新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁抗震性能研究

文章率先提出一种新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁(简称“新型钢连梁”)：腹板采用高强钢，可提高钢连梁的屈服抗剪强度，连梁变形减小，从而减小可更换结构整体变形，便于更换；加劲肋紧贴腹板(但不焊接)提供约束，仅与上下翼缘焊接，可减少60%以上的焊接量。其次，设计并开展了11个试件的拟静力试验，研究了加劲肋间距(规范限值dmax、0.85dmax)、腹板厚度(6mm、8mm)、腹板钢材强度(Q460、Q550)和构造形式(加劲肋与腹板贴紧或焊接)等参数对新型钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明：试件均发生剪切破坏；满足加劲肋间距限值的新型钢连梁，滞回曲线饱满，峰值时腹板未发生鼓曲且极限转角均超过0.1rad，大于规范限值0.08rad，表现出良好的耗能和变形能力；缩小加劲肋间距、增加腹板厚度或提高腹板钢材强度，新型钢连梁刚度及承载力提高；新型钢连梁峰值承载力较传统构造试件低约5%。最后，基于试验结果建立了有限元模型并开展了分析，研究结果表明：对腹板采用Q460、Q550高强钢材的新型钢连梁，峰值承载力计算时超强系数建议取1.43(长度比为0.5～1.0)或1.39(长度比为1.0～1.6)、1.25，以期为实际工程设计提供依据。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验研究与分析

进行了20个方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管宽厚比(50,70和100)和混凝土强度(C50,C80)。试验结果表明：方钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对其轴压承载力和延性无明显影响。随钢管宽厚比增大和混凝土强度的提高,轴压短柱的延性降低。采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了全过程应力分析,分析结果表明,方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点并不对应钢管的屈服点,钢管在轴压短柱达到峰值荷载后屈服。根据试验结果和钢管的应力分析结果,建立了方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力计算式,试验结果与计算结果吻合良好。并提出了设计建议。图8表2参12     

预应力混凝土刚架索梁结构在某工程中的应用

对黑龙江省博物馆工程的大跨度楼盖进行了方案对比,综合比较了钢结构网架、普通预应力混凝土梁和预应力混凝土刚架索梁3种结构形式的受力性能、经济性以及对建筑使用功能的影响。结果表明,预应力混凝土刚架索梁在钢筋混凝土结构大跨度楼盖中应用时具有更好的综合效益。     

T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁竖向肋板式框架节点抗震性能研究

为解决外环板外露和内环板影响混凝土浇筑的问题，在钢管混凝土异形柱和U形截面钢混凝土组合梁框架结构中增加竖向肋板节点构造，对6个缩尺比为1∶2的T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁节点试件进行低周往复试验，得到了试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线以及弯矩-转角曲线，分析了节点核心区剪切变形、延性、耗能能力和应力分布规律。试验研究表明，竖向肋板节点的破坏模式为梁端塑性铰破坏，滞回曲线较为饱满，耗能能力良好，满足欧洲EN 1993-1-8中对于无支撑框架刚性节点的要求。建立了钢管混凝土异形柱与U形截面钢混凝土组合梁节点的精细化有限元模型，该模型对节点荷载-位移曲线以及关键部位的破坏形态均能较为准确地预测，并在此基础上进行了节点承载力及节点刚度参数分析，分析结果表明提高U形钢板厚度能明显提高节点承载力。为保证竖向肋板连接节点达到刚性节点要求，建议竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度、肋板厚度以及肋板与梁翼缘间连接长度分别不应小于U形钢梁宽度的60%、20%、100%以及150%。     

基于多种群遗传算法的钢框架结构优化设计

传统的基于力学分析软件的结构设计方法存在效率低下、依靠专家经验等局限性,采用智能算法能实现高效的结构自动优化设计。然而,由于随机搜索特征,优化结果和收敛性高度依赖于算法的参数设置,需要通过试算来确定其合理取值,该方法会造成优化效率低、计算量大等问题。引入多种群协作和信息共享机制来改善此类问题,并研究其在结构优化设计中的适用性。利用MSC.Marc软件建立钢框架结构有限元模型,采用底部剪力法将地震作用等效为水平荷载施加到结构上,搭建有限元软件与智能算法的自动优化过程,以结构的总体材料用量最低为目标,考虑了层间位移角、应力比、构件稳定性和宽厚比等多种约束条件,以遗传算法为基础,通过适应度尺度变换、基于方向的交叉算子、非均匀变异算子、自适应概率、精英保留策略、重复项替代机制、基于约束的策略对其进行改进,引入多种群思想,对比多种算法优化结果的差异。结果表明：基于多种群的遗传算法能有效改善优化结果对算法参数的依赖性,提高结构优化设计的效率。     

800m超大跨巨型斜拉下穿索承网格结构拉索布置及参数分析研究

对适用于800m超大跨度的巨型斜拉下穿索承网格结构的预应力系统进行了优化研究,提出并对比设置不同数量斜拉索的布置方案,得到较为合理的拉索布置方式.分析了下穿拉索方式对结构性能的影响,下穿拉索通过撑杆为中部结构提供弹性支承,使中部网格结构受力均匀.提出索承内拉环的改善方案,显著降低内拉环索力.采用逆迭代法对结构进行找形分析,获得合理的拉索初始预应力分布,有效控制结构初始态的位移.对不同的拉索初始预应力度进行对比分析,研究表明初始预应力降低会使结构刚度显著降低,但并不能降低拉索用量.最后对比分析了钢拉索和碳纤维增强复合材料拉索对结构性能的影响.     

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。     

方钢管混凝土压弯构件截面弯矩-曲率滞回性能研究

提出了一种适于计算钢管混凝土压弯构件动力性能的钢材滞回模型,模型中考虑了钢材的环向拉力作用;建立了双向受力压弯构件截面弯矩-曲率关系的纤维模型计算方法,并应用本文提出的钢材模型和已有的混凝土模型编制了纤维模型数值计算程序,计算结果与典型试验结果进行了对比;分析了宽厚比、混凝土强度和钢材屈服强度对方钢管混凝土压弯构件截面弯矩-曲率滞回性能和抗弯承载力的影响.     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明:随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。