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装配式双槽钢拼合PEC柱受压性能试验研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 642-653页

作者：周凌宇刘家豪方蛟鹏刘晓春石敬州戴超虎中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室长沙410075 中建五局第三建设有限公司长沙410004

为发挥钢-混组合结构优良性能及装配式结构施工节能、质量可控的优势,满足建筑模块化、工业化发展需求,提出螺栓连接装配式双槽钢拼合部分包裹混凝土(PEC)组合柱,开展1个纯钢拼合柱、5个组合拼合柱轴心受压及偏心压弯性能试验,结合数值... 详细信息

为发挥钢-混组合结构优良性能及装配式结构施工节能、质量可控的优势,满足建筑模块化、工业化发展需求,提出螺栓连接装配式双槽钢拼合部分包裹混凝土(PEC)组合柱,开展1个纯钢拼合柱、5个组合拼合柱轴心受压及偏心压弯性能试验,结合数值模拟对组合柱破坏形态、应变发展规律、变形性能和承载能力进行分析研究,揭示了螺栓间距、混凝土外伸宽度、相对偏心距大小等因素对双槽钢拼合柱受压力学性能的影响规律.研究结果表明:轴心受压双槽钢拼合柱破坏模式均为整体失稳破坏,偏心受压双槽钢拼合柱均为压弯破坏,使用钢板及螺栓能可靠连接构件,加载过程双肢未发生分离;加密螺栓间距能有效增强组合柱峰后延性,在一定间距范围内构件具较高刚度,由1000mm加至500 mm极限承载力提高4.43%;开孔钢板连接件能约束且保证混凝土与型钢协同工作,破坏阶段前混凝土与型钢未出现明显黏结分离;混凝土外伸宽度增加能提高构件稳定性能.提出考虑单肢影响的轴压承载力计算方法与基于Eurocode 4规范双槽钢拼合柱轴力-弯矩(N-M)相关曲线,理论结果与试验吻合较好,可为装配式拼合柱设计应用提供理论支撑.

关键词：装配模块化部分包裹混凝土柱螺栓连接承载性能

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装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第2期56卷 58-67页

作者：周凌宇范进凯方蛟鹏李分规戴超虎曾波徐增武刘晓春中南大学土木工程学院长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心长沙410075 中建五局第三建设有限公司长沙410004

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模... 详细信息

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

关键词：装配式组合梁开孔钢板剪力连接件受剪承载力推出试验有限元荷载-滑移曲线

梁板融合预制装配式双拼槽钢-混组合楼板试验

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哈尔滨工业大学学报 2024年第1期56卷 73-83页

作者：石敬州周凌宇方蛟鹏刘晓春刘家豪何昌杰李分规戴超虎廖飞吴睿智中南大学土木工程学院长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心长沙410075 中建五局第三建设有限公司长沙410004

为充分发挥装配式工业化程度高和钢-混组合结构优良力学性能的优势,提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合楼板,对3组简支组合楼板试件进行了四点加载试验,研究了该组合楼板的竖向静载下力学性能。分析了楼板裂缝、挠度、应变(钢筋、钢梁... 详细信息

为充分发挥装配式工业化程度高和钢-混组合结构优良力学性能的优势,提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合楼板,对3组简支组合楼板试件进行了四点加载试验,研究了该组合楼板的竖向静载下力学性能。分析了楼板裂缝、挠度、应变(钢筋、钢梁、混凝土板)随荷载发展规律;基于极限平衡法,提出了考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的承载力计算公式。结果表明:组合楼板的变形呈双向板特征,试件破坏时均出现板顶角部裂缝和弧形裂缝,混凝土板底中心区域为网状裂缝和向角部延伸的斜裂缝,双拼主梁发生塑性弯曲;在楼板的中心挠度达到l 0/40时,试件荷载分别为327.63 kN、436.92 kN和406.12 kN,组合楼板承载力较高;钢筋的应变发展在垂直钢梁方向较大,沿着塑性铰线屈服;考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的计算公式与试验结果吻合良好,准确地预测了楼板荷载-挠度全过程曲线。

关键词：装配式预制楼板组合楼板静力试验板块平衡法受拉薄膜效应

全装配式组合楼板抗剪连接件受剪性能试验研究

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建筑结构学报 2023年第12期44卷 194-205页

作者：周凌宇方蛟鹏范进凯李分规戴超虎曾波廖飞中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410004

为研究全装配式组合楼板开孔钢板(PSP)连接件的受剪性能,对15个PSP连接件试件进行推出试验,分析了PSP连接件的破坏模式和荷载-滑移曲线,研究了开孔钢板厚度、开孔直径、钢板强度、混凝土强度、连接件数量和槽钢型号对PSP连接件受剪性能... 详细信息

