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钢筋ECC柱和型钢混凝土柱受扭性能研究

钢筋ECC柱和型钢混凝土柱受扭性能研究

作者：靳绪耀苏州科技大学

学位级别：硕士

钢筋ECC构件的承载力、控裂性能、韧性、延性、耐损伤能力和耗能能力均优于钢筋混凝土构件,可以显著改善混凝土结构的脆性破坏模式,具有广泛的应用前景。但目前钢筋ECC构件受扭性能的研究严重滞后,相关受力机理和破坏特征均未被揭示,极... 详细信息

钢筋ECC构件的承载力、控裂性能、韧性、延性、耐损伤能力和耗能能力均优于钢筋混凝土构件,可以显著改善混凝土结构的脆性破坏模式,具有广泛的应用前景。但目前钢筋ECC构件受扭性能的研究严重滞后,相关受力机理和破坏特征均未被揭示,极大的限制了钢筋ECC结构的设计和工程应用。本课题组在ECC试配试验和材性试验研究的基础上,设计并浇筑完成了12根钢筋ECC柱试件,因我校试验大厅任务量大,排队现象严重,本文仅通过数值模拟来分析其中11根试件的受扭性能,并对本课题组完成的10根型钢混凝土柱的复合受扭试验进行综合分析,主要研究内容及结论如下:(1)研制具有优良抗拉性能和应变硬化特性的ECC材料,确定ECC本构方程,基于ABAQUS软件建立高效、可靠地钢筋ECC构件数值分析模型。(2)轴压比和配箍率是影响钢筋ECC柱受扭性能的主要参数,随着轴压比的增大,试件峰值扭矩得到提高,但极限扭率下降;随着配箍率的增大,试件承载力和变形能力均得到提高;扭弯比、剪跨比和配筋率对钢筋ECC柱受扭性能影响较小。(3)钢筋ECC受扭柱在破坏时应力退化区域主要集中在柱身中部,未出现混凝土柱角的竖向粘结破坏,表现出较好地整体性。(4)复合扭矩作用下,10根型钢混凝土柱均发生扭形破坏,裂缝主要出现在柱身中部,柱底未出现混凝土压溃现象;减小扭弯比有利于提高试件的延性和耗能能力,有利于延缓试件刚度和强度的退化;焊接栓钉可以提高试件的承载力,但会降低其延性;十字型钢混凝土试件的受扭承载力高于H型钢混凝土试件。(5)钢筋ECC柱比钢筋混凝土柱具有更好地受扭性能,变形能力优势明显;钢筋ECC柱与型钢混凝土柱有着类似的极限扭率,但承载力较低。

关键词：钢筋ECC柱型钢混凝土柱受扭性能数值模拟试验分析

装配式预应力混凝土框架梁柱接缝受扭性能研究

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装配式预应力混凝土框架梁柱接缝受扭性能研究

作者：卫晓刚中国建筑科学研究院有限公司

学位级别：硕士

中国建筑技术集团有限公司在所承担的建筑工业化领域“十三五”重点研发计划子课题研究中提出了一种新型装配整体式预应力混凝土框架结构体系,其核心技术是将预制柱和预制梁通过张拉预应力筋实现干式压接连接,该体系可适用于大柱网重荷... 详细信息

