研究发现,火灾高温将大大降低构件的截面残余应力;火灾前后的分布模式没有变化,对普通Q235钢热轧H型截面,翼缘的分布模式是"V"型,腹板的分布模式是斜边的"U"型;对高强度Q460钢焊接H型截面,翼缘的分布模式是斜边的"W"型。     

钢框架带悬臂梁拼接节点的抗水平地表变形试验研究

以单层单跨带悬臂梁段拼接钢框架为研究对象,通过地表变形的物理相似模拟试验,研究了钢框架带悬臂梁段拼接节点在地表水平变形作用下的附加应力和变形规律。主要研究在水平拉伸和水平压缩作用下,拼接节点处腹板拼接板和上下翼缘拼接板内产生的附加内力及变形曲线,分析了上下翼缘拼接板和腹板拼接板中间位置点的变形值随着试验加载值的增加而变化的原因。研究结果表明:地表水平拉伸作用最为不利;拼接节点虽会产生附加变形,但在很大程度上仍处于弹性阶段,卸栽后可以恢复,表现出良好的抗变形性能。最后给出建议:在地表变形地区新建或加固改造钢结构建构筑物时,采用钢框架带悬臂梁段高强螺栓拼接连接,可以很好地吸收变形能。     

H型截面钢构件受火前后残余应力分布试验研究

火灾高温会造成截面的残余应力重分布。为了得到钢构件在火灾后的极限承载力,需要对火灾后截面的残余应力分布进行研究。采用切条法对普通Q235钢热轧H型截面和高强度Q460钢焊接H型截面在火灾前后的残余应力分布进行试验研究,得到了未受火构件和受火后构件截面的残余应力分布大小和模式,并对受火前后的残余应力进行了对比。研究发现,火灾高温将大大降低构件的截面残余应力;火灾前后的分布模式没有变化,对普通Q235钢热轧H型截面,翼缘的分布模式是"V"型,腹板的分布模式是斜边的"U"型;对高强度Q460钢焊接H型截面,翼缘的分布模式是斜边的"W"型。     

卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。     

火灾中植筋连接构件的抗火性能试验研究

为研究火灾中植筋连接构件的抗火性能,进行了35个化学植筋试件在不同温度下(25～200°C)的拉拔试验以及12个植筋连接混凝土构件的受火试验。拉拔试验重点研究了植筋胶的粘结力随温度变化的规律,以及不同温度下植筋胶的粘结—滑移关系,结果表明:随着温度升高,植筋胶的粘结力显著下降。植筋构件的受火试验中,考虑了植筋深度(15d,20d,d为钢筋直径)和保护层厚度(25、40、60mm)两种影响因素。首先对6个试件按ISO834标准升温曲线升温(荷载为常温下植筋构件设计承载力的10%),到指定时间后,加载至构件破坏失效,结果表明:植筋深度和保护层厚度对火灾中植筋连接构件的极限承载力均有重要影响。其后进行了6个构件的恒载升温试验(荷载为常温下常规植筋构件设计承载力的80%),直至构件破坏,结果表明:当保护层厚度小于40mm时,植筋深度和保护层厚度对耐火极限均有重要影响;当保护层厚度大于40mm时,对耐火极限的影响植筋深度要大于保护层厚度。     

低周荷载下型钢混凝土柱抗剪性能智能分析

为了研究型钢混凝土短柱的抗震性能，通过21根SRC柱在低周反复荷载作用下的剪切黏结破坏试验结果，在利用灰色关联理论进行模型输入变量选择的基础上，建立了其基于改进神经网络模型的受剪承载力分析模型，进而研究了混凝土抗压强度、腹板宽度、轴压比及箍筋间距等因素对SRC柱抗剪能力的影响规律，并对SRC柱的受剪承载力进行了预测。结果表明，所提方法能够反映受剪承载力与影响因素间的非线性变化规律，可供SRC柱在低周往复荷载作用下的受剪承载力分析参考。     

不同约束方式下钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究

为研究钢筋混凝土短柱在相邻构件约束条件下,并经荷载和火灾共同作用后的力学性能,开展了18根受不同约束方式作用的钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究。获得了火灾后(下)钢筋混凝土短柱的剩余承载力、剩余轴压刚度、荷载—轴向变形关系曲线,分析讨论了约束方式、标准升温时间及荷载比等对火灾后钢筋混凝土短柱力学性能的影响。研究结果表明,火灾下和火灾后钢筋混凝土柱试件的破坏模式类似,但后者的混凝土表面裂纹以及剥落较前者严重;不论是火灾下还是火灾后,恒刚度约束的试件破坏较恒荷载约束严重;且恒荷载约束条件下得到的试件耐火极限大于恒刚度约束条件下得到的耐火极限。     

一种新型软钢阻尼器的设计及数值模拟∗

为避免既有金属剪切型阻尼器存在的应力集中问题,进一步提高耗能能力,提出一种新型波形软钢阻尼器。利用通用有限元软件建立实体模型,对其进行数值模拟研究。通过对不同波角和厚度、腹板及翼缘材料的强度比对阻尼器力学性能的影响分析可以发现:波角和腹板与翼缘的材料强度比不变时,厚度为5 mm,阻尼器的力学性能最佳;当厚度和腹板与翼缘的材料强度比不变,波角为60°时,阻尼器的力学性能最佳;为充分发挥腹板的耗能作用,腹板与翼缘的材料强度比为1～1.47;理论计算与数值模拟吻合度高,可以通过计算改变相关参数,得到实际工程所需阻尼器。