钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(下)

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)和1个悬挑钢次梁锚入混凝土框架梁静载试验,结果表明,钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、侧面剪、扭斜裂缝,导致钢梁上部区域拔出引起节点锚固失效破坏;由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和钢次梁悬链线效应的有利影响,悬臂钢梁承载力小于普通试件;600 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比900 mm高框架梁试件小。论文提出节点应变分布模型,水平与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力;研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性,表明无量纲弯矩和剪力呈线性关系;分析了弯矩、剪力变化与板中钢筋达屈服、框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系,给出了有实用价值的内力计算公式及设计方法。     

钢次梁锚入混凝土框架梁试验研究与有限元分析

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)静载试验,结果表明,钢梁上部及其周边混凝土拔出引起节点锚固失效破坏,900 mm框架梁对钢次梁锚固比600 mm框架梁好,设有锚筋节点性能比未设锚筋节点性能略好,ABAQUS有限元分析还表明,由于钢与混凝土间滑移,钢梁端部与混凝土分离,使钢梁端部转角增大;抗剪键布置偏少,混凝土板近支座区域板面翘曲,结构受力不利;当混凝土梁高增加到一定数值时,对节点承载力影响变小;钢梁上混凝土板越厚,钢梁端部转角越小,承载力越大,钢梁上混凝土板达一定厚度对钢梁受力性能更为有利;设有抗剪键钢梁比未设抗剪键钢梁跨中位移、端部转角变小,承载力增大。     

插入式钢次梁节点试验与有限元分析

近年火力发电厂引入了1种新的钢混凝土组合结构,即型钢直接插入混凝土主梁作为次梁承担荷载。根据某实际工程,采取1∶2缩尺模型,设计2组4个节点,对600 mm和900 mm不同混凝土梁高,有无锚筋情况进行试验研究。研究表明：该节点形式下钢梁端部的最大约束弯矩约为60 kN·m;锚筋对结构无明显影响;当梁高较小时混凝土主梁发生剪切破坏,当梁高较高时,钢次梁发生受弯破坏。对该结构进行有限元参数分析,结果表明：混凝土主梁高700 mm为2种破坏临界值;抗剪键刚度、楼板厚度对结构承载力有明显影响;锚筋尺寸对结构影响不大;插入端部翼缘宽度对结构有一定影响,但规律不明显。     

钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点受力性能试验研究

进行了7个按实际工程2∶3比例缩尺、75°倾斜的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点试验。其中5个试件采用单调方式加载,2个试件采用低周反复方式加载。试验过程中,对环梁截面上、下环筋,环梁箍筋以及纵梁纵筋的应变分布及大小进行了量测,记录了试件的荷载-位移曲线。改变试件环梁环筋与纵梁纵筋的比例,改变环梁箍筋形式及加配特殊构造钢筋等措施,对斜柱抗剪环-环梁节点的宏观受力机理、最终破坏形态、受力性能及其影响因素等进行了分析研究。试验结果表明,通过对环梁合理配筋构造,抗剪环-环梁节点能够有效地传递框架梁端的弯矩和剪力;无论最终破坏发生在框架梁端还是环梁内,试件都能达到所要求的承载能力和延性;加大环梁截面高度与纵梁截面高度的比例,可将试件破坏时混凝土的压碎区由环梁斜裂缝下端转移到纵梁端下部,从而形成纵梁端发生弯曲破坏的理想破坏模式。     

新型钢节点装配式混凝土梁力学性能及破坏机制研究

由于传统装配式混凝土梁运输和施工难度大,提出了一种新型钢节点装配式混凝土梁,并试制了1根现浇梁试件与3根装配式梁试件,通过抗弯静载试验,对比研究了新型钢节点对装配式梁试件力学性能及其破坏机制的影响。根据试验情况,采用ABAQUS有限元软件进行了试件破坏模拟,并与试验结果进行了对比分析。结果表明：装配式梁试件可达到现浇梁的承载力水平;新型钢节点的钢端板厚度对装配式梁试件的整体承载力影响较大,当钢端板尺寸在一定范围内时,装配式梁试件的承载能力优于现浇梁;新型钢节点对混凝土的破坏形式影响较大,其梁纯弯段裂缝不同于现浇梁的受弯竖向裂缝,表现为弯剪斜向裂缝;有限元模拟结果与试验结果相吻合,可用于装配式梁试件的后续研究。     

高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙节点低周反复加载试验研究

为研究高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙连接节点的性能,本文进行了3个足尺钢梁-混凝土墙节点试件试验研究。通过对钢梁施加恒定剪力与反复轴力,模拟重力与地震作用的影响,研究了解高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙节点在地震作用下的破坏机理、破坏形态和极限承载力等特性。试验表明,按现行规范规定的锚固长度,可使节点的锚筋强度充分发挥,但反复荷载作用会使锚筋强度降低,而节点的承载力可按强度理论同时考虑重力引起的剪力和弯矩及地震引起的轴力确定。     

