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钢-混凝土MVFT组合梁抗弯承载能力研究

钢-混凝土MVFT组合梁抗弯承载能力研究

作者：李佳文西北农林科技大学

学位级别：硕士

MVFT(Modified-Verbund-Fertigteil-Trager)组合梁是一种以复合榫为抗剪连接件的新型钢-混组合梁,其钢梁和混凝土板全部在工厂预制,具有制作方便、自重轻、施工迅速等优点。本文针对钢-混凝土MVFT组合梁和普通钢-混组合梁的抗弯承载力... 详细信息

MVFT(Modified-Verbund-Fertigteil-Trager)组合梁是一种以复合榫为抗剪连接件的新型钢-混组合梁,其钢梁和混凝土板全部在工厂预制,具有制作方便、自重轻、施工迅速等优点。本文针对钢-混凝土MVFT组合梁和普通钢-混组合梁的抗弯承载力进行了理论研究,提出了基于两种钢材应变强化模型的承载能力计算公式。主要研究内容如下:(1)采用有限元软件ABAQUS建立了100组MVFT组合梁数值模型,并通过对比背景试验结果,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对数值模型进行三点弯曲试验,在塑性理论假设下,MVFT组合梁的破坏模式为混凝土板压溃破坏。(2)基于两种钢材应变强化模型,钢材三线性强化模型和钢材双线性强化模型,分别推导了MVFT组合梁的极限抗弯承载力理论公式。基于两种钢材本构模型的MVFT组合梁抗弯承载力公式(分别简记为三线性公式,双线性公式)预测结果与有限元结果吻合较好,平均误差分别为1.70%和1.59%,验证了本文提出的理论公式的正确性。在此基础上,采用同样的计算方法对常规完全抗剪连接的钢-混凝土组合梁的极限抗弯承载力进行了预测,并将拓展公式计算结果与多个相关试验结果进行了比较。结果表明,拓展三线性公式、拓展双线性公式均能较准确地预测常规钢-混凝土组合梁的极限抗弯承载力,与试验结果的平均误差分别为2.07%和1.75%。此外,不论是双线性公式,还是拓展双线性公式,平均误差均更小,且公式形式更简洁。因此,采用钢材双线性强化模型的组合梁抗弯承载力计算公式更具有适用性。(3)将本文提出的MVFT组合梁的极限抗弯承载力理论公式与现有规范公式进行了对比,结果表明规范计算公式的计算结果偏于保守,平均比真实值低10%左右,而双线性公式预测值与真实值的平均误差仅为1.59%。(4)建立了两种机器学习模型,BP神经网络和最小二乘支持向量机(LSSVM),并利用两种机器学习模型对MVFT组合梁的抗弯承载力进行了预测,结果表明两种机器学习模型均具有较高的预测精度:两种机器学习模型的最大相对误差均值均小于3%,MAPE和RMSE均值均接近于0。(5)提出了等效屈服强度的概念,用于解决常规全剪连接组合梁的钢梁各部分屈服强度不一致时产生的问题,并通过对比采用等效屈服强度与实际屈服强度的计算结果,验证了该概念的正确性。(6)在欧洲规范的计算公式基础上,提出了部分剪力连接常规钢-混组合梁的极限抗弯承载力修正公式。通过选取多组部分抗剪连接的常规钢-混组合梁的极限抗弯承载力试验结果,确定了修正系数,从而得到了部分剪力连接常规组合梁的极限抗弯承载力经验公式。

关键词： MVFT梁极限抗弯承载力钢-混组合梁抗剪连接程度钢材本构模型

装配式双拼槽钢组合梁受弯性能试验及有效宽度研究

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装配式双拼槽钢组合梁受弯性能试验及有效宽度研究

作者：朱医博中南大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合梁截面高度小、自重轻、承载力高,已广泛应用于建筑结构领域。传统组合梁采用现场浇筑的建造方式,湿作业量大、养护周期长,装配式钢-混凝土组合结构是装配式建筑结构的重要发展方向。本文提出一种模块化装配式双拼槽钢组合... 详细信息