中国建筑技术集团有限公司在所承担的建筑工业化领域“十三五”重点研发计划子课题研究中提出了一种新型装配整体式预应力混凝土框架结构体系,其核心技术是将预制柱和预制梁通过张拉预应力筋实现干式压接连接,该体系可适用于大柱网重荷载框架结构。现浇混凝土框架结构的边框架梁需要考虑受扭问题,设计中通过配置受扭纵筋与箍筋满足受扭承载力需求。新型装配整体式预应力混凝土框架结构中,边框架梁与柱之间通过灌注高强砂浆并张拉预应力筋实现压接连接。梁柱接缝截面仅配有预应力筋,与现浇结构的受扭配筋有较大差异,因此,有必要对接缝截面的扭转受力机理进行研究,并提出接缝截面的受扭设计方法。本文针对以上问题,进行了装配式预应力混凝土框架梁柱接缝受扭性能试验研究,主要研究内容及成果如下:首先,设计制作了15个装配式梁柱压接试件,并进行受扭试验,分析了轴心预压应力、偏心预压应力、预应力筋的销栓作用,以及结合面粗糙处理与灌缝材料对接缝受扭性能的影响。试验结果表明:（1）在接缝受扭破坏过程中,其裂缝表现为侧面竖缝与顶面横缝连通,形成沿接缝正截面的四周贯通裂缝,侧面与顶面同时出现多且密的平行斜裂缝,接缝产生明显的扭转错动;（2）对接缝施加预压应力可显著提高接缝的受扭承载力与延性,且接缝的受扭承载力、延性与预压应力呈正相关关系;（3）接缝开裂后,预应力筋发挥销栓作用,显著提高接缝的受扭承载力与延性;（4）预压应力作用下,结合面凿毛处理可有效提高接缝截面扭转变形能力、受扭承载力和延性。其次,分析试验结果并结合相关文献研究成果,阐述了装配式预应力混凝土框架梁柱压接接缝扭转受力机理,接缝受扭破坏过程可分为三个阶段。（1）弹性阶段:在开裂扭矩之前,扭转角非常小,其正截面处于弹性状态,扭矩由结合面上的剪应力来承担,剪应力由粘接力与压应力所产生的摩擦力组成;（2）弹塑性阶段:当扭矩增大至开裂扭矩后,接缝侧面角部产生斜裂缝,扭矩增长速率变慢,侧面与顶面的竖缝与横缝同时发展,其正截面局部区域进入塑性状态,接缝的粘接力下降,达到峰值扭矩时,接缝正截面形成四周贯通裂缝,受扭承载力主要由预压应力产生的摩擦力与预应力筋的销栓作用组成;（3）破坏阶段:扭矩逐渐下降,扭转角增长速率变快,裂缝向内部发展,外部区域砂浆退出工作,结合面有效截面不断减小。由于压应力与预应力筋的作用,接缝具有较好的延性。最后,参考国内外相关规范并结合本次试验结果,提出了接缝受扭承载力计算方法,计算值与试验值较为吻合。对接缝的受扭设计提出建议,建议接缝受扭设计时预压应力值不应低于5MPa。通过算例和试验验证可知,在正常设计施工条件下,纯扭受力时,梁会先于接缝产生典型的扭转破坏,接缝的受扭安全度储备较高。

关键词：装配式混凝土框架预应力梁柱压接接缝受扭性能受扭承载力计算方法

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型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究

型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究

作者：丁双双苏州科技学院

学位级别：硕士

型钢混凝土结构的内部的型钢与外包的钢筋混凝土粘结成为整体，共同受力，使得各自的优势强度都得到充分利用。由于组合效应的存在，其受力性能也优于钢筋混凝土与型钢的简单叠加。这决定了SRC结构是非常理想的抗震结构，其实际应用日... 详细信息

型钢混凝土结构的内部的型钢与外包的钢筋混凝土粘结成为整体，共同受力，使得各自的优势强度都得到充分利用。由于组合效应的存在，其受力性能也优于钢筋混凝土与型钢的简单叠加。这决定了SRC结构是非常理想的抗震结构，其实际应用日益广泛，尤其适用于超高层和大跨度建筑结构。随着社会的发展，建筑高度越来越高、跨度越来越大、功能分区越来越多、外观越来越不规则、结构形式越来越复杂，出现了大量的受扭问题亟待解决。因此，对SRC构件的复合受扭性能和设计计算理论研究，可以推进和完善我国高层建筑和大跨桥梁的抗震性能，确保设计的建筑或者构筑物满足安全性、经济性、实用性。也可填补SRC结构设计规范中受扭设计方面的空白，推动SRC结构的理论发展。SRC构件的受扭研究是纷繁复杂，大而且广泛的。本文在试验的基础上，对SRC构件在低周反复荷载作用下的受扭性能和设计计算理论进行了初步研究。主要完成以下几部分工作：（1）通过对7根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土对比柱在低周反复荷载作用下的试验研究，以轴压比、扭弯比、配箍率、有无型钢、有无栓钉为参数，研究复合受扭作用下型钢混凝土柱的破坏过程和破坏机理；观测裂缝发展位置，发展角度和宽度；描述型钢、纵筋、箍筋、混凝土的应力-应变分布规律。（2）对试验结果进行理论分析，分析各参数变化对试件受扭性能的影响;以扭矩-扭率滞回性能、强度衰减、刚度退化、耗能能力为指标，系统的分析各试件的抗震性能。（3）基于叠加原理，将沙堆比拟法和变角空间桁架模型应用于SRC构件受扭研究分析中，推导出开裂扭矩、极限扭矩的计算公式，提出型钢混凝土复合受扭的相关方程。（4）总结本文的研究成果和需要改进的地方，并提出SRC构件后续研究展望。

