王牌 土木工程的发展 1687 - 8094 1687 - 8086 Hindawi 10.1155 / 2021/5580292 5580292 研究文章 的u形钢骨混凝土力学性能试验研究复合Beam-Girder关节 https://orcid.org/0000 - 0002 - 2532 - 4568 胡 Zhangqi 1 2 他 跑 1 王 Yukui 1 Lv Weirong 3 李 Jingchao 1 Shafigh Payam 1 土木工程学院 湖南城市学院 益阳413000 中国 hncu.net 2 重点实验室数字城乡空间规划的关键技术湖南省湖南城市大学 益阳413000 中国 3 土木工程学院 湖南科技大学 湘潭411201 中国 hnust.edu.cn 2021年 24 5 2021年 2021年 23 2 2021年 7 5 2021年 24 5 2021年 2021年 版权©2021 Zhangqi胡锦涛et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

本文提出了一种新型u形钢骨混凝土复合beam-girder联合(此处指小说复合beam-girder联合),u型梁的在双方(L和R)插入到形状的袖子,和u型梁和两个u形梁由形套筒通过焊接连接。小说与传统beam-girder关节相比,复合beam-girder关节利用简单的结构,重量轻,施工周期短。故障模式、载荷应变和载荷挠度曲线和应变分布的新型复合beam-girder关节通过静载荷试验研究了在两个全面标本,表示GBJ1和GBJ2。两个标本不同梁部分增援。标本GBJ2配备3Ф16额外的酒吧在基于标本GBJ1 u形梁。试验结果表明,这两个标本失败的混凝土板接口通过弧形裂缝发展。额外的酒吧可以增加承载力略,但也会增加的应力集中在底部法兰形状的袖子,主要为标本GBJ2延性的减少。板的效果被认为是在测试,可以反映的实际应力状态beam-girder关节。本研究可以提供一个参考的设计和应用beam-girder关节。

 中国国家自然科学基金 51578235 湖南省自然科学基金 2020年jj5018 2020年jj5020 湖南省教育 19 a095 19 b099 20 b108 20 c0363 1。介绍

Beam-girder关节广泛应用于帧,直接和建筑类型与结构和施工期间的可靠性。三个常用beam-girder关节( 1, 2)如图 1。这些传统beam-girder关节面问题,例如复杂的建筑,进展缓慢,延性不足。因此,研究人员提出了一些改善beam-girder关节,如钢筋混凝土beam-girder复合接头( 3),如图 2(一);复合RC(钢筋混凝土)与钢筋研磨beam-girder联合压套( 4),如图 2(b);混凝土梁的关节和一个插入钢二次梁( 5),如图 2(c), beam-girder关节如图 2(一)和 2(b)预制混凝土结构,延性指标,刚度、承载力和反映了两种结构的不适合大跨度和空间结构,近年来发展迅速。

传统beam-girder关节。

改善beam-girder关节。

核心筒复合梁承载力高的优点,重量轻,降低梁高,和良好的抗震性能,可以满足大跨度和空间结构的需要空间和力学性能,因此被广泛应用于许多建筑物和桥梁 6- - - - - - 8]。图 2(c)给出了一个改进的钢铁beam-concrete梁联合,在钢梁和混凝土梁可以构造的同时,缩短施工时间与传统钢相比beam-concrete梁关节。然而,如果仍有可能发生不稳定结构承受负弯矩( 9),这将影响整体结构的力学性能。

