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某核岛厂房转运清洗间钢板混凝土结构计算分析

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建筑结构 2022年第S1期52卷 1318-1322页

作者：于跃王鹏高爱平中国核电工程有限公司北京100840

基于工程实例形成了一套完整的钢板混凝土设计流程。采用整体有限元计算的方法,确定了地震、温度等荷载作用下,结构的内力分布。通过内力及配筋计算结果,确定墙体各组成部件的几何尺寸及数量。最后对栓钉、拉筋、钢板等进行复核,并对局... 详细信息

基于工程实例形成了一套完整的钢板混凝土设计流程。采用整体有限元计算的方法,确定了地震、温度等荷载作用下,结构的内力分布。通过内力及配筋计算结果,确定墙体各组成部件的几何尺寸及数量。最后对栓钉、拉筋、钢板等进行复核,并对局部位置栓钉的结果进行了修正。复核结果基于美标和国标的计算方法进行了横向对比。

关键词：有限元分析栓钉间距距厚比钢板混凝土

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群钉剪力连接件抗拔性能及设计方法研究

群钉剪力连接件抗拔性能及设计方法研究

作者：王奕博湖南科技大学

学位级别：硕士

风力发电作为一种低碳无污染的可持续发展能源,近年来在我国得到迅速发展。但随着风力机功率和塔筒高度的逐年上升,传统基础环式风力机基础已无法满足上部机组荷载要求,常出现基础环周边混凝土的压溃、冒浆及塔架倾斜等风致破损。为此,... 详细信息

风力发电作为一种低碳无污染的可持续发展能源,近年来在我国得到迅速发展。但随着风力机功率和塔筒高度的逐年上升,传统基础环式风力机基础已无法满足上部机组荷载要求,常出现基础环周边混凝土的压溃、冒浆及塔架倾斜等风致破损。为此,在预埋基础环内外壁上焊接栓钉,形成钢-混凝土组合结构,能显著提高基础环式风力机基础的界面抗剪和抗疲劳性能,并在实际工程中取得了良好的效果。作为一种新型风力机基础,目前工程中主要根据经验对群钉剪力连接件栓钉间距和配筋进行设计,缺乏一定的理论基础。为此,本文结合钢-混凝土组合结构推出试验的破坏形态和承载力计算方法,提出了基于栓钉剪断破坏的群钉剪力连接件栓钉最小间距与抗拔核心区钢筋的设计方法,并通过计算设计和开展了1:3缩尺群钉剪力连接件的拉拔试验,并基于试验结果开展了相关有限元模拟验证和参数分析,取得了以下主要研究成果:(1)基于文献研究成果和群钉剪力连接件抗拔受力特征,提出了群钉剪力连接件拉拔受力状态下可能出现混凝土全截面受拉破坏、栓钉间混凝土斜截面破坏以及栓钉剪断3种破坏形态,其中尤以栓钉剪断破坏时,群钉剪力连接件的抗拔刚度、承载力和变形能力为最优。(2)基于群钉剪力连接件的拉拔受力分析模型,提出了抗拔核心区钢筋设计方法(2-2),以避免混凝土全截面受拉破坏;基于栓钉根部剪切传力机理,建立群钉剪力连接件栓钉最小间距计算公式(2-7),以抑制栓钉间混凝土斜裂缝的开展。综合以上设计计算方法,建立了基于栓钉剪断破坏的群钉剪力连接件设计方法,可供实际工程参考。(3)根据2MW新型基础环式风力机基础设计原型,选取最不利受力单元,依据公式(2-2)、(2-7),设计了4组不同栓钉间距的群钉剪力连接件拉拔试验。试验结果表明,满足抗拔核心区配筋条件下的四组试验均未出现混凝土的全截面受拉破坏。其次是尽管实际混凝土强度仅为C25(未达到C40的设计要求),四组拉拔试验均不同程度的出现了底部栓钉屈服,栓钉间距大于最小间距设计值的甚至发生栓钉剪断,表明本文提出的(2-2)、(2-7)设计公式可实现栓钉剪断破坏形态的出现,确保群钉剪力连接件抗拔承载力和变形能力的充分发挥。根据本文提出的(2-2)、(2-7)设计公式,运用ABAQUS有限元软件,分别建立了4个不同栓钉间距和二组不同混凝土强度等级(分别为C25、C40),共计8个群钉剪力连接件拉拔试验的有限元分析模型,对不同间距下群钉剪力件的混凝土、栓钉、钢筋与钢板的应力应变、试件破坏形态进行详细对比。研究结果表明,相比核心区外的纵筋,核心区内纵筋能很好的抑制混凝土横截面开裂,提高试件的抗拔承载力与延性,且满足最小栓钉间距的设计能确保拉拔试件发生栓钉剪断破坏,确保了栓钉抗剪承载力的充分发挥。

