圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁极限抗弯承载力与延性

为研究圆管翼缘组合梁的抗弯性能, 进行了3根圆管翼缘组合梁静力加载抗弯破坏性试验, 分析了试验梁的抗弯破坏过程与破坏特征; 考虑混凝土损伤塑性本构及栓钉滑移与断裂, 建立了圆管翼缘组合梁非线性数值模型, 基于试验结果分析了数值模型的适用性; 以钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度与圆管管径为主要结构参数, 计算了48根正交设计的圆管翼缘数值模型组合梁的力学性能; 依据试验梁与数值模型梁的抗弯受力性能, 提出了基于简化塑性理论的圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力计算公式; 应用数值模型梁位移延性系数计算结果, 回归得到了圆管翼缘组合梁位移延性系数计算公式。计算结果表明: 数值模型组合梁与试验梁承载力比值为0.99~1.03, 挠度比值为0.87~1.09, 因此, 弯矩-挠度计算曲线与试验曲线吻合良好, 可采用数值模型组合梁准确模拟圆管翼缘组合梁的抗弯全过程受力行为; 圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力随钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度的增大而增大, 随圆管管径的改变变化较小, 位移延性系数随混凝土翼板厚度与圆管管径平方的增大呈线性增大, 随钢梁下翼缘宽度的增大呈线性减小; 不同塑性发展程度的各类模型梁位移延性系数为3.16~7.19, 体现了较好的延性; 采用极限抗弯承载力简化计算公式与圆管翼缘数值模型组合梁计算的极限抗弯承载力比值为0.91~1.09, 平均比值为0.98, 因此, 公式计算结果准确; 为使圆管翼缘组合梁具有一定延性, 建议位移延性系数大于3.5。      

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

钢箱-环氧混凝土组合梁弯曲性能试验研究

从抗弯性能、延性以及极限承载力等3个方面对钢箱-环氧混凝土组合梁及钢箱-普通混凝土组合梁进行对比试验。试验结果表明,钢箱-环氧混凝土组合梁具有更好的弯曲性能、延性以及极限承载力。     

FRP约束混凝土柱强度和延性性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表明:(1)CFRP和GFRP作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度,CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;(2)强约束作用下,CFRP和GFRP约束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;(3)由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混凝土柱破坏时脆性特征明显;(4)与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱的延性性能,设置1层GFRP相比1层CFRP延性可提高61.9%,设置2层GFRP相比2层CFRP延性可提高63.6%。     

FRP约束混凝土柱强度和延性性能 试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响，玻璃纤维增强复合材 料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果，以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效 应，并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理，通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、 环向位移传感器进行单轴压缩试验，由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程，根 据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP 约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表 明：（1） CFRP 和GFRP 作为约束材料，都可以产生强的约束效应，提高约束混凝土的强度， CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%；（2） 强约束作用下，CFRP和GFRP约 束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善；（3） 由于单一FRP材料的线弹性性质，FRP约束混 凝土柱破坏时脆性特征明显；（4） 与CFRP相比，变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱 的延性性能，设置1 层GFRP相比1 层CFRP延性可提高61.9%，设置2 层GFRP相比2 层CFRP延 性可提高63.6%。     