u形钢骨混凝土复合梁具有建设周期短的优势和强大的稳定性与传统筒复合梁相比,因此有着广泛的应用前景和较高的使用价值。据报道,u形钢骨混凝土复合梁的应用可以缩短工期的10% - -20%,从而产生良好的经济效益( 10]。因此,在进行了大量研究[u形钢骨混凝土组合梁 11- - - - - - 13]。例如,燕和张 11)调查了影响参数对抗弯承载力的倒u形钢骨混凝土复合梁通过有限元分析。八薄壁u型钢梁充满拆除混凝土块(dcb)和新鲜混凝土(FC)和四个薄壁u型钢梁充满FC独自被吴和霁[测试 12)调查的影响dcb的替代率,u型钢板的厚度,和纵向配筋率的复合梁的弯曲行为,和测试结果表明,添加的纵向酒吧是一个有效的方法提高受弯承载能力。Zhang et al。 13)测试三个连续组合梁和复合梁的内力的重新研究。良好的旋转能力和延性与每个复合梁,观察和公式之间的关系时刻再分配系数和力比当时提出。剪切连接器总是用来防止剪切滑移破坏的混凝土板和钢梁之间的复合梁。因此,几个剪切连接器已报告的形式提高弯曲行为或消除复合梁的宪法困难( 14- - - - - - 22]。公园等。 14, 15)使用对角线钢筋加强梁柱接头和焊接钢筋连接。Keo et al。 16)提出了一个新颖的复合角连接器焊接梁上翼缘的u形梁(如图 3(一)),发现角连接器可以提供韧性混凝土和u型钢梁之间的连接。郭et al。 17和刘et al。 18)进行进一步的研究调查的影响角度连接器,间隔,几何图形在这种复合梁的弯曲行为。延性破坏模式和高强度与所有标本,观察和深度u型梁被发现最敏感的影响参数对复合梁的弯曲行为。周et al。 20.和刘et al。 21]讨论了弯曲行为的钢筋桁架加强冷弯u型筒复合梁、混凝土板之间的接口和u型梁和倒u形钢筋增强。通过实验结果,中跨偏转复合梁可以达到 l0/ 20,反映出良好的可变形性。这个研究小组( 22)提出了一个新颖的u形钢骨混凝土复合梁,插入的酒吧充当剪切连接器(如图 3(b)),进行了静载荷测试在两个标本研究复合梁的力学性能在正负弯矩。结果表明,复合梁下表现出极强的变形性能正弯矩,并没有观察到不稳定的负弯矩下的标本。尽管研究人员对复合光束进行了大量研究来改善复合梁的弯曲行为或简化施工,和一些改进beam-girder关节也提出,可用beam-girder关节不适合大跨度和空间结构,或受到不稳定故障的威胁。此外,beamsare截然不同的应力状态与beam-girder关节。在结构设计过程中,梁通常视为梁的支持,和梁结束总是承受负弯矩,而梁承受正弯矩,对板的联合区复杂应力状态,影响梁的应力分布和失效模式。然而,板的影响总是被研究者所忽视,和可用的测试不能反映beam-girder关节的实际力量条件好。

u形钢骨混凝土复合梁。

的基础上,本研究小组(以前的研究 22),本文提出了一种新型u形钢骨混凝土复合beam-girder关节。两个全面标本板进行测试,以验证失效模式的可靠性和调查,承载力、变形性能和应变分布的新型复合beam-girder关节。这两个标本只有梁节不同的增援部队。

 2。样品设计和材料特性 2.1。样本设计

两个全面标本标签BGJ1 BGJ2。标本有相同的维度,构建类似的,除了梁部分增援,如图 4。u形梁(此处指梁)300毫米深,宽150毫米,和20毫米的梁嵌入到100 -毫米厚板。每一个u形梁(将此称为光束)250毫米宽150毫米深但不嵌入到石板。开口是等距分布梁和梁的顶部法兰,和插入的酒吧是嵌入在他们经过石板。一个矩形开口被安排每个梁的在网络上,通过形套筒插入。双方的u形梁(L和R)插入到形状的袖子,u型梁和两个u形梁形套筒通过焊接连接。所有梁的厚度、梁和形状的袖子是4毫米。两个标本不同有不同的梁截面增援,GBJ2配备3Φ16梁基于标本GBJ1额外的酒吧,并没有安装在马镫标本。为简单起见,板分为五个区,四个接口,如图 4(一),即节点、梁和梁区和交梁接口。

维度,增援部队和建筑的测试标本。(一)尺寸和板的增援部队。(b)标本BGJ1截面1 - 1。(c)标本BGJ2截面1 - 1。(d)部分2 - 2(标本BGJ1和BGJ2)。(e)梁和横梁的连接模式。(f)梁的接缝和形状的袖子。(g)接缝的梁和形状的袖子。

 2.2。材料特性

两个标本同时建造,因此C35共享相同的混凝土强度等级,测量立方抗压强度的混凝土 f铜是38.6 MPa,钢板的力学性能和表列出了增援部队吗 1。

力学性能和钢筋。

类型的钢 屈服强度 fy(MPa) 极限强度 fu(MPa) 弹性模量 E年代(MPa) 屈服应变 εy(×10−6)
钢筋(Ф8) 457年 665年 2.0×105 2285年
钢筋(Ф16) 428年 577年 2.0×105 2140年
钢板(4毫米) 382年 608年 2.06×105 1854年