关键词： SRC柱压弯剪扭低周反复受扭性能开裂扭矩极限扭矩

基于ABAQUS的倒L形型钢混凝土梁受扭性能研究

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混凝土与水泥制品 2023年第4期 68-73,80页

作者：严舒云邵永健谢强苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

为研究倒L形型钢混凝土梁的受扭性能,结合相关试验研究,采用ABAQUS有限元软件对5个试件作了建模分析,研究了混凝土强度、箍筋间距、纵筋配筋率、型钢型号、型钢与混凝土黏结滑移建模方法等对倒L形梁抗扭性能的影响。结果表明:混凝土强... 详细信息

为研究倒L形型钢混凝土梁的受扭性能,结合相关试验研究,采用ABAQUS有限元软件对5个试件作了建模分析,研究了混凝土强度、箍筋间距、纵筋配筋率、型钢型号、型钢与混凝土黏结滑移建模方法等对倒L形梁抗扭性能的影响。结果表明:混凝土强度等级对试件的极限承载力影响较大,但对试件延性和耗能能力的影响较小;纵筋配筋率对试件抗扭能力几乎没有影响;减小箍筋间距、提高型钢型号可以提升试件的延性和承载力;型钢-混凝土界面采用内聚力模型较摩擦接触模型的精度更高,但是计算成本相对较大,参数获取复杂。

关键词：倒L形型钢混凝土梁有限元分析受扭性能拓展参数分析

型钢混凝土柱在单调荷载作用下的受扭性能试验研究

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苏州科技学院学报（工程技术版） 2014年第1期27卷 57-60页

作者：周月艳邵永健柳丽荣苏州科技学院土木工程学院江苏苏州215011

试验共采用3个试件,通过它们在复合受力下的单调受扭试验,得到了型钢混凝土柱在单调荷载下的裂缝形成和发展规律及破坏特征。试验主要通过控制轴压比、扭弯比来分析型钢混凝土构件在压弯剪扭作用下的受扭性能。结果表明,轴压比的增加提... 详细信息

试验共采用3个试件,通过它们在复合受力下的单调受扭试验,得到了型钢混凝土柱在单调荷载下的裂缝形成和发展规律及破坏特征。试验主要通过控制轴压比、扭弯比来分析型钢混凝土构件在压弯剪扭作用下的受扭性能。结果表明,轴压比的增加提高了试件的初始刚度和承载力,扭弯比的增加显著提高了试件初始刚度。

关键词：型钢混凝土受扭性能复杂应力状态扭弯比试验研究

型钢混凝土复合受扭构件受力性能试验和数值模拟

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型钢混凝土复合受扭构件受力性能试验和数值模拟

作者：盛炜仲苏州科技大学

学位级别：硕士

型钢混凝土是一种钢—混凝土组合结构,由于配置了型钢,使得该结构有着更高的承载力和抗变形能力。与普通钢筋混凝土结构相比,由于配置型钢可突破配筋率的限制,可以在维持构件截面不变的前提下大幅提高承载力,非常适合高层和超高层等大... 详细信息

