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不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

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建筑结构学报 2016年第5期37卷 20-28页

作者：郝婷玥曹万林董宏英罗晓旭乔崎云北京工业大学建筑工程学院北京100124 唐山学院土木工程学院河北唐山063000

为研究在高轴压比下内置钢板-混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构... 详细信息

为研究在高轴压比下内置钢板-混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%～32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。

关键词：组合剪力墙内置钢板栓钉轴压试验受力性能

钢-混凝土组合试件长期推出试验与有限元分析

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交通运输工程学报 2019年第3期19卷 36-45页

作者：宋瑞年占玉林刘芳赵人达西南交通大学土木工程学院四川成都610041 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司四川成都610031 西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室四川成都611756

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程;参考Eurocode 4中推出试验标准试件,设计了2组试件用于长期推出试验;分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件,采用螺杆施加长期荷载,测试... 详细信息

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程;参考Eurocode 4中推出试验标准试件,设计了2组试件用于长期推出试验;分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件,采用螺杆施加长期荷载,测试了长期加载过程中的界面滑移、混凝土应变和钢梁应变;同步加载测试了150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试块的长期变形,并以此变形计算混凝土徐变系数;对比了徐变模型对计算结果的影响,并讨论了不同混凝土徐变模拟方法。研究结果表明:界面滑移和混凝土应变在加载初期增长较快,加载120 d后达到稳定状态;栓钉试件和PBL试件的最大界面滑移分别为0.162和0.068 mm,最大值均位于界面底部;栓钉试件和PBL试件的混凝土最大应变分别为7.30×10-5和1.34×10-4,最大值均位于混凝土板底部;钢梁应变在整个试验过程中基本保持稳定,未出现明显的应力重分布,栓钉试件和PBL试件的钢梁最大应变分别为3.7×10-5和6.5×10-5,最大值均位于钢梁顶部;混凝土徐变是影响钢-混凝土组合试件长期性能的主要因素,不同混凝土徐变模型计算所得混凝土徐变系数与测试值的偏差为60%~140%,说明混凝土徐变模型对有限元结果影响显著;采用指数函数拟合混凝土徐变系数测试结果的拟合误差为2.4%,CEB-FIP90模型计算所得混凝土徐变系数在加载后期与测试值的误差为3.71%,建议无法实测时可采用CEB-FIP90模型计算混凝土徐变系数。

关键词：桥梁工程剪力连接件推出试验有限元分析长期性能栓钉 PBL

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栓钉锈蚀钢—混凝土组合梁性能试验研究

栓钉锈蚀钢—混凝土组合梁性能试验研究

作者：吴麟浙江大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合梁采用栓钉将钢梁和混凝土板连接在一起,它兼具钢结构和混凝土结构的优点,具有良好的经济效益和社会效益。我国在组合结构设计方面只考虑安全性和适用性,忽略了耐久性方面的问题,导致部分组合梁未达到其设计寿命提前破坏... 详细信息

钢-混凝土组合梁采用栓钉将钢梁和混凝土板连接在一起,它兼具钢结构和混凝土结构的优点,具有良好的经济效益和社会效益。我国在组合结构设计方面只考虑安全性和适用性,忽略了耐久性方面的问题,导致部分组合梁未达到其设计寿命提前破坏。因此有必要对钢-混凝土组合梁耐久性展开研究,保证结构在设计寿命期间正常使用,减少国民经济损失和人员伤亡。本文根据钢-混凝土组合梁耐久性方面存在的问题,采用室内快速试验法对栓钉进行加速锈蚀,得出锈蚀后栓钉的抗剪承载力、刚度等的退化规律及其对组合梁负弯矩区静力性能的影响：根据《欧洲规范4》设计2组不同直径的28个推出试件,采用恒电流加速锈蚀法模拟不同锈蚀程度的栓钉,进行静力加载试验得到锈蚀栓钉抗剪承载力、荷载滑移曲线,分析得出结论：焊缝破坏栓钉承载力较低,锈蚀栓钉承载力随锈蚀程度增加呈现初期增大,随后线性减小的趋势,且与栓钉直径大小无关,栓钉剪切刚度下降明显。设计7根钢-混凝土组合梁试件,采用恒电流加速锈蚀法对跨中栓钉进行锈蚀,通过跨中两点反向加载,得出结论：在这批试验的锈蚀率范围内,随着栓钉锈蚀率的增加,组合梁刚度出现明显降低;钢梁-混凝土之间的滑移增大,组合梁极限承载力呈现下降趋势,但下降程度较少,仍大于未锈梁的计算值。采用ABAQUS有限元分析软件建立钢-混凝土组合梁模型,调整跨中栓钉单元刚度非线性曲线来模拟不同锈蚀率的栓钉,对比有限元及试验结果,得出结论：七个组合梁模型破坏荷载下降趋势与试验相吻合,组合梁荷载滑移、荷载挠度曲线与试验曲线基本吻合。