为研究全装配式组合楼板开孔钢板(PSP)连接件的受剪性能,对15个PSP连接件试件进行推出试验,分析了PSP连接件的破坏模式和荷载-滑移曲线,研究了开孔钢板厚度、开孔直径、钢板强度、混凝土强度、连接件数量和槽钢型号对PSP连接件受剪性能的影响。采用ABAQUS软件建立推出试件有限元模型,验证了模型的准确性,并揭示了PSP连接件的受力机理。结果表明:PSP连接件具有较高的初始刚度和受剪承载力,薄钢板连接件的荷载-滑移曲线水平段较长,表现出良好的延性;PSP连接件的特征滑移不满足Eurocode 4规定的柔性连接件下限值(6 mm),应视为刚性连接件;随着开孔钢板厚度的增加,连接件的延性有所下降,承载力明显提高,但其增长趋势逐渐变缓;扩大开孔直径对连接件承载力影响较小,对改善连接件延性效果显著;开孔钢板纵向间距较小时,各层钢板之间混凝土压溃区相互重叠,削弱了连接件的承载力和延性。根据推出试验与有限元分析,提出了单个PSP连接件受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：装配式组合楼板 PSP连接件推出试验有限元分析受剪性能

装配式双拼槽钢−混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第8期54卷 3193-3204页

作者：周凌宇石敬州李分规戴超虎徐增武廖飞蒋卫朱志辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410004

提出一种装配式双拼槽钢−混凝土组合梁,以板宽、槽钢型号、抗剪连接件间距为试验参数,对7根组合梁进行静载试验,分析该组合梁剪切应变分布规律。使用有限元软件建立数值分析模型,预测组合梁力学性能和破坏模式,在此基础上,对组合梁的剪... 详细信息

提出一种装配式双拼槽钢−混凝土组合梁,以板宽、槽钢型号、抗剪连接件间距为试验参数,对7根组合梁进行静载试验,分析该组合梁剪切应变分布规律。使用有限元软件建立数值分析模型,预测组合梁力学性能和破坏模式,在此基础上,对组合梁的剪跨比、材料强度、钢梁腹板高度和厚度、混凝土板宽度和厚度进行参数化分析。基于叠加原理,提出考虑混凝土板抗剪和剪跨比对抗剪贡献的影响的双拼槽钢−混凝土组合梁极限抗剪承载力公式,并对比规范中公式和其他学者建议的计算公式。研究结果表明:该组合梁剪切破坏、弯剪破坏与弯曲破坏的界限剪跨比λ分别为0.5和2.5;当剪跨比λ=0.1~4.7时,混凝土板抗剪承担比例为4%~43%,随剪跨比减小而增大;本文提出的公式计算精度高,适用性好。

关键词：组合梁装配式抗剪承载力有限元剪跨比

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装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

铁道科学与工程学报 2023年

作者：周凌宇方蛟鹏莫玲慧李分规戴超虎曾波廖飞中建五局第三建设有限公司中南大学土木工程学院

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁（PSCCB）的受弯性能，制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件，对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型，通过试验结果验证模型的可靠性，并分析螺栓间... 详细信息

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁（PSCCB）的受弯性能，制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件，对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型，通过试验结果验证模型的可靠性，并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响。试验结果表明：高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性；随着宽跨比增大，PSCCB抗弯承载力和延性分别提高了8%-19%和11%-21%；穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供了高效的组合作用，部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异小于10%；与梁高320 mm的PSCCB相比，梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高了96%，但延性降低了10%。分析结果说明：有限元分析结果与试验结果吻合较好，所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能；随着螺栓间距和预紧力的增大，PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变；适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度；增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力，而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小。根据试验和有限元参数分析，提出了PSCCB受弯性能设计方法，受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好，可为PSCCB的工程设计提供参考。

关键词：装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能有限元分析受弯承载力初始刚度

装配式双拼槽钢开孔组合梁受弯性能试验及挠度计算

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中南大学学报(自然科学版) 2023年第10期54卷 3961-3974页

作者：周凌宇王关朝 LESSANI Naqi 方蛟鹏李分规戴超虎曾波廖飞中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410004

提出一种新型装配式双拼槽钢开孔组合梁,以钢梁腹板开孔长度为参数,设计4根开孔组合梁和1根实腹组合梁,进行静力性能试验,研究开孔形式对各试件破坏模式、延性、界面滑移、截面剪力分布以及整体工作性能的影响。基于空腹桁架理论,提出... 详细信息