钢-混凝土组合梁截面高度小、自重轻、承载力高,已广泛应用于建筑结构领域。传统组合梁采用现场浇筑的建造方式,湿作业量大、养护周期长,装配式钢-混凝土组合结构是装配式建筑结构的重要发展方向。本文提出一种模块化装配式双拼槽钢组合梁,其他组合梁相比可实现梁板融合,制作简单,运输便利,完全消除现场湿作业。本文通过试验研究、有限元分析及理论研究等方法,揭示了宽跨比、抗剪连接件间距、螺栓排数及间距等参数对该组合梁抗弯承载力及有效宽度的影响规律。主要研究内容如下:(1)开展7根不同参数装配式双拼槽钢组合梁受弯试验,试验参数包括宽跨比、抗剪连接件间距、槽钢型号。通过研究各参数对双拼槽钢组合梁的破坏模式、平面外分离、应变分布及抗弯承载能力等,揭示了该组合梁的受力机理。结果表明:高强螺栓可有效约束两预制模块,组合梁均发生典型受弯破坏,平面外分离较小,可忽略其对受力性能的影响,混凝土板可作为连续的整板进行分析。(2)建立精细化数值分析模型,通过对比荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线、破坏模式等验证有限元模型的准确性,建立以宽跨比、螺栓排数及位置、螺栓间距、荷载形式、混凝土强度、钢材强度、槽钢型号等为参数的有限元模型,揭示各参数对极限抗弯承载力、平面外分离距离、破坏模式及有效宽度的影响规律。(3)基于试验与有限元分析结果,提出在均布、集中、两点荷载下的翼缘有效宽度计算方法;基于简化塑性理论,提出适用于本组合梁的极限抗弯承载力计算方法,计算结果与试验值、模拟值吻合良好。图81幅,表28个,参考文献75篇。

关键词：装配式钢-混凝土组合梁宽跨比有效宽度极限抗弯承载力

钢框架梁下翼缘削弱型组合节点的滞回性能研究

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钢框架梁下翼缘削弱型组合节点的滞回性能研究

作者：尚永芳长安大学

学位级别：硕士

带混凝土楼板的钢框架梁柱节点(以下简称组合节点)因为混凝土楼板的存在,使结构刚度增加,延性性能降低。而组合节点的梁截面中和轴相比较于纯钢节点有所上移,导致节点在下翼缘梁端焊缝处应力集中,引起在下翼缘梁端焊缝处断裂。针对以上... 详细信息

带混凝土楼板的钢框架梁柱节点(以下简称组合节点)因为混凝土楼板的存在,使结构刚度增加,延性性能降低。而组合节点的梁截面中和轴相比较于纯钢节点有所上移,导致节点在下翼缘梁端焊缝处应力集中,引起在下翼缘梁端焊缝处断裂。针对以上不足,本文提出一种梁翼缘上窄下宽仅对梁下翼缘削弱的单轴对称新型组合节点(以下简称新型组合节点)连接形式,以减小组合效应带来的不利影响,实现梁上塑性铰外移,减小梁下翼缘焊缝发生脆断的风险,从而提高组合节点的延性性能,减少中和轴的上移。本文对两个1/2缩尺的新型组合节点试件和标准型组合节点试件分别进行循环加载试验研究,并通过有限元软件ABAQUS对两个模型进行模拟以及变参分析。通过上述研究获得新型组合节点的抗震性能,提出高延性新型组合节点的抗震设计方法及构造措施,也是对钢框架组合节点结构设计理论的完善和发展。试验研究表明,混凝土楼板的存在使组合梁截面的中和轴显著上移,而采用单轴对称钢梁截面形式可以减缓中和轴的上移。新型组合节点在梁下翼缘削弱处出现明显的应力集中,说明采用梁下翼缘削弱形式有助于实现梁上塑性铰外移,减小组合节点下翼缘梁端焊缝处的应变集中程度,避免在在梁下翼缘梁端焊缝产生脆性断裂。通过有限元软件ABAQUS对新型组合节点模型和标准型组合节点模型进行了模拟,并与试验的滞回性能、梁上下翼缘焊缝处的应力、梁腹板应力进行对比,证明了本文有限元建模方法可以较好的模拟出试件在循环荷载作用下试验研究。运用有限元软件ABAQUS研究了梁翼缘削弱形式、上下翼缘宽度比、梁端削弱起始端距离柱端的距离a、削弱长度b以及削弱深度c五个参数的滞回性能,通过对滞回性能以及梁腹板应力等方面的对比,建议参数取值如下:上下翼缘宽度比为0.6～0.9;削弱起始点距梁柱连接面的距离a=(0.65～0.90)b;削弱长度b=(0.65～0.90)h;削弱深度c=(0.10～0.20)b。其中b和h表示梁下翼缘宽度和钢梁截面高度。为了符合实际受力情况,本文推导了组合梁在正、负弯矩作用下的极限抗弯承载力计算公式,并对其进行验证,证明了本文提出的承载力计算公式可以较为精确地计算本文所设计的新型组合节点的极限抗弯承载力,为工程实际应用提供一个可参考的新型节点连接选择。