εy= fy/ E年代。

 3所示。测试设置和测量方案 3.1。测试设置

测试设置如图 5。每个标本都支持这两个梁两端由皮尔斯和固定两个插孔。同步垂直载荷施加在悬臂梁的另外两个插孔的标本。

测试设置。

 3.2。测量方案

力控制采用峰值前的增量10 kN每一步,和位移控制采用峰值。负荷持续10分钟观察裂纹发展和记录位移和压力的进展。图 6显示位移米的安排和应变仪。位移米D8、D9被用来记录板和横梁之间的滑移变形,并记录下了梁挠度位移米D1-D7。应变仪C1-C21和R1-R13安排测量板和增援的菌株,分别;梁的菌株与应变仪测量S1-S6 S19-S24;应变仪S7-S12和S13-S18被用来测量压力的形状的袖子。对于每个标本,装载点是离梁界面和1075毫米1400毫米远离梁边缘。

测量方案。(一)混凝土应变仪安排。(b)钢筋应变仪安排。(c)梁的应变仪安排和形状的袖子。

 4所示。结果与讨论 4.1。裂缝发展和失败模式

标本BGJ1,同时梁界面裂缝30-kN加载步骤。弯曲裂缝出现在每一束带,100毫米远离附近的梁界面,当负载达到60 kN。在70 kN加载步骤中,第一个节点区裂缝出现在梁的中心轴,和梁界面裂缝发展成弧形的形状,如图 7(a)。两个梁区裂缝和一个节点区裂缝发展当致动器的负载达到80 kN,每束带裂纹从附近的200毫米梁界面,和节点区裂缝附近100毫米远离梁界面。从90 kN - 100 kN,更多的裂缝梁区开发的,梁界面裂纹扩展板的底部。现有的裂缝扩大,没有更多的裂纹发展节点或梁区。当负荷达到120 kN,纵向增援部队开始产生。形状的套筒(底部法兰)产生了150 kN的压缩加载步骤。当致动器的负载达到180 kN,每个梁的下翼缘屈服在压缩。可见发达的板网梁斜裂缝区当负载达到峰值(211 kN L一边,198 kN R边),如图 7(b)。此后,致动器与挠度增加负荷减少,斜裂缝扩大到10毫米当cantilever-end变形量达到45毫米。标本BGJ1失败的弧形和斜裂缝扩展和组合(如图 7(c)和 7(d))在R端挠度达到55.13毫米,和在L端挠度达到59.30毫米,分别。

破坏过程和失败的模式标本BGJ1。

标本BGJ2,同时梁界面裂缝30 kN加载步骤。弯曲裂缝中首次发现梁区,和每一个80毫米远离附近的梁界面加载时50 kN,如图 8(a)。梁界面裂缝发展成弧形形状时,负荷达到80 kN,和第一个节点区裂缝也出现在这个加载步骤,对梁的中心轴。四个弯曲裂缝观察到100 kN加载步骤(测量执行机构负载在双方97和100 kN), L侧梁上的裂缝区250和400毫米远离L接口,分别和R边梁的裂缝区170和360毫米距离R端接口,分别如图 8(b)。130 kN的纵向增援部队开始产生加载步骤。当负荷达到140 kN,形状的套筒(底部法兰)产生压缩,和三个弯曲裂缝观测。一个裂缝在L侧梁区,260毫米距离L侧梁的界面,和两个裂缝在R边梁区,410和550毫米距离R侧接口,分别。毁灭之后,退出裂缝扩大,但是没有更多的裂纹出现在节点和梁区。R边梁产生的压缩180 kN加载步骤(测量值是181 kN)和L侧梁产生负载达到189 kN (190 kN加载步骤)。发达的板网梁裂缝区当负载达到峰值(213 kN L一边,219 kN R边)。从那时起,载荷与位移的增加,减少和位移控制。板上的裂缝网梁地区发达的L形状,当变形量达到40毫米,如图 8(c),标本BGJ2失败arc - l型裂纹扩展和组合,如图 8(d)。

