不同强度钢材螺栓连接承载性能试验研究

通过两组不同强度等级钢材螺栓连接接头的静力拉伸试验,分析了材料匹配性、螺栓布置方式和间距对混合接头承载性能的影响,并与规范理论值进行了对比,讨论了规范计算公式的适用性。研究表明:螺栓横向布置时,试件承载力随螺栓端距、边距、间距的增大而增大,ANSI规范拟合趋势比较接近,EC3规范偏保守;螺栓纵向布置时,连接的承载力仅随边距的增大线性增大,此时EC3规范拟合效果较好。基于理论分析与试验数据,给出了适用于不同强度钢材混合接头的连接构造建议。高强度钢材能显著增加钢材强度利用率,间接提高孔壁承压强度设计值,混合连接的承载力计算完全沿用普通钢材的设计方法,会导致计算值偏低。     

Q460高强钢螺栓接头受力性能分析与评价

在试验研究的基础上,对Q460高强钢螺栓横排和纵排连接接头的应力分布、破坏模式、螺栓受力及承载性能进行了有限元模拟,并与EC3规范关于孔壁承压、螺栓抗剪、净截面破坏及板件撕裂的理论计算值进行了对比。研究结果表明:有限元分析的荷载位移曲线规律及连接接头的极限承载力与试验结果基本吻合。当螺栓横向布置时,两孔受力较均匀,应力云图及塑性区域呈对称分布,拟合曲线点分布较离散,采用EC3规范理论计算值富裕度较大;当螺栓纵向布置时,两孔受力不均,端部螺栓孔变形较大,EC3规范计算端部螺栓和中部螺栓承载力均比较准确。本研究可为高强钢螺栓连接设计方法提供数据参考。     

高强度钢材对接焊缝拉伸性能试验研究

为考察不同匹配形式下国产高强钢对接焊缝的基本力学性能,对Q460D及Q690D焊接试件进行了静力拉伸试验。结果表明:对Q345B与Q460D及Q690D连接,在低强和等强两种匹配形式下的屈服强度和极限抗拉强度比较接近,极限强度比Q345B母材分别提高了约4.4%和6.5%,断裂位置在热影响区和母材区,说明不同强度钢材的混合焊缝连接,选用低强匹配的焊条能保证连接强度;焊缝区不先于母材断裂。对于Q460D和Q690D同种钢材对接焊缝连接,采用等强匹配试件的极限抗拉强度比低强连接分别提高了16%和14%,应变达到4.9%~11.9%,即达到极限强度值,说明同种钢材采用等强匹配的焊条,连接接头在承载力提高的同时,延性有所降低。     

高强度钢材对接焊缝低温冲击韧性试验研究

对Q460D和Q690D高强度钢材对接焊缝进行低温冲击试验,得到低强和等强两种匹配下,焊缝区、热影响区的冲击功值,讨论了两种匹配形式下冲击功值AKV随温度的变化规律。结果表明:焊缝区和热影响区随温度降低韧性逐渐变差,热影响区的AKV总是大于焊缝区,表明经过焊接热循环后,热影响区的冲击韧性处于较高的水平;采用低匹配连接,焊缝区和热影响区的冲击功均大于等匹配,说明低匹配可获得良好的吸收能量的能力。同时,利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析,将高强度钢材两种匹配下焊缝区和热影响区的韧性进行了对比。由试验数据比较可知,焊缝区吸收能量的能力较差,为主要断裂部位。     

Q690高性能焊接钢管轴压临界承载力实验研究

为研究国家电网输电塔中Q690高性能钢焊接圆管的临界承载力,取长细比45和60,且考虑径厚比为31.25、37.50和43.75的三种截面,以厚度为8mm的国产Q690高性能钢板设计制作了18根焊接圆管足尺试件并进行轴向受压试验。由试验结果分析表明:试件与普钢圆管发生相同的弹性整体失稳破坏,破坏瞬时突然;而相对普通钢材,Q690高性能钢材料弹性段相对较长,管材环向约束增强,试件失稳相对滞后,临界承载力相应提高。与中国和美国相关行业规范公式计算值对比分析发现:所有规范计算值均不同程度小于试验实测结果,且长细比越大,差异越明显。上述结果进一步验证了将河南省电力勘测设计院"Q690钢管杆塔设计试验研究技术报告"得出的轴压稳定系数取值的相关规范设计公式应用于指导工程设计的可行性。     