关键词：钢-混凝土组合梁栓钉锈蚀耐久性负弯矩

钢板混凝土组合结构中栓钉焊接残余应力测定与影响分析

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钢板混凝土组合结构中栓钉焊接残余应力测定与影响分析

作者：刘昱含上海交通大学

学位级别：硕士

栓钉作为钢板混凝土组合结构中应用最广泛的剪力连接件,通过电弧螺柱焊焊接方法与钢板实现高效连接,连接性能对钢板混凝土组合结构的力学性能有重要影响。在栓钉焊接过程中,瞬时局部不均匀加热及冷却过程会使构件产生焊接残余应力,会对... 详细信息

栓钉作为钢板混凝土组合结构中应用最广泛的剪力连接件,通过电弧螺柱焊焊接方法与钢板实现高效连接,连接性能对钢板混凝土组合结构的力学性能有重要影响。在栓钉焊接过程中,瞬时局部不均匀加热及冷却过程会使构件产生焊接残余应力,会对结构承载力、稳定性以及疲劳性能等产生不利影响。目前,国内外针对栓钉焊接残余应力的研究论述相对较少,研究栓钉焊接残余应力对组合结构的影响具有十分重要的意义。本文对栓钉焊接残余应力进行了试验测定和有限元计算,对残余应力分布情况展开了研究分析,并探究了栓钉焊接残余应力对钢板混凝土组合结构连接性能的影响,具体内容如下:(1)介绍了盲孔法测量焊接残余应力的基本原理和方法,并设计了测量焊接残余应力分布情况的试验方案。通过标定试验,在已知单向应力场的情况下推算出试件的应变释放系数A、B;对多个栓钉焊接试件进行盲孔法试验,由应变花三个方向所测得的应变数值计算出测点的残余应力大小及方向,得到了栓钉焊接构件中存在不容忽视的焊接残余应力的结论,并对不同测点的焊接残余应力进行测量,得到其分布规律;(2)采用了热-力间接耦合法对栓钉焊接加热及冷却过程进行ABAQUS有限元模拟分析,通过热传导分析得到结构温度场的分布情况,再将温度场结果作为温度荷载对结构进行应力分析计算,得到栓钉焊接过程中应力场的变化规律及分布情况。并将有限元计算数据与盲孔法试验测量数据进行对比分析,结果基本吻合,验证了有限元分析结果的准确性和计算方法的可行性;(3)针对栓钉焊接残余应力对组合结构连接性能的影响展开了研究分析。对于钢材而言,基于材料的von Mises屈服准则,由于栓钉焊接残余应力场的存在,其作为钢材的初始缺陷使材料在外荷载应力空间作用下的屈服面发生偏移,对材料的力学性能产生一定影响。同时,焊接残余应力场的存在会对栓钉的抗拉性能产生影响,使栓钉的抗拉刚度在一定范围内降低,使钢材原始的理想弹塑性本构关系出现非线性变化段,本文提出了考虑栓钉焊接残余应力影响的钢材本构模型。

关键词：栓钉焊接残余应力盲孔法有限元

考虑栓钉剪切刚度的钢—混凝土组合框架受力性能分析

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考虑栓钉剪切刚度的钢—混凝土组合框架受力性能分析

作者：张小白哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

组合结构由两种材料通过抗剪连接件连接共同工作，由于其充分发挥了不同材料的优点，在建筑中已经得到广泛应用。目前，国内外仍以栓钉作为主要的抗剪连接构件。在钢-混凝土组合框架结构的设计中，混凝土楼板通过栓钉与钢梁连接形成整... 详细信息