新型SRC柱-RC梁节点在对称荷载下静力性能试验研究

提出了一种新型的钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁的环梁节点,该节点传力途径为:框架梁剪力经环梁扩散传递给节点以下钢骨混凝土柱;框架梁端弯矩首先传递给环梁,环梁依靠整体拉压形成力偶将弯矩传递给钢骨混凝土柱。采用在柱顶施加恒定轴力的同时给框架梁端施加竖向力的加载模式,分别对正交、斜交两种形式的节点进行了单调受弯试验和单调受剪试验。试验结果表明,该类节点可以有效实现"强节点弱构件"的设计目标。同时,给出了新型环梁的配筋验算方法。     

钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁环梁节点试验

本文提出了一种新型的钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁的新型环梁节点,并对其进行了试验研究。该节点传力途径为:框架梁剪力经环梁扩散传递给节点以下钢骨混凝土柱,框架梁端弯矩首先传递给环梁,环梁依靠整体拉压形成力偶将弯矩传递给钢骨混凝土柱。试验采用在柱顶施加恒定轴力的同时给框架梁端施加力或强制位移荷载的加载模式,分别进行了单调受弯试验、单调受剪试验和往复荷载试验。试验结果表明,这种环梁节点可以有效实现"强节点弱构件"的设计目标,具有良好的滞回耗能能力。     

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。     

考虑弯剪耦合作用的RC剪力墙拟静力试验研究

剪力墙结构在水平地震作用下受力与框架柱有很大的不同,无反弯点,弯矩与剪力的耦合作用贯穿整个墙体。为了探究弯矩和轴压比对剪力墙破坏的影响,取某11层高层建筑的底部两层剪力墙,按照1:2缩尺,设计了三个两层剪力墙试件并进行低周往复加载拟静力试验。与传统拟静力试验相比,该试验竖直方向加载通过两个作动器实现弯矩与水平剪力保持固定比例关系。试验结果表明,考虑弯剪耦合作用、轴压比为0.25的试件SW1破坏时有大量水平裂缝及斜裂缝,试件最终发生弯曲破坏型侧向倒塌。考虑弯剪耦合作用、轴压比为0.5的试件SW2破坏时为贯通水平裂缝,试件最终发生脆性竖向倒塌。不考虑弯矩作用、轴压比为0.25试件SW3破坏时有大量斜裂缝,试件最终发生弯剪破坏型侧向倒塌。该文对其破坏形态、滞回特性、变形能力、耗能能力、截面应变等进行了研究,研究结果表明弯矩作用对剪力墙的破坏模式以及屈服、峰值、极限荷载、延性等参数都有重大影响,建议剪力墙在分析和设计中应考虑弯剪耦合作用。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅰ:受正弯矩作用的组合梁

挖掘混凝土翼板的抗剪潜力,充分利用钢-混凝土组合梁的组合抗剪作用,有利于进一步提高组合梁的经济效益.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁正弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法,特别是钢-混凝土的界面模型,可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对混凝土翼板截面尺寸、剪力连接程度、剪跨比等参数进行计算分析,回归得到考虑剪力连接程度影响的组合梁竖向抗剪强度计算公式.研究发现,在正弯矩区段,组合梁抗剪强度相对于钢梁腹板抗剪名义值的提高,不仅来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献也很显著;采用建议的抗剪强度公式,可以不考虑简支组合梁弯矩与剪力的相互影响.     

外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点受力性能有限元分析

在外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了考虑不同参数影响的三维实体模型并进行了非线性有限元分析。三维实体模型分析得到的有限元结果与试验结果吻合良好,有限元模型能够较高精度地模拟节点的受力行为。研究表明：节点的破坏形式分为整体节点域剪切破坏和局部节点域剪切破坏两种;节点单侧框架柱端部弯矩增大系数是节点域形成不同破坏模式的重要控制参数,两种破坏模式的分界线是节点单侧框架柱端部弯矩增大系数约为0.92;方钢管柱的宽厚比是影响节点域屈服剪力和塑性剪力的主要因素,梁截面高度比对节点域受剪承载力影响较大,而节点域高宽比对节点域屈服剪力和塑性剪力影响并不明显。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

斜扭柱抗剪环梁在高层建筑中的应用

文章结合四川广播电视台广电大楼的设计、施工,介绍了钢管混凝土斜柱及抗剪环梁在高层建筑中的应用。抗剪环梁合理的配筋构造,使抗剪环梁节点能有效地传递框架梁端的弯矩和剪力。由于钢管混凝土斜柱与环梁的承载能力相对独立,即使环梁发生破坏也不会对钢管斜柱的纵向承载力造成明显影响。该文也对斜柱和抗剪环的制作、安装、定位作了详细介绍。     