新型波纹缀板-方钢管混凝土组合柱轴压性能研究

提出一种新型波纹缀板-方钢管混凝土组合(CSTCB)柱,是在柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹缀板形成钢骨架,向腔体内灌注混凝土而成。为研究CSTCB柱的轴压性能,对两个不同缀板间距的试件进行了轴心受压试验,并采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。在比较试件破坏形态的基础上分析了试件受力机理,探讨了钢管壁厚、混凝土强度、钢材屈服强度和缀板间距对CSTCB柱承载力的影响。研究表明:CSTCB柱具有较高的承载力和延性,波纹缀板与钢管形成的钢骨架对混凝土有较强的约束作用,破坏形态为方钢管屈服及混凝土压碎;有限元计算结果与试验较为吻合,且增大钢材强度、钢管壁厚以及混凝土强度均能有效提高试件的承载力,但试件的延性随着混凝土强度的增大而降低。基于相关规范公式,建议了CSTCB柱的轴压承载力计算公式。本文研究对新型组合柱的工程应用具有一定参考价值。     

翼缘板连接的管幕结构抗弯性能的影响研究

STS(Steel Tube Slab)管幕结构是一种用于修建地铁站,下穿有隧道、道路、铁路的新型地下支护体系,它是采用混凝土、翼缘板、螺栓将若干个钢管连接起来,形成一个共同受力的支护结构。但STS管幕工法仍存在不足,在STS管幕结构的基础上加以改进,并采用有限元软件研究了翼缘板连接的管幕结构受弯性能的影响。结果表明:钢板连接形式的管幕结构,在一定范围内,极限承载力和横向刚度随混凝土强度的提高而增加较小;翼缘板厚度的增加对横向刚度影响较小,但对极限承载力影响较大,翼缘板厚度每增加1mm,极限承载力提高16.67k N左右;上下翼缘板间距对构件的极限承载力影响较大,翼缘板间距每增加50mm,极限承载力增加100k N左右。     

Q690高强钢加劲T-stub试验及有限元分析

首先对两组焊接加劲T-stub节点进行了静力拉伸试验,对比分析了Q690高强钢与Q345普通钢T-stub节点的力学性能。然后采用ABAQUS程序对节点进行了有限元分析,获取了节点荷载-位移曲线、初始刚度、塑性承载力;与试验结果进行对比,验证了有限元模型的有效性;研究了不同设置方式和长宽比的加劲肋对节点刚度、强度、变形能力的影响。研究表明,Q690高强钢T-stub节点的塑性承载力比Q345钢至少提高28%左右,而延性及变形能力较差。采用单边设置加劲肋的方式对节点承载力的影响较小;双边设置加劲肋可以显著提高节点的刚度和承载能力,分别提高1.35和1.43倍左右,但极限后承载力和刚度退化明显加快。当加劲肋长宽比en/et1.0时,对节点的力学性能影响较大;当长宽比en/et≥1.0时,对节点力学性能的影响甚微。     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

黄土地基微型桩水平承载力及群桩效应研究

为了明确黄土地基微型桩水平承载力对上部结构安全性能的影响,本研究基于黄土地基微型桩现场静载试验,研究了桩长、桩径、桩身弹性模量及桩间距对微型桩水平承载力的影响;分析了沿基础深度的桩身水平位移和弯矩变化规律。并结合有限元分析了桩间距对群桩水平承载力的影响。研究结果表明：黄土地基微型桩基础弯矩较大的位置距桩顶4d～5d;桩径对微型桩水平承载力的影响较大,而桩长超过33d～35d后对其水平承载力的影响较小;当桩间距达到8d时,可以不考虑群桩效应对群桩水平承载力的影响。上述研究成果为微型桩在黄土地基中的应用提供了参考。     

下击暴流作用下群体高层建筑风压干扰特性的数值分析

针对布局变化对高层建筑下击暴流场气动干扰特性研究的缺乏,采用RNG k-ε湍流模型封闭求解N-S方程的RANS方法模拟下击暴流场,在与已有单体高层建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟研究两幢高层建筑布局的下击暴流风效应场。考虑建筑布局距风暴中心距离变化以及布局纵横向间距变化时,施扰建筑对受扰建筑立面风压的影响,获取立面风压干扰规律与特性。结果表明:受扰建筑迎风面干扰因子随风暴中心距离的增大而增大,突出表现在较大距离区间(r2D),且干扰作用随布局纵横向间距的变化存在较明显差异;当距风暴中心较近时(r2D),布局纵横方向间距变化对受扰建筑干扰因子的影响较小;在径向最大风速位置处(r/D=1.0),临近施扰建筑的受扰建筑侧风面风压相对单体情况有所减小,其干扰因子随布局纵向间距的增大而减小,随横向间距的增大而增大。     