组合结构由两种材料通过抗剪连接件连接共同工作，由于其充分发挥了不同材料的优点，在建筑中已经得到广泛应用。目前，国内外仍以栓钉作为主要的抗剪连接构件。在钢-混凝土组合框架结构的设计中，混凝土楼板通过栓钉与钢梁连接形成整体共同承受平面内外的荷载作用。栓钉的受力性能直接关系到两种材料能否共同工作。而目前我国对组合框架的设计中存在的问题主要是对楼板与钢梁的连接与构造不够重视。特别是对钢-混凝土组合框架整体结构进行分析时，大多忽略了栓钉的实际剪切刚度，建模时将楼板与钢梁采用公共节点耦合的方式进行连接，对栓钉的实际剪切刚度对结构受力性能的影响缺乏实际思考。本文基于ABAQUS有限元模拟软件对考虑栓钉实际剪切刚度的组合框架受力性能进行分析，以栓钉的受力性能为切入点，首先对单个栓钉进行了精细化建模，分析了不同参数对栓钉抗剪承载能力的影响并对栓钉刚度退化现象进行阐释;进而采用弹簧单元模拟栓钉，通过赋予弹簧单元非线性本构关系模拟栓钉刚度退化现象，对栓钉在组合梁承受不同荷载形式下的受力性能进行研究，并对栓钉刚度退化对组合梁挠度的影响进行分析;最后基于实际工程，考虑栓钉实际剪切刚度对钢-混凝土组合框架结构进行整体建模分析，研究了考虑栓钉实际剪切刚度对整体结构受力性能的影响。通过对单个栓钉受力性能进行分析可以看出，栓钉的极限承载力由两种因素决定，分别为栓钉周围混凝土强度以及栓钉自身的性能。且栓钉的抗剪承载力随着混凝土强度的增加以及栓钉直径的增加而增大。且由栓钉的荷载-滑移曲线可以看出，栓钉存在明显的刚度退化特性。基于有限元分析结果可知，我国规范对栓钉抗剪承载力的设计偏于保守。通过对组合梁中栓钉受力特征分析可以看出，竖向荷载作用下，栓钉具有很强的塑性性能实现纵向界面间剪力重新分布。考虑水平荷载的叠加之后叠合面间总纵向剪力值变化不大且栓钉仍具有很强的柔性性能实现界面间剪力重分布。但由分析结果可以看出，当水平荷载较大时栓钉滑移量较大同时考虑到水平荷载作用的双向性，建议此时在梁两侧增加栓钉数量满足水平荷载叠加要求。此外，栓钉刚度退化对组合梁挠度影响不容忽视。通过考虑栓钉实际剪切刚度对整体框架进行建模可以看出，栓钉剪切刚度对结构受力性能影响不容忽略。考虑栓钉的实际剪切刚度以后，楼板面内应力分布更加均匀且支撑所在钢梁上轴力明显增加，钢梁轴力不容忽视;且栓钉刚度退化之后，水平荷载吸收器中钢梁轴力以及结构的顶点侧移仍会继续增加而结构基底剪力值则有所降低。

关键词：钢-混凝土组合框架组合梁栓钉刚度退化

带栓钉的内配钢板R.C.剪力墙非线性有限元分析

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带栓钉的内配钢板R.C.剪力墙非线性有限元分析

作者：杨腾西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在高层结构设计特别是底部加强层中，组合钢板剪力墙应用优势明显。它结合了钢筋混凝土剪力墙和钢板剪力墙的优点，具有较高承载能力和延性，截面尺寸小，可以增加建筑使用面积，促进了其在建筑结构中的使用。目前，国内外学者对组合钢... 详细信息