关键词：风力机基础剪力连接件栓钉群栓钉间距拉拔试验

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构疲劳性能试验与仿真分析

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钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构疲劳性能试验与仿真分析

作者：赵宇航湖南大学

学位级别：硕士

针对传统正交异性钢桥面系普遍存在的钢桥面板疲劳开裂、沥青铺装破损等难题,湖南大学邵旭东教授率先提出了钢-薄层超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,钢-UHPC界面设有短栓钉连接件。笔者所在团队对钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构开... 详细信息

针对传统正交异性钢桥面系普遍存在的钢桥面板疲劳开裂、沥青铺装破损等难题,湖南大学邵旭东教授率先提出了钢-薄层超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,钢-UHPC界面设有短栓钉连接件。笔者所在团队对钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构开展了大量前期研究,但在疲劳受力特性和机理方面仍在继续探索:一方面,目前轻型组合桥面结构中的栓钉间距多为150mm,尚未探明不同栓钉间距对其抗弯疲劳损伤演化规律和剩余承载力的影响机理;另一方面,在局部车轮荷载作用下,轻型组合桥面结构的负弯矩区受力复杂:钢面板受拉、短栓钉受剪,导致栓钉根部的钢面板处于复杂的拉-剪耦合疲劳状态,亟需明确其疲劳受力特性。因此,本文针对以上两方面开展疲劳试验和仿真分析研究,具体如下:(1)开展了三个轻型组合桥面结构条带模型抗弯疲劳试验,探明了栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳损伤特性的影响规律。试件中的栓钉间距分别为100mm、150mm和300mm,采用变幅疲劳加载,试验结果表明:UHPC表现出优异的抗裂疲劳性能,以间距300mm试件为例,UHPC层在4.4MPa拉应力幅下加载2000万次未开裂,8.8MPa拉应力幅下继续加载1000万次最大裂缝宽度仅0.02mm,13.2MPa拉应力幅下继续加载200万次最大裂缝0.06mm;当栓钉间距为100mm和150mm时,试件在各疲劳加载阶段的挠度基本无变化,而当栓钉间距为300mm时,挠度增长较快;栓钉间距为300mm时,单位荷载下的钢-UHPC界面滑移明显高于其他两个试件,但在疲劳加载过程中,界面滑移增长并不明显。(2)栓钉间距为150mm和300mm的两个试件未发生疲劳破坏,对这两个试件开展了剩余承载力试验,结果表明,栓钉间距越小,试件的剩余承载力越高,且钢-UHPC界面的滑移越小。基于弹塑性和塑性理论,分别提出了轻型组合桥面结构的剩余承载力计算方法,对比表明,试件经过疲劳加载后的实际承载力仍大于计算值,因此,虽然试件存在一定的疲劳损伤,但并不会显著影响其剩余承载力。试验值比弹塑性理论计算值高32%～54%,比塑性理论计算值高15%～35%,表明塑性计算方法吻合度更高,而弹塑性计算方法安全储备更高。(3)根据Miner线性疲劳损伤准则,将前述试验中的变幅疲劳应力幅换算至200万次循环下的等效应力幅,并与现行《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》规定的疲劳强度公式进行了对比,结果表明,即使试验中的钢面板拉-剪耦合疲劳应力幅超过了规范规定的疲劳强度包络线,该疲劳细节仍未出现疲劳破坏,表明按现行规范计算方法对轻型组合桥面结构中的钢面板进行拉-剪耦合疲劳验算,结果偏安全。基于杭瑞高速洞庭大桥,建立了钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构有限元仿真分析模型,结果表明,在栓钉剪应力幅较高的位置,钢面板同样存在较高的正应力幅,表明栓钉根部的拉-剪耦合疲劳效应不容忽视。同时,桥面板横桥向拉-剪耦合效应峰值为0.85,高于纵桥向拉-剪耦合效应峰值0.70,表明横桥向拉-剪耦合效应更为不利,但无论是纵桥向还是横桥向,该疲劳细节的耦合效应值均满足规范限值要求(≤1.3)。(4)通过参数分析探明了栓钉间距、栓钉直径和钢面板厚度等关键参数对钢面板拉-剪耦合疲劳受力的影响规律。结果表明,栓钉间距增大、栓钉直径增大或钢面板厚度减小均会增大栓钉根部钢面板的拉-剪耦合效应值。其中栓钉间距的影响最为显著,当栓钉间距为100mm和150mm时,耦合效应峰值在0.51～0.85之间,而当栓钉间距为300mm时,耦合效应峰值在1.08～1.24之间,几乎接近规范规定的耦合效应限值1.3,因此,轻型组合桥面结构中的栓钉间距不宜过于稀疏。