带混凝土翼板的圆管上翼缘钢-混凝土组合梁抗弯性能

考虑不同加载方式与下翼缘宽度, 对3根带混凝土翼板的圆管翼缘钢-混凝土组合梁进行抗弯性能试验, 分析了试验梁的抗弯承载性能与破坏形态; 基于试验梁的抗弯特征, 推导了组合梁屈服弯矩和极限弯矩简化计算公式。研究结果表明: 试验梁均发生典型的塑性弯曲破坏, 稳定性良好; 达到极限承载力时, 梁端处上翼缘钢管与混凝土翼板相对滑移均小于0.43 mm, 试验梁体现了良好的协同工作性能; 随下翼缘宽度的增加, 试验梁刚度与承载力增大, 对于下翼缘宽度分别为150、260、300 mm的试验梁, 其屈服弯矩的比值为1∶1.44∶1.55, 极限承载力的比值为1∶1.31∶1.40;随着试验梁承受弯矩的增大, 当中性轴上升至混凝土翼板时, 钢管混凝土处于受拉状态, 可不考虑钢管与内填混凝土的套箍效应, 而当塑性中性轴位于上翼缘钢管混凝土内时, 可不计入该套箍作用对极限抗弯承载力的影响, 但其可促进延性的继续发展; 试验梁的位移延性系数均大于3.35, 延性较好; 屈服弯矩、极限弯矩理论计算值与试验值的比值分别为1.02~1.04、0.96~1.03, 吻合良好, 因此, 所出提出的简化理论计算公式简单、可靠。      

竹-混凝土组合梁的受弯性能

为了研究竹-混凝土组合梁的组合效率及剪力连接件的影响,进行了3根竹-混凝土组合梁和1根对比竹梁的试验,组合梁的剪力连接件形式分别为销栓型、凹槽型和凹槽-销栓型.研究结果表明:销栓型连接件竹-混凝土组合梁发生底面竹纤维受拉断裂的破坏,凹槽型组合梁和凹槽-销栓型组合梁发生凹槽底部水平位置处竹材的纵向剪切破坏;与竹梁相比,竹-混凝土组合梁在跨中挠度为跨度1/250时的荷载提高了3.18~3.74倍,等效截面刚度为刚性连接组合梁截面刚度的70%;凹槽型连接件和凹槽-销栓型连接件的组合梁,界面滑移小于1.2 mm,荷载挠度曲线呈线性,连接件表现出刚性连接性能.     

考虑混凝土粘结效应的盲眼螺栓抗拉性能研究

为了研究混凝土的粘结效应对盲眼螺栓抗拉性能的影响,采用抗拉装置,对预埋于钢管混凝土的盲眼螺栓进行了抗拉试验.首先得到各种工况下试件的破坏模式和荷载-位移关系曲线;其次对各种工况下试件的破坏模式和荷载-位移关系曲线进行比较分析,得到有无混凝土以及不同混凝土强度等级对盲眼螺栓初始刚度、强度和延性的影响;最后分析考虑混凝土粘结效应后盲眼螺栓的抗拉受力机理,并提出了改良盲眼螺栓的合理措施.研究结果表明:混凝土的粘结效应改变了盲眼螺栓的抗拉传力机理,使其整体受力从套管转移到中心螺杆,从而使其破坏模式由套管提前破坏失效转化成中心螺杆强度破坏;混凝土强度等级对盲眼螺栓刚度有显著影响,混凝土强度从C30提高至C50时,其初始刚度由15.1%提高至35.7%,其屈服后刚度也分别提高了1.27和1.64倍;盲眼螺栓的抗拉屈服强度和延性主要由套管的性质决定,抗拉极限强度则取决于中心螺杆的承载力,混凝土的强度等级对其无影响.     

约束砌体结构试验研究及延性影响分析

为探讨砌体结构的破坏特性及延性影响,设计和制作1∶2缩尺结构模型进行了拟静力试验,研究了多次往复循环静力作用下结构的受力特点、构造柱受力钢筋应变发展及骨架曲线特征;采用数值分析技术对模型试验结果进行了对比,验证了数值计算参数设置的合理性;定量分析了结构楼层数、楼层内构造柱数量、楼层内墙体数量以及楼层高度等变化与位移延性系数变化之间的关系,给出了定量的函数表达式.研究结果表明:构造柱-圈梁能够与墙体发生相同的变形机制,能共同约束和限制墙体变形及裂缝发展,结构展现明显的延性特征;增加墙体数量可提高砌体结构抗侧承载力,但不能增大结构位移延性;增加构造柱数量可显著增大结构位移延性,当构造柱含量增加1倍时,位移延性系数可增加3倍.