在高层结构设计特别是底部加强层中，组合钢板剪力墙应用优势明显。它结合了钢筋混凝土剪力墙和钢板剪力墙的优点，具有较高承载能力和延性，截面尺寸小，可以增加建筑使用面积，促进了其在建筑结构中的使用。目前，国内外学者对组合钢板剪力墙设计理论的研究日益增多，但是关于钢板和混凝土二者如何更好的共同工作研究甚少。而栓钉作为钢与混凝土两者共同工作和协调变形的剪切连接件，可以改善和提高它们的相互作用。因此，本文考虑栓钉对组合剪力墙的影响，对带栓钉的内配钢板R.C.剪力墙的受力状态及承载力的变化规律进行了研究。本文以4个带栓钉的内配钢板R.C.剪力墙试验研究为基础，采用有限元软件ABAQUS建立了有限元模型，模拟了加载的过程和剪力墙的受力性能，考虑了材料的非线性及栓钉抗剪滑移影响，选择合适的栓钉的滑移模型等，分析不同参数如墙体厚度，钢板厚度，栓钉的直径、长径比、间距，轴压比及高宽比对组合剪力墙的水平承载力和变形的影响，研究结果表明：墙体的厚度越大、钢板厚度越大，剪力墙的强度和刚度越好;通过在钢板表面焊接栓钉，可以提高组合墙的变形能力;当墙体、钢板厚度满足一定要求时，采用较大直径栓钉可以明显提高墙体的抗剪承载力，但随着栓钉直径的增大，承载力增加减慢;加密布置长径比较大即细直径栓钉后剪力墙承载力提高明显，而且延性较好。随着轴压比的增大，水平承载力有所提高，但变形能力明显下降;随着高宽比的增加，水平承载力减小，而变形能力增加，二者对剪力墙承载力和变形能力的影响较大。在不考虑钢板和混凝土的粘结滑移的作用下，研究了不同约束边缘构件和约束边缘构件内不同型钢含钢率对内配钢板R.C.剪力墙受力性能的影响。研究结果表明：随着边缘构件约束的增强，剪力墙的各阶段的刚度和承载力提高很大，其变形能力也会相应提高。随着约束边缘构件内型钢含钢率的增加，剪力墙的极限承载力和变形能力也逐渐增强。本文根据前面的分析计算，考虑栓钉直径和间距的影响，修正了带栓钉的内配钢板R.C.剪力墙的斜截面抗剪承载力公式，可为设计应用提供理论依据。

关键词：内配钢板R.C.剪力墙栓钉非线性有限元力学性能

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设置栓钉的方钢管混凝土柱抗震性能试验

结构工程师 2012年第2期28卷 116-121页

作者：梁江浩吕西林殷小溦卢文胜同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所上海200092

对9个方钢管混凝土柱试件进行了低周反复试验,截面尺寸为500 mm×500 mm,钢管壁厚10 mm。依据钢管内壁焊置栓钉数量的不同将试件分为无栓钉、单排栓钉(栓钉间距250 mm)、双排栓钉(栓钉间距167 mm)三组,每组三个试件,分别采用0.4,0.5,0.6... 详细信息

对9个方钢管混凝土柱试件进行了低周反复试验,截面尺寸为500 mm×500 mm,钢管壁厚10 mm。依据钢管内壁焊置栓钉数量的不同将试件分为无栓钉、单排栓钉(栓钉间距250 mm)、双排栓钉(栓钉间距167 mm)三组,每组三个试件,分别采用0.4,0.5,0.6和0.8的试验轴压比。试验表明,高轴压比试件滞回曲线狭小,延性差,低轴压比试件滞回曲线饱满,延性较好;随着栓钉布置的增多,试件的水平峰值荷载略微增大,荷载位移延性略微降低。

关键词：方钢管混凝土柱栓钉低周反复荷载试验轴压比

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钢-混凝土组合梁疲劳性能研究综述

工程力学 2012年第6期29卷 1-11页

作者：聂建国王宇航土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084

钢-混凝土组合梁的疲劳问题已经开始引起人们的重视,但到目前为止我国在钢-混凝土组合梁疲劳方面的研究工作仍然较少,为给钢-混凝土组合梁的疲劳性能研究工作和疲劳设计提供参考和依据,该文对国内外有关钢-混凝土组合梁疲劳的试验研究... 详细信息

钢-混凝土组合梁的疲劳问题已经开始引起人们的重视,但到目前为止我国在钢-混凝土组合梁疲劳方面的研究工作仍然较少,为给钢-混凝土组合梁的疲劳性能研究工作和疲劳设计提供参考和依据,该文对国内外有关钢-混凝土组合梁疲劳的试验研究、计算方法以及相应规范进行了综述和分析评价,论述了组合梁的疲劳破坏形态和影响因素。基于搜集到的国内外大量栓钉疲劳试验数据,对各国规范组合梁疲劳问题的规定进行了分析总结。该文的研究工作可供在进行组合梁疲劳方面的试验研究、设计和制订规范时借鉴和参考。

关键词：钢-混凝土组合梁疲劳寿命疲劳刚度栓钉文献综述

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钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

工程力学 2016年第8期33卷 84-92页

作者：张有佳李小军东北电力大学建筑工程学院吉林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

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料... 详细信息

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。

关键词：钢板混凝土组合墙有限元分析栓钉参数分析距厚比