充气锚杆在黏土中的群锚效应试验研究

为揭示充气锚杆在黏土中的群锚效应,采用自行设计的充气锚杆及其拉拔试验装置,在黏土地层中进行了多组拉拔试验。根据充气锚杆的根数不同、不同的布置形式以及间距变化设置不同试验组,并对其试验结果进行了对比分析。试验结果表明:双锚情况下,随着锚杆间距的增大,其承载能力呈现先增大至一最大值后又开始减小,锚杆的最优间距为6.84D(D为充气锚杆扩大段等效直径);三锚和四锚情况下,群锚的平均极限承载力均小于双锚;应力场干涉叠加对群锚气囊变形产生一定的影响,当锚杆间距大于限值(25cm)时,会使得扩大头端面和扩大头侧面承载力随着间距的增大先增加后减小,最后接近单锚状态;当锚杆间距小于限值(25cm)时,应力场干涉叠加会削弱扩大头端面和扩大头侧面承载力,甚至低于单锚状态。     

钢框架边节点抗火性能的试验研究

对8个H型截面钢框架边节点进行了抗火性能的试验研究。全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉内进行,试验过程表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,钢柱长3000mm,钢梁长1350mm,钢柱两端铰接,梁柱节点分为栓焊连接、全焊连接和端板连接。考虑节点形式、是否带加劲肋和端板连接节点的端板厚度三个影响因素。通过试验,得出了节点的破坏形式和节点转角随温度变化的规律。试验结果表明:火灾下,节点破坏的形式和节点的连接方式、是否带加劲肋有关;加劲肋的存在提高了端板连接节点的极限温度。     

圆钢管型钢再生混凝土短柱偏压力学性能退化研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱在偏压荷载作用下的性能退化,进行了10个短柱试件偏心受压试验。主要分析了再生粗骨料取代率、圆钢管径厚比、型钢配钢率和偏心距等参数对试件的荷载-挠度曲线、变形能力、刚度退化及耗能能力的影响。结果表明:该短柱具有较高的承载力和抗弯刚度;与普通混凝土相比,取代率的增加对短柱的承载力和变形是不利的,试件的挠度变形随着取代率的增加而增大,再生粗骨料取代率为100%的试件偏压承载力降低了8.98%,试件刚度退化速率随着取代率的增加而加快,耗能能力逐渐降低;试件的挠度变形随着圆钢管径厚比的增大或型钢配钢率的减小而增大;试件刚度退化速率随圆钢管壁厚、型钢配钢率的增加逐渐变慢,耗能能力增强;另外,偏心距对试件偏压性能影响较为显著,随着偏心距的增大,试件刚度退化和承载力降低更加明显。     

等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱承载力统一解

采用统一强度理论,对等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱进行了研究;将柱分为两个部分:内钢管为一个部分,核心混凝土与外钢管为一个部分。将等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱等效为圆中空夹层钢管混凝土短柱,考虑混凝土所受侧向约束应力。结合其受力机理,提出了等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;在此基础上,考虑偏心距及柱长度对柱承载力的影响,建立了此类柱偏压承载力计算公式。用本文短柱轴压、柱偏压公式与文献数据分别进行了计算对比,轴压试验值与理论值最大误差不超过14%,偏压试验值与理论值最大误差不超过7%,理论结果与试验结果均吻合较好,验证了理论公式的正确性。在此基础上研究了部分参数对承载力的影响规律,结果表明:在一定范围内,轴压承载力随侧压系数的增大而增大;偏压承载力随偏心距的增大而降低。     

新型PEC柱-钢梁T形焊接加强型中节点抗震性能试验研究

为了进一步研究新型PEC柱-钢梁T形件焊接加强型中节点的抗震性能,考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,设计制作了4个中节点1∶1.6缩尺模型试件,并对其进行水平低周往复荷载试验,观测记录了各试件试验中钢材屈服或屈曲与混凝土裂缝与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线和破坏模式。根据试验结果分析了试件的承载能力、节点连接转动刚度退化、耗能能力和节点传力机理等抗震性能。结果表明:PEC柱组合截面翼缘采取卷边措施增强了核心区混凝土的约束作用;PEC柱轴压力提高了节点的初始转动刚度,而受力变形过程中的二阶效应降低了其抗弯承载力并加快了梁截面进入屈服的损伤进程;所有试件均表现出良好的自复位功效;所有试件破坏模式均为加强T形件端部焊缝附近梁截面形成塑性铰,更好地满足"强节点弱构件"的设计要求。上述结果有助于对PEC柱-钢梁节点抗震性能的认识,可为PEC柱-钢梁组合结构设计规范制订以及工程应用提供参考。     