型钢混凝土是一种钢—混凝土组合结构,由于配置了型钢,使得该结构有着更高的承载力和抗变形能力。与普通钢筋混凝土结构相比,由于配置型钢可突破配筋率的限制,可以在维持构件截面不变的前提下大幅提高承载力,非常适合高层和超高层等大负载场合。而相比于纯钢结构,型钢混凝土具有更强的耐火性、耐腐蚀性和抗冲击性能,且由于截面积大于纯钢构件,使得该结构几乎不会出现失稳屈曲的现象,能够充分利用钢材高强度的优势。因型钢混凝土结构具有的诸多优点,在国内外都成为众多学者研究的热门方向。相较于日本和欧美等国家,我国对型钢混凝土结构的研究起步较晚,且初期参照了相当多的国外经验与理论。尽管我国已颁布了自己的型钢混凝土规范,但依然有诸多需要完善之处。例如现行规范并未涉及型钢混凝土柱抗扭内容,而实际工程中柱体往往处于多种荷载叠加的复合受扭状态,因此这一部分的研究亟待完善。为研究型钢混凝土柱在压、弯、剪、扭组合的复合受扭状态下的受力性能及影响因素,本文将从力学试验与数值模拟两方面着手。力学试验方面,设计了15根试件,以轴压比、扭弯比、配箍率、配置栓钉、配钢形式和加载方式为设计参数,进行了复合受扭力学试验。根据试验结果,在本文试验参数范围内型钢混凝土柱在复合受扭作用下属延性破坏,呈现扭型破坏的特征。加载过程可分为3个阶段:混凝土开裂前的线弹性阶段、开裂后屈服强化阶段和破坏软化阶段,且达到极限状态时型钢大部分未屈服,材料未得到充分利用。在低周反复荷载作用下滞回曲线呈Z形,型钢与混凝土之间出现显著滑移现象。轴压比由0.1提高至0.3,极限扭矩变化不大但延性会降低12.3%～20.2%。扭弯比由0.336提升至0.672可同时提高3.8%～23.2%的极限扭矩和12.5%～67.8%的延性。箍筋间距由100 mm降至50 mm可使极限扭矩提升24.6%～28.4%,但使延性降低24.1%～40.4%。配置栓钉对极限扭矩影响不大,但导致延性降低24.4%～26.4%。低周反复荷载相比单调荷载平均削弱24.3%的极限扭矩与34.1%的延性,但受不同设计参数影响的程度更小。配十字型钢相比配H型钢可提升8.2%的极限扭矩和46.0%的延性。数值模拟方面,通过分析ABAQUS混凝土损伤塑性模型(CDP)计算原理并结合应力云图指出其存在以下不足:CDP模型的单元应力与应变有关,由于其无法模拟客观上的裂缝抑制过程,使得混凝土受拉开裂后开裂应变持续快速扩大从而导致受拉强度迅速下降。该不足在本次复合受扭的模拟中会导致剪压叠加区开裂后被迅速拉坏,从而抗压强度一并骤减,最终使得模拟结果远低于试验值。而试验中由于裂缝发展被抑制,混凝土在开裂后强度仍能保持提升。为解决该问题,提出截断受拉本构曲线的思路来抵消剪压区混凝土强度异常下降的问题,经研究截断位置在0.5 f时模拟结果与试验结果较为吻合。最后使用该思路在上述试件中选取12根进行数值模拟验证,模拟与试验结果对比显示,二者的扭矩—扭率曲线全程相符较好,对于单调试件峰值扭矩和极限扭矩与试验误差控制在4%以内,而低周反复试件的双向峰值扭矩和极限扭矩平均值与试验值误差在7%以内,且滞回曲线呈现出明显的捏缩特征,表明本文建模方法可用于型钢混凝土柱复合受扭模拟分析。

关键词：型钢混凝土柱复合受扭试验数值模拟受扭性能

箱形型钢混凝土梁开裂扭矩与极限扭矩计算分析

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建筑结构 2011年第1期41卷 23-25页

作者：梁书亭朱筱俊张根俞东南大学土木工程学院南京210096 中国建筑设计研究院北京100044

依据7根箱形型钢混凝土梁的受扭性能的试验结果,在变形协调基础上建立了开裂扭矩计算公式,采用等效钢筋法建立了符合我国规范计算公式形式的极限扭矩计算公式。与试验结果对比表明,建议的公式满足精度要求,可为箱形型钢混凝土梁的设计... 详细信息