关键词：梁下翼缘削弱滞回性能组合节点单轴对称极限抗弯承载力

T形弯折圆钢管及其曲面端板装配节点受弯滞回性能研究

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T形弯折圆钢管及其曲面端板装配节点受弯滞回性能研究

作者：武红伟长安大学

学位级别：硕士

T形弯折圆钢管节点是在T形圆钢管节点的基础上对主管进行有角度的焊接而形成的节点,其曲面端板装配节点则是在T形弯折圆钢管节点的基础上,改变支管直接焊接主管的形式,先与曲面端板焊接再通过高强螺栓连接主管而成的一种新型节点。本文... 详细信息

T形弯折圆钢管节点是在T形圆钢管节点的基础上对主管进行有角度的焊接而形成的节点,其曲面端板装配节点则是在T形弯折圆钢管节点的基础上,改变支管直接焊接主管的形式,先与曲面端板焊接再通过高强螺栓连接主管而成的一种新型节点。本文采用试验、有限元分析和理论分析三种方法,分别对T形弯折圆钢管节点以及曲面端板装配节点的受弯滞回性能进行了研究,并提出了关于此类新型节点的抗弯承载力计算公式以及弯矩-转角理论模型。对不同主管连接角度A、不同支管厚度t的T形弯折圆钢管节点及其曲面端板装配节点进行受弯滞回性能缩尺试验研究。考察了T形弯折圆钢管节点及其曲面端板装配节点的破坏模式及受弯滞回性能。试验结果表明:(1)T形弯折圆钢管节点的试验结果发现破坏主要为主管近焊缝区的管壁开裂、主管连接焊缝开裂及主管近焊缝两侧屈曲,同时发现承载力大小主要受主管管壁开裂及主管连接焊缝开裂的影响;(2)T形弯折圆钢管节点中,随着支管厚度的减小,各性能变化明显,在一定程度上支管厚度越大,性能越好;小范围内的主管连接角度对节点受弯滞回性能影响相对较小;(3)曲面端板装配节点的试验结果发现破坏主要为曲面端板近焊缝区开裂和曲面端板屈曲破坏,保护主管不受破坏且使承载力得到明显提升,实现“强节点,弱构件”,保护节点的安全性,并且具有破坏后可更换的优势。采用ABAQUS有限元程序对T形弯折圆钢管节点及其曲面端板装配节点进行有限元验证分析。建立了考虑几何非线性、材料非线性以及接触问题的T形弯折圆钢管节点及其曲面端板装配节点有限元模型,并与试验结果进行对比,用以验证有限元建模的准确性。在此基础上,以曲面端板装配节点足尺尺寸建立BASE模型进行变参分析,并对支主管直径比β、主管径厚比γ、主管连接角度A及曲面端板厚度t等影响因素进行参数分析,结果表明:提高β或者减小γ可以显著提高曲面端板装配节点受弯滞回性能;主管连接角度A在0°～7.5°小范围之间变化时,对曲面端板装配节点受弯滞回性能影响不大;曲面端板厚度t在8mm-12mm区间时,能在显著提高其受弯滞回性能。在试验及有限元分析的基础上,提出了曲面端板装配节点的极限抗弯承载力公式及弯矩-转角理论模型。并通过与试验结果、有限元验证结果和有限元变参结果的对比分析,验证本节提出的极限抗弯承载力理论及弯矩-转角理论模型的适用性和准确性;探讨了各参数对极限抗弯承载力及弯矩-转角曲线的影响。

关键词： T形圆钢管弯折端板连接受弯滞回性能极限抗弯承载力

超高性能混凝土-混凝土组合简支梁弯曲性能试验

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同济大学学报（自然科学版） 2020年第5期48卷 664-672,701页

作者：刘超孙启鑫邹宇罡同济大学土木工程学院上海200092 上海市政工程研究总院(集团)有限公司上海200092

进行了3根超高性能混凝土(UHPC)位于受拉区的超高性能混凝土-混凝土组合梁(UHPC-NC组合梁)和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲性能试验。对UHPC-NC组合梁的受力过程、跨中截面应变分布、裂缝开展模式和破坏形态等进行了研究分析。试验结果表明... 详细信息

进行了3根超高性能混凝土(UHPC)位于受拉区的超高性能混凝土-混凝土组合梁(UHPC-NC组合梁)和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲性能试验。对UHPC-NC组合梁的受力过程、跨中截面应变分布、裂缝开展模式和破坏形态等进行了研究分析。试验结果表明,UHPC-NC组合梁在加载过程中基本符合平截面假定,并且在UHPC层中配置适量的纵向钢筋,能大幅度提高组合梁的抗弯承载力。同时,将钢筋和UHPC对试验梁极限承载力的贡献分为4个阶段(初始状态、阶段状态、极限状态和破坏状态)进行计算。最后,对组合梁受拉区UHPC层等效矩形应力系数k进行推导。结果表明,UHPC层对组合梁抗弯承载力的贡献效率随着配筋率的不同而不同。