提出一种新型装配式双拼槽钢开孔组合梁,以钢梁腹板开孔长度为参数,设计4根开孔组合梁和1根实腹组合梁,进行静力性能试验,研究开孔形式对各试件破坏模式、延性、界面滑移、截面剪力分布以及整体工作性能的影响。基于空腹桁架理论,提出考虑剪切变形、洞口处剪力次弯矩局部变形的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法。研究结果表明:新型装配式双拼槽钢开孔组合梁具有良好的整体工作性能;圆形开孔时组合梁表现为弯曲破坏,修圆矩形开孔时组合梁表现为空腹破坏(vierendeel mechanism);开孔形式对双拼槽钢组合梁的刚度和承载力影响显著;与实腹梁相比,圆形开孔时组合梁初始刚度下降12%,极限承载力下降10%;而开孔长度为900 mm的修圆矩形开孔组合梁初始刚度下降60%,极限承载力下降27%;腹板开孔提高了双拼槽钢组合梁的延性,而修圆矩形开孔组合梁与圆形开孔组合梁相比延性略降低;开孔可提高混凝土板抗剪贡献,随着开孔长度增大,各试件混凝土板承担截面总剪力的24%~28%;采用的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法所得理论值与试验值吻合良好。

关键词：组合梁腹板开孔延性空腹桁架理论挠度

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第11期54卷 4449-4460页

作者：周凌宇莫玲慧戴超虎李分规廖飞徐增武方蛟鹏刘晓春中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410004

提出一种新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁。为研究该组合梁的抗弯刚度,对7根组合梁的受弯性能进行试验,试验参数为混凝土翼缘板宽度、槽钢型号和抗剪连接件间距。首先,研究双拼槽钢-混凝土组合梁的协同工作性能和各参数对双拼槽钢-混... 详细信息

提出一种新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁。为研究该组合梁的抗弯刚度,对7根组合梁的受弯性能进行试验,试验参数为混凝土翼缘板宽度、槽钢型号和抗剪连接件间距。首先,研究双拼槽钢-混凝土组合梁的协同工作性能和各参数对双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度的影响。然后,根据能量变分法和界面滑移模型,建立装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的控制微分方程,并基于最小势能原理推导该组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式。研究结果表明:组合梁整体工作性能良好,两侧预制模块能协同工作,高强螺栓能有效约束2个预制模块的分离;钢板连接件能有效传递界面剪力,槽钢与混凝土板之间有较强的组合作用;增加混凝土翼缘板宽度对装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的抗弯刚度提高幅度较小;增大槽钢高度,装配式双拼槽钢-混凝土组合梁刚度显著提高;当槽钢型号由[32b转换为[40b时,抗弯刚度提高117.8%;抗剪连接件间距由250 mm增大到750 mm,组合梁抗弯刚度降低6.9%;组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式理论值与实验值吻合良好,可为装配式双拼槽钢-混凝土组合梁在实际工程中的设计与应用提供参考。

关键词：装配式钢-混凝土组合梁受弯试验抗弯刚度最小势能原理

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁受弯性能试验与承载能力分析

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2131-2140页

作者：周凌宇朱医博李分规戴超虎周泉徐增武方蛟鹏刘晓春中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410004

提出一种由两个预制模块组成的模块化装配式双拼预制槽钢混凝土组合梁,设计以不同宽跨比、抗剪连接件间距、槽钢型号为研究参数的7根组合梁,并对其进行静力受弯试验。研究各试件的破坏模式、跨中平面外分离、承载能力及应变分布等,分析... 详细信息

提出一种由两个预制模块组成的模块化装配式双拼预制槽钢混凝土组合梁,设计以不同宽跨比、抗剪连接件间距、槽钢型号为研究参数的7根组合梁,并对其进行静力受弯试验。研究各试件的破坏模式、跨中平面外分离、承载能力及应变分布等,分析组合梁受力机理及各参数对抗弯承载力的影响规律。基于简化塑性理论,提出该组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明:2块预制模块应变协调发展,表现出良好的整体协同工作性能;组合梁最终均发生弯曲破坏;当宽跨比从0.15增加至0.20、0.25和0.30时,抗弯极限承载力分别提升7.9%、14.2%和18.8%;当抗剪连接件间距由250 mm增加至750 mm时,极限抗弯承载力降低1.8%;槽钢型号对组合梁承载力有明显影响;当型号由32b增大至40b时,试件DDCB-40-1、DCCB-40-2的极限抗弯承载力相较于试件DCCB-32-3分别提升100.34%和95.65%,且开裂荷载大幅提升。采用所提出的该组合梁极限抗弯承载力计算方法所得理论计算值与试验值较吻合。

关键词：模块化钢-混凝土组合梁宽跨比弯曲试验极限抗弯承载力