依据7根箱形型钢混凝土梁的受扭性能的试验结果,在变形协调基础上建立了开裂扭矩计算公式,采用等效钢筋法建立了符合我国规范计算公式形式的极限扭矩计算公式。与试验结果对比表明,建议的公式满足精度要求,可为箱形型钢混凝土梁的设计提供理论依据。

关键词：型钢混凝土受扭性能开裂扭矩极限扭矩

钢筋混凝土箱形构件双向压弯剪反复扭矩作用的性能研究

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建筑结构 2007年第7期37卷 20-24页

作者：刘继明史庆轩李志军梁琳俞茂宏西安交通大学航空航天学院 710049 西安建筑科技大学 710055 青岛理工大学 266033

对复合受力构件在扭矩作用下的非线性性能,包括扭矩-扭转角关系、开裂扭矩、初始刚度、破坏特征、延性和承载能力进行深入探讨,为推导箱形截面钢筋混凝土构件复合受扭下的强度和刚度计算公式以及《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10—2002... 详细信息

对复合受力构件在扭矩作用下的非线性性能,包括扭矩-扭转角关系、开裂扭矩、初始刚度、破坏特征、延性和承载能力进行深入探讨,为推导箱形截面钢筋混凝土构件复合受扭下的强度和刚度计算公式以及《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10—2002)制定有关设计条文提供依据。不仅对钢筋混凝土受扭构件的空间变角桁架理论假设进行了验证,而且以试验数据为指导,讨论了此类构件在工程实际中的应用推广。

关键词：钢筋混凝土箱形截面构件复合受扭受扭性能

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部分填充混凝土-钢组合柱受扭机理研究

部分填充混凝土-钢组合柱受扭机理研究

作者：于子茗长安大学

学位级别：硕士

随着城市现代化的快速发展,钢-混凝土组合结构因其良好的受力性能得到广泛应用,部分填充混凝土-钢组合柱(Partially Encased Composite,简称PEC柱)作为一种新形钢-混凝土组合形式,与钢结构柱相比,其承载能力得到显著提高,同时填充混凝... 详细信息

随着城市现代化的快速发展,钢-混凝土组合结构因其良好的受力性能得到广泛应用,部分填充混凝土-钢组合柱(Partially Encased Composite,简称PEC柱)作为一种新形钢-混凝土组合形式,与钢结构柱相比,其承载能力得到显著提高,同时填充混凝土又提高了钢结构柱的稳定性和耐火性能,构造简单,便于实现装配化施工。PEC柱逐渐在工程中得到广泛的应用。目前对PEC柱受扭性能的研究较少,因此,对于PEC柱结构在受扭情况下的抗扭性能分析对于实际工程施工有着重要意义。本文通过对PEC柱受扭试验进行数值模拟,对比验证了有限元模型的正确性。在此基础上,运用ABAQUS软件建立了48个PEC柱的数值模型,对其受扭力学性能进行分析,分别研究型钢翼缘宽厚比、型钢屈服强度以及填充混凝土强度对PEC柱受扭力学性能的影响。分析结果表明,减小翼缘宽厚比,增大型钢强度,提高填充混凝土强度,PEC柱的极限扭矩可以得到显著提高;增大填充混凝土强度也可以提高PEC柱的抗扭刚度。在此基础上,对PEC柱纯扭受力性能进行全过程分析,在初始阶段,部分填充混凝土-钢组合柱整体扭转角很小,此时主要由填充混凝土承担扭矩。随着扭矩增加,填充混凝土抗扭作用逐渐失效,型钢逐渐承担抗扭作用。后期,PEC柱扭矩-转角曲线未出现明显下降段,填充混凝土仍能起到约束型钢的作用,使PEC柱抗扭能力得到充分发挥。本文根据型钢构件和钢筋混凝土构件的受扭计算理论,在已有试验结论以及数值分析结果基础上,基于叠加原理,同时考虑到型钢与填充混凝土之间的相互约束,提出了一种计算方法,可以计算出PEC柱在纯扭作用下的开裂扭矩和极限扭矩,将计算结果与试验及有限元结果进行对比,结果表明公式计算值与试验及有限元结果吻合较好。

关键词：部分填充混凝土受扭性能有限元分析开裂扭矩极限扭矩