关键词：超高性能混凝土-混凝土组合梁超高性能混凝土抗弯贡献度模型试验极限抗弯承载力

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组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

交通运输工程学报 2018年第5期18卷 56-65页

作者：王世超王春生段兰沈建成王茜长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点实验室陕西西安710064 洛桑联邦理工结构维护与安全实验室宁夏路桥集团股份有限公司宁夏银川750016

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题,采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能;对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验,并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足... 详细信息

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题,采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能;对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验,并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比,分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能,研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律;基于足尺试验结果,建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明:钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征;与未加固梁相比,钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上,在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上,因此,组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能;受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定;组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6mm,因此,钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好;足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01,因此,简化公式可靠,可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。

关键词：桥梁工程钢板-混凝土组合加固足尺预应力混凝土小箱梁极限抗弯承载力塑性极限分析法

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

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中国公路学报 2020年第9期33卷 206-214页

作者：金辉徐岳姜凤华程嘉稀长安大学公路学院陕西西安710064 台州学院建筑工程学院浙江台州318000

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000kN梁柱加载系统,应变采集使用静... 详细信息

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000kN梁柱加载系统,应变采集使用静态应变分析系统,挠度采用机电百分表测量。试验过程中,观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定,推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式,并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明:与未加固的对比梁相比,锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%,极限抗弯承载力提高约1倍;钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响,加固范围越大刚度提升越显著;加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力,避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式;对比螺杆间距15cm与30cm试验梁的结果发现,只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小,但对裂缝开展有一定的影响,螺杆间距越密其裂缝开展明显变小;随着加固钢板面积增大,抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁,推导了极限抗弯承载力计算公式,利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。

关键词：桥梁工程锚贴U形钢板-混凝土组合加固试验研究极限抗弯承载力

加筋木-混凝土组合梁承载力计算及尺寸设计方法

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材料导报 2019年第20期33卷 3419-3425页

作者：袁帅易锦贺国京中南林业科技大学土木工程学院

基于加筋木-混凝土组合梁受力特点,建立了加筋木-混凝土组合梁极限抗弯承载力计算模型,提出了组合梁极限抗弯承载力公式。为验证公式的正确性,设计并制作了四根加筋程度不同的木-混凝土组合梁构件。加载试验结果表明:理论推导公式与试... 详细信息

基于加筋木-混凝土组合梁受力特点,建立了加筋木-混凝土组合梁极限抗弯承载力计算模型,提出了组合梁极限抗弯承载力公式。为验证公式的正确性,设计并制作了四根加筋程度不同的木-混凝土组合梁构件。加载试验结果表明:理论推导公式与试验结果吻合较好,适用于加筋木-混凝土组合梁的极限抗弯承载力计算。同时结合极限抗弯承载力计算模型,提出了加筋木-混凝土组合梁尺寸设计方法,为木-混凝土组合梁的设计提供了参考。

关键词：加筋木-混凝土组合梁受力性能荷载试验极限抗弯承载力尺寸设计

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钢-UHPC组合梁受弯性能非线性分析

山东建筑大学学报 2022年第5期37卷 37-43页

作者：王洪国龙关旭徐传昶朱经纬宋秀豪山东高速建设管理集团有限公司山东济南250099 山东高速集团有限公司创新研究院山东济南250000 山东高速工程检测有限公司山东济南250002 山东建筑大学交通工程学院山东济南250101

钢-UHPC组合梁受弯性能的非线性分析是掌握其受弯性能的关键手段。文章依据超高性能钢纤维混凝土UHPC损伤塑性本构关系,采用有限元软件建立了钢-UHPC组合梁非线性数值模型,通过全过程破坏力学性能对比验证了数值模型的适用性,并进一步... 详细信息

钢-UHPC组合梁受弯性能的非线性分析是掌握其受弯性能的关键手段。文章依据超高性能钢纤维混凝土UHPC损伤塑性本构关系,采用有限元软件建立了钢-UHPC组合梁非线性数值模型,通过全过程破坏力学性能对比验证了数值模型的适用性,并进一步分析了构造尺寸、材料强度参数变化对钢-UHPC组合梁受弯性能的影响规律。结果表明:所建立的钢-UHPC组合梁的损伤力学模型能够较好地模拟钢-UHPC组合梁地全过程受弯破坏行为;钢-UHPC组合梁的极限承载力随钢材屈服强度的提高最为显著,随钢梁翼缘宽度、腹板厚度、UHPC翼板厚度的增大有一定提高,而随UHPC强度等级的增大提高较小;其延性性能随UHPC强度等级的增大而显著提高,随钢材屈服强度、腹板厚度、钢梁翼缘宽度的增大而显著降低。

关键词：钢-UHPC组合梁损伤塑性模型非线性有限元分析极限抗弯承载力