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响; 在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明:钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降; 非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强; 洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%～59%,而钢梁占总剪力的41%～54%; 极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关; 栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁; 洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力; 在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。     

底框结构中协调扭转引起框架梁开裂的分析计算

通过分析某底框结构中的框架梁端斜向裂缝产生的原因，提出了设计中通常忽略的扭转计算，导致底框大梁在扭矩，弯矩和剪力组合作用下发生扭剪开裂。探讨了梁协调扭转计算的方法，并提出了避免底框大梁产生扭剪开破坏的措施。     

压弯作用下钢管混凝土短柱受剪承载力试验研究

为研究钢管混凝土短柱在压、弯作用下的受剪承载力,设计了26个钢管混凝土短柱试件进行试验研究。通过对试件的破坏形态、剪力-应变曲线、剪力-跨中挠度曲线等试验结果的分析以及与已有钢管混凝土短柱在轴压力作用下的受剪承载力的对比,分析了影响钢管混凝土短柱受剪承载力的各种因素,为研究钢管混凝土短柱在轴压力以及弯矩作用下的受剪性能提供了直接的试验依据。试验结果表明,试件（剪跨比λ<0.5）的破坏均为剪切型破坏,但延性较好,有较大的变形能力。钢管混凝土短柱的受剪承载力与轴压比、剪跨比、初始弯矩有关,初始弯矩的存在对试件的受剪承载力有一定程度的削弱。基于受剪承载力机理的分析及试验的实测数据,建立了钢管混凝土短柱在压、弯作用下的受剪承载力计算公式,公式计算值与试验值符合较好,且计算结果偏于安全。     

混凝土主梁与钢次梁组合节点试验研究

对一种新型混凝土主梁与钢次梁组合节点的性能进行试验研究,共设计制作2组试件4个组合节点进行静力试验。采用液压加载装置对试件逐级施加荷载直至试件破坏,研究混凝土主梁截面高度与钢次梁端部点焊锚筋对节点性能的影响。试验表明主梁高度越大则其对钢次梁的嵌固越有效,节点也越接近于固接,而钢次梁端部的点焊锚筋对节点受力性能影响不大。选择合适的混凝土主梁截面高度可以改变节点的破坏模式,改善节点的受力性能。     

考虑二次受力的内嵌BFRP筋加固混凝土T形梁受剪性能试验研究

为了研究二次受力对内嵌BFRP筋加固混凝土梁受剪性能的影响,对6根内嵌BFRP筋混凝土T形截面加固梁和2根对比梁进行了受剪性能试验。对试件梁的受力过程、破坏模式、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线、斜截面应力重分布现象以及初始荷载大小、卸载程度和BFRP筋端部锚固长度等因素对加固梁的影响进行研究。研究结果表明：虽然加固梁发生了剪切破坏,但是破坏特征复杂且伴随着次生破坏;试件梁的斜截面在斜裂缝出现时和箍筋屈服时出现了重分布,对于二次受力试件梁,BFRP筋应变滞后现象明显,且BFRP筋应变分布不均匀,在进行加固梁承载力计算时应考虑此因素带来的承载力降低的影响;初始荷载、卸载程度及BFRP筋端部锚固有利于加固梁极限荷载的提高和延缓斜裂缝的开展,应在加固梁受剪承载力计算公式中引入相关系数或满足构造要求来体现这些因素的影响。     

钢连梁预埋端板连接受力性能试验研究

提出了纯锚筋、角钢加抗剪板和锚筋加抗剪板3种用于钢连梁的预埋端板连接构造。其中纯锚筋连接是传统锚固形式,角钢加抗剪板和锚筋加抗剪板则是依据弯剪分离设计方法。通过拟静力试验进行对比,分别考察3种预埋端板连接在弯剪耦合作用下的破坏形式和滞回性能,分析了节点的受力特征和整体破坏发展过程。结果表明,3种预埋端板连接均能满足承载力的需求,其中纯锚筋试件的初始转动刚度最大,而且滞回曲线较为饱满,但竖向滑移较大;角钢加抗剪板试件和锚筋加抗剪板试件受力性能较为一致,但角钢加抗剪板试件中混凝土墙肢的破坏较大,难以修复;锚筋加抗剪板试件滞回曲线较为饱满,预埋端板转动和竖向滑移较小,对连梁传力较为有利,但外侧锚筋拉应力过于集中,一旦发生断裂,承载力下降较快。通过对比试验结果与现行设计公式的计算结果,验证了弯剪分离设计方法的可靠性。