破坏过程和失败的模式标本BGJ2。

两个标本的失败模式相似,如图 7和 8。弧形裂缝梁研制的接口和标本的失败作为梁的裂纹扩展区,虽然没有观察焊缝断裂。

数据 9(一个)和 9 (b)显示beam-girder关节的故障模式,提出了徐et al。 3和汉族等。 4),分别。在这些beam-girder弯曲裂缝和斜裂缝观察关节,而梁的弯曲裂缝没有延伸到大梁,因为板的影响没有考虑,导致不同的故障模式与本文中标本。当考虑板的影响,梁裂缝和产量前景由于梁裂纹扩展之前,和梁不应该简单地视为支持的梁。

失败模式可用beam-girder关节。(一)徐et al。 3)和(b)汉et al。 4]。

 4.2。载荷挠度曲线

图 10显示的载荷挠度曲线( P-Δ曲线)的两个标本,从L致动器对应的负载偏转不同的D1和D4,和从R致动器对应的负载偏转D7和D4的差异。载荷、挠度和和弦的角度 θ( θ=Δ/ 1400)的每个特征点如表所示 2,Δcr和 θcr分别代表了挠度和和弦的角度,第一个可见的裂缝(裂纹)出现; Pcr开裂荷载;Δy, θy, Py代表产生偏转,和弦的天使,和加载,分别;Δp, θp, Pp是峰值挠度、和弦角和负荷,分别;Δ米和 θ米各自的最大挠度和和弦的角度,Δ吗米作为负载时的挠度下降到85% Pp。Δy和Δ米计算方法如图 11。

载荷挠度曲线。

特征荷载和偏转的标本。

标本 Δcr(毫米) θcr(rad Pcr(kN) Δy(毫米) θy(rad) Py(kN) Δp(毫米) θp(rad) Pp(kN) Δ米(毫米) θ米(rad) μ
BGJ1 l 1.99 1/704 30.0 15.84 1/88 158.3 35.26 1/40 211.0 58.34 1/24 3.68
R 1.40 1/1000 30.0 13.42 1/104 148.5 35.02 1/40 198.0 49.60 1/28 3.69
BGJ2 l 1.71 1/819 30.0 15.01 1/93 159.8 29.30 1/48 213.0 57.00 1/25 3.80
R 1.09 1/1284 31.0 13.87 1/101 164.3 31.11 1/45 219.0 42.11 1/33 3.04

μ=Δ米/Δy,这表示延性系数。

屈服位移和最大位移的计算方法。

图 10和表 2表明这两个样本表现出良好的延性。负载峰值后下降缓慢,证明新型复合beam-girder关节是可靠的。标本GBJ2的装载能力增加了5.6%(平均值)与标本BGJ1相比,虽然标本的最大挠度和延性GBJ2下降了8.2%和7.2%,分别。

 4.3。挠度分布

弦角可以获得测点的变形量除以相应的长度探讨小说的复合beam-girder关节非线性特征。的和弦角度测量的D1∼D3和D5-D7可以计算(Δ1-Δ4)/ 1400(Δ2-Δ4)/ 400(Δ3-Δ4)/ 200(Δ5-Δ4)/ 200(Δ6-Δ4)/ 400(Δ7-Δ4)/ 1400,分别。Δ1-Δ3和Δ5-Δ7分别表示D1-D3的变位和D5-D7。和弦angle-location曲线如图所示 12,标本沿梁表现出明显的非线性。D2的和弦角度和D6通常小于D1, D3, D5和D7,因为位移米附近的D2和D6梁刚度发生不连续的接口。位置和变形量之间的关系总是被研究者忽略( 3- - - - - - 5),而beam-girder关节刚度变化是重要的,特别是当板效应被认为是。本文通过调查,我们可以更好地理解beam-girder关节的挠度分布。

和弦angle-location曲线。(一)BGJ1和(b) BGJ2。

 4.4。载荷应变曲线

图 13比较了load-tensile应变曲线的两个标本,和图 14显示了load-compressive应变曲线的比较,R6的菌株,S18, S24和负载从R致动器,和R10的菌株,S6, S12和负载从L传动装置、R8的应变对应的平均负荷两侧(L和R)执行机构。

Load-tensile应变曲线。(一)BGJ1和(b) BGJ2。

Load-compressive应变曲线。(一)BGJ1和(b) BGJ2。

图 13说明标本GBJ1和GBJ2表现出类似的load-tensile应变曲线。纵向增援部队的压力突然增加板开裂后,和R6和R10的应变增长放缓后标本了。减少观察致动器加载峰值附近时,虽然R8的应变显示不同的增加趋势,持续增长的负荷降低。