圆钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压试验及有限元分析

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱的轴压性能,本文对9根短柱进行了轴心受压试验,分析了短柱的破坏形态及设计参数对其轴压性能的影响。结果表明:短柱破坏形式为型钢先屈服然后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;短柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增大而降低,但仍表现出良好的变形能力;增大钢管壁厚和型钢配钢率对短柱轴压性能是有利的。此外,通过ABAQUS软件对该短柱轴压性能进行了有限元分析,获取了短柱的整体变形图、应力云图及轴向荷载-应变曲线,并与试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,本文对该短柱轴压性能进行了参数分析。分析表明:短柱轴压承载力随再生混凝土强度的提高而增大,但变形能力有所降低;短柱轴压承载力随钢管及型钢强度的提高而增大,对变形能力影响不明显。上述研究结论对圆钢管型钢再生混凝土短柱的推广应用具有积极意义。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙的非线性有限元分析

以波形钢板-混凝土组合剪力墙的试验研究为基础,利用ANSYS建立了考虑黏结滑移的有限元模型;分析了混凝土墙体和波形钢板在试件加载过程中的受力性能,通过将有限元模型计算与试验所得的荷载-位移曲线进行对比分析,得出计算结果与试验结果吻合较好的结论。研究了栓钉对波形钢板和混凝土变形协调的影响,结果表明:墙体下部栓钉滑移量大于上部栓钉滑移量,可增大下部栓钉强度,以改善波形钢板和混凝土墙体的变形协调关系。分析了不同参数对波形钢板-混凝土组合剪力墙受力性能的影响,包括栓钉直径、栓钉间距、钢板厚度、墙体厚度、轴压比等。分析结果表明:增大栓钉间距会降低组合墙承载力和延性;栓钉直径、波形钢板厚度、配筋率对试件承载力影响不大;波形钢板厚度为2mm或轴压比为0.40时,试件延性明显降低;型钢厚度、墙体厚度、轴压比、剪跨比对试件承载力影响较大。     

带约束拉杆薄壁型钢管-竹胶板组合空芯长柱的轴压性能

为了研究较大长细比带约束拉杆薄壁型钢管-竹胶板组合空芯长柱(SBCCB)的轴心抗压性能,采用4根试件进行轴压实验,考察SBCCB的破坏形态、特性、抗压承载力、变形情况;基于实验结果建立有限元模型,综合分析长细比、净截面尺寸、约束拉杆相对竖向间距比和排数对极限承载力的影响规律;通过非线性回归分析,建立了考虑约束拉杆相对竖向间距比、排数影响的轴心抗压承载力计算公式。结果表明:SBCCB的抗压破坏形态为柱端竹胶板压溃、局部开胶剥离破坏、压曲整体失稳破坏;随着长细比的增大,极限承载力降低,组合柱失稳破坏的趋势增大,发生失稳破坏的长细比限值在70附近;极限荷载不仅与净截面尺寸和长细比相关,而且受约束拉杆设计方式的影响较大;优化约束拉杆设置能有效延缓试件的开胶失效,改变破坏形态而提高极限承载力。     

岩溶区桩端基岩极限承载力及破坏模式试验研究

基于室内模型试验对不同溶洞顶板厚度和位置偏移量下桩端基岩极限承载力及破坏模式进行了研究。试验结果表明:基岩承载力随着溶洞顶板厚度的增加呈线性增长,到5D(D为桩径)时达到完整基岩极限承载力;随着位置偏移量的增大,基岩极限承载力也随之增大;当位置偏移溶洞轴线1.0l(l为洞跨)时,基岩承载力达到完整基岩极限承载力;顶板厚度达到5D时,位置偏移对基岩承载力无影响。溶洞顶板厚度在1D~3D时,在中心荷载作用下破坏模式为冲切破坏,破坏体为一旋转体;随着荷载位置偏移量的增加,破坏模式转变为扇形冲切破坏;当位置偏移量为1.0l时,破坏模式由冲切破坏过渡到桩端基岩塑性区发展破坏;溶洞顶板厚度为4D时,在中心荷载下呈现撕裂和冲切复合的破坏模式;溶洞顶板厚度为5D时,沿溶洞轴线方向发生撕裂破坏并伴随桩端基岩塑性区发展。最后结合规范给出了完整顶板不同厚度时的安全系数。