关键词：正交异性钢桥面板超高性能混凝土轻型组合桥面栓钉间距疲劳性能试验剩余承载力拉-剪耦合疲劳参数分析

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核电站双钢板混凝土剪力墙抗剪强度研究

湖南大学学报（自然科学版） 2015年第9期42卷 33-41页

作者：熊峰何涛周宁四川大学建筑与环境学院四川成都610065 信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司四川成都610065

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体... 详细信息

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体受力性能良好,具有较强的抗剪性能.通过设置加劲肋,能有效提高墙体承载能力、刚度和延性.在试验基础上进行了有限元数值模拟与参数研究,研究了混凝土强度、钢板厚度、轴压力和加劲肋设置对抗剪强度的影响程度,并初步建立了核电站双钢板剪力墙抗剪强度计算公式,为核电安全壳设计理论的建立打下了基础.

关键词：双钢板混凝土剪力墙栓钉间距拟静力试验有限元分析抗剪强度

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钢—混凝土组合板单向受压稳定性研究

中国铁道科学 2009年第6期30卷 27-32页

作者：聂建国李法雄清华大学土木工程系

采用弹性薄板理论建立基于弹性扭转约束边界的组合板局部稳定分析模型,研究四边简支矩形钢—混凝土组合板在轴向受压状态下的稳定性。根据能量驻值原理,推导组合板局部失稳临界荷载解析解,理论解与有限元方法计算结果吻合良好。根据钢... 详细信息

采用弹性薄板理论建立基于弹性扭转约束边界的组合板局部稳定分析模型,研究四边简支矩形钢—混凝土组合板在轴向受压状态下的稳定性。根据能量驻值原理,推导组合板局部失稳临界荷载解析解,理论解与有限元方法计算结果吻合良好。根据钢板屈服先于弹性局部屈曲和弹性局部屈曲先于整体屈曲的原则,推导出组合板轴向受压状态下栓钉在2个方向的最大间距和混凝土板最小厚度的限制要求。

关键词：钢—混凝土组合板稳定性分析栓钉间距混凝土板厚度

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双钢板混凝土墙体构件抗震性能试验研究

武汉大学学报（工学版） 2015年第5期48卷 658-665页

作者：张有佳李小军东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 中国地震局地球物理研究所北京100081 北京工业大学建筑工程学院北京100124

为了研究双钢板混凝土墙体构件的抗震性能,基于2组6个双钢板混凝土墙体构件的拟静力试验,开展了墙体构件在低周往复荷载作用下的破坏模式和破坏特征分析,得到了试件滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数和耗能能力.第1组试验结果表明:栓钉... 详细信息

为了研究双钢板混凝土墙体构件的抗震性能,基于2组6个双钢板混凝土墙体构件的拟静力试验,开展了墙体构件在低周往复荷载作用下的破坏模式和破坏特征分析,得到了试件滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数和耗能能力.第1组试验结果表明:栓钉间距是影响钢板和混凝土整体受力、防止钢板局部屈曲的关键因素;设置加劲肋,可以提高墙体整体刚度、承载能力和延性,但对延缓墙体裂缝出现影响不大.第2组试验结果表明:试件弹性阶段,3个试件的刚度变化基本一致,而且刚度较大,弹塑性阶段时,基础梁出现了裂缝,提前破坏,说明钢板混凝土结构与钢筋混凝土结构的交接处容易出现破坏.