标本BGJ1显示均匀应变分布形状的袖子,两束光的,如图 14。标本BGJ2,株形套筒迅速增加的负载,和S18 S12和美国的压力明显高于S6和S24在相同加载步骤。节中描述 4.1试样的形状的套筒BGJ2提前了,而梁的屈服推迟与标本BGJ1相比。

样本有相同的屈服机制,也就是说,他们的纵向增援了下紧张,他们的袖子下产生压缩,梁下产生压缩。

 4.5。应变分布

图 15显示板的拉伸应变分布。压力是在中间边缘附近的大型和小型。这一现象可以解释为双向力状态的节点区石板,它受到负弯矩沿梁轴和积极的弯矩沿梁轴。拉伸和压缩应力相应的生成,梁部分受到更大的正弯矩接近中间的梁。在正负弯矩的影响,板拉伸应变分布模式。类似地,节点区板的主拉应力方向改变了位置,形成弧形裂纹,如图 7和 8。摘要板应变分布不同于复合梁的标本SCB2 [ 22)是在负弯矩,混凝土板显示状态应变分布。的差异主要是由于不同的力状态之间的关节和梁。

板的应变分布。(一)BGJ1和(b) BGJ2。

数据 16和 17分别显示应变分布沿截面形状的套管深度和梁,我们可以说明以下。

开裂前,梁部分(测量分S1-S5和S19-S23)下的两个标本完全压缩。的压力基本上是分布式线性部分深度在加载步骤从开裂到巅峰,和中性轴位于大约在中央轴,这是符合平面部分假设。

形状的袖子的菌株分布沿剖面深度非线性(测量分S7-S11和S12-S17)。

在同一加载步骤,更高的观察应变底部法兰(S18测量分S12和美国)的袖子比降低web (S11和肌力表现)。

GBJ1的应变分布。(一)梁section-L。(b)梁section-R。(c)袖section-L塑造的。(d)袖section-R塑造的。

GBJ2的应变分布。(一)梁section-L。(b)梁section-R。(c)袖section-L塑造的。(d)袖section-R塑造的。

梁的应变分布沿截面深度复合梁(类似 12, 13, 17, 18),基本上符合平原部分的假设,而塑造的袖子是截然不同的 22]。以前mentiond现象主要有插入的光束形状的袖子,通过焊接连接,可以形成“杠杆”效应的袖子,使形状的袖子受到的压力 问,而底部的袖子受到剪切力的影响 V。的结合作用 问和 V,形状的袖子被暴露于复杂应力状态和额外的在网络上形成的拉应力的袖子,虽然压力(应力)浓度发生附近结束底部,如图 18。因此,更高的应变是由底部法兰(S18测量分S12和美国)较低的网络(测量分S11和肌力表现)。“杠杆”效应也可以解释非线性应变分布沿截面形状的袖子的深度。额外的酒吧(3Ф16)可以增加“杠杆”效应随着梁的刚度,导致高应力集中在底部法兰形状的袖子,从而降低标本GBJ2的可变形性。

力的套筒。(一)焊接接头应力集中分布和(b)。

 5。结论

静态负载测试进行两个全面u形钢骨混凝土复合beam-girder关节在这个研究中,可以得出以下结论。

收益率序列的两个样本如下:张力下的纵向钢筋屈服,形状的袖子下产生压缩,压缩下的梁了。标本被毁的弧形裂纹梁研制的接口和扩展到梁区,但没有观察焊缝断裂。

额外的酒吧可以稍微提高承载能力,但也会增加的袖子上的“杠杆”效应,从而增加的应力集中在底部法兰形状的袖子,从而降低结构的变形能力和延性。“杠杆”效应导致的非线性应力分布沿截面形状的深度套管和下翼缘应变的增加。梁应变分布的线性部分的深度,这是符合平面部分假设。

两个样本表现出明显的非线性沿着梁挠度分布,也就是说,中间大的边缘和小。

小说复合beam-girder联合提出的优势容易建设,承载力高,和良好的可变形性,因此可以应用于大跨度和空间结构。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

这项工作是由中国国家自然科学基金资助(没有。51578235),湖南省自然科学基金(2020 jj5018和2020 jj5020号)和湖南省教育科学研究项目(19号a095, 19 b099 20 b108,和20 c0363)。

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