关键词：双钢板混凝土墙体构件拟静力试验抗震性能栓钉间距加劲肋

Tilt-up建筑波纹钢板屋盖平面内受力性能研究

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工程抗震与加固改造 2021年第6期43卷 39-45,54页

作者：于佳傲彭有开吴徽北京建筑大学工程结构与新材料北京高等学校工程研究中心北京100044

为研究Tilt-up建筑波纹钢板屋盖平面内的受力性能,采用ABAQUS有限元软件分析不同波纹钢板厚度及栓钉间距对波纹钢板屋盖承载力、刚度退化、耗能等方面的影响。对Essa等人所做悬臂结构的波纹钢板试验进行模拟分析,模拟结果与试验结果基... 详细信息

为研究Tilt-up建筑波纹钢板屋盖平面内的受力性能,采用ABAQUS有限元软件分析不同波纹钢板厚度及栓钉间距对波纹钢板屋盖承载力、刚度退化、耗能等方面的影响。对Essa等人所做悬臂结构的波纹钢板试验进行模拟分析,模拟结果与试验结果基本一致,保证了有限元结果的可靠性,随后对波纹钢板厚度及栓钉间距进行了参数化分析,结果表明:多数试件滞回曲线均出现明显的捏缩现象;栓钉间距相同,波纹钢板厚度由0.76mm增至1.21mm时,承载力平均提高29.51%;耗能平均提高34.17%。波纹钢板厚度相同,栓钉间距由152mm增至456mm时,试件的承载力平均下降73.3%;耗能平均提高39.60%。试件刚度最终均退化至5kN/mm~15kN/mm。研究表明:栓钉间距为152mm、波纹钢板厚度为1.21mm的波纹钢板屋盖受力性能最优。

关键词： Tilt-up建筑体系波纹钢板屋盖有限元分析波纹钢板厚度栓钉间距

钢-混凝土组合梁混合连接件的受剪性能试验研究

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苏州科技大学学报（工程技术版） 2021年第4期34卷 39-44页

作者：袁晓静刘凡赵伟郑昕昀苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011 浙江交通职业技术学院桥隧工程研究所浙江杭州311112

胶结-栓钉混合连接件是一种新型钢-混凝土组合梁的连接件,为研究设置有胶结-栓钉混合连接件的组合梁在静载作用下的受力性能,对3组共6个混合连接件进行推出试验,研究混合连接件的破坏机制、栓钉受力、胶结层受力及荷载-滑移性能,探讨了... 详细信息

胶结-栓钉混合连接件是一种新型钢-混凝土组合梁的连接件,为研究设置有胶结-栓钉混合连接件的组合梁在静载作用下的受力性能,对3组共6个混合连接件进行推出试验,研究混合连接件的破坏机制、栓钉受力、胶结层受力及荷载-滑移性能,探讨了栓钉间距对混合连接件抗剪性能的影响。试验结果表明:胶结层和栓钉组成混合连接件联合抗剪,最终表现为延性破坏;减小栓钉间距,可提高混合连接件的抗剪承载力,但不能改善其滑移性能。

关键词：混合连接件推出试验破坏机制栓钉间距受剪性能

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部分充填混凝土-钢箱连续组合梁裂缝特征

华侨大学学报（自然科学版） 2021年第2期42卷 172-181页

作者：郑艳王泽博莫时旭蒋越桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

对5根部分充填混凝土-钢箱连续组合梁进行静力加载试验,研究组合梁在负弯矩作用下的混凝土面板的裂缝开裂和发展特征.根据试验结果与理论分析,综合考虑力比、栓钉间距对部分充填混凝土-钢箱连续组合梁裂缝特征的影响,对比负弯矩区裂缝... 详细信息

对5根部分充填混凝土-钢箱连续组合梁进行静力加载试验,研究组合梁在负弯矩作用下的混凝土面板的裂缝开裂和发展特征.根据试验结果与理论分析,综合考虑力比、栓钉间距对部分充填混凝土-钢箱连续组合梁裂缝特征的影响,对比负弯矩区裂缝宽度试验值与各文献计算值.结果表明:力比对裂缝最大宽度的影响较大,栓钉可引起次生裂缝的产生,故应将力比及栓钉连接件的间距作为部分充填混凝土-钢箱组合梁中支座区最大裂缝宽度计算的重要参数.

关键词：混凝土-钢箱连续组合梁负弯矩区裂缝特征力比栓钉间距