组合梁抗弯极限承载力参数影响分析

为研究组合梁抗弯极限承载力的参数影响规律,利用有限元软件ABAQUS建立有限元模型进行数值模拟。结果表明,钢梁强度、钢梁腹板厚度、钢梁腹板高度、钢梁上下翼缘厚度、栓钉直径均可不同程度地影响组合梁的抗弯极限承载力。其中钢梁强度由235 MPa提升至390 MPa时,组合梁极限承载力提升了43.7%,钢梁腹板厚由4 mm提升至16 mm时,组合梁极限承载力提升了40.9%,钢梁腹板高度由360 mm提升至660 mm,组合梁极限承载力提升了50.8%,钢梁翼缘厚度由6 mm提升至12 mm时,组合梁极限承载力提升了32.6%。相比之下,混凝土板厚度及混凝土强度影响较弱。     

梁桁体系钢-混组合梁有限元分析及设计参数研究

为研究设计参数对梁桁体系钢-混组合梁受力性能的影响,依据梁桁体系钢-混组合梁试验模型参数,应用非线性有限元软件Abaqus建立组合梁的有限元模型,其计算结果与试验结果吻合较好。利用有限元方法,以典型无桁架的钢-混组合梁、混凝土板厚、混凝土强度、钢梁强度等级、混凝土板宽、桁架角度和高跨比等为参数,对其极限承载力的影响进行了分析。结果表明:相比典型的无桁架的组合梁,梁桁体系钢-混组合梁承载力提高了17%;混凝土板厚的增加,提高了组合梁的抗弯刚度;钢梁强度的提升对组合梁的承载力有显著提高;混凝土板宽实际应用时应确保有效板宽的宽度以提高工程的经济性;组合梁高跨比对其刚度及承载力影响均比较大。     

基于BP神经网络的预应力组合梁承载力预测

为提高预应力钢-砼组合梁的设计效率及合理性,精确预测其抗弯极限承载力,文中采用BP神经网络算法建立具有多个输入、单个输出的BP神经网络预应力钢-砼组合梁抗弯极限承载力预测模型,利用既有实测结果对该模型进行训练及验证,结果表明BP神经网络预测效果较好,其40次预测值与实测值比值的均值为1.002,具有较高的精度;选取浙江省绍兴市壶觞大桥边跨主梁进行抗弯极限承载力预测分析,结果表明该模型应用于实际工程可行,可用于预应力钢-砼组合梁抗弯极限承载力确定。     

波形钢腹板组合梁与钢桁腹组合梁的安全性能和使用性能研究

为研究不同钢腹板类型与不同连接件的组合梁力学性能,设计制作了2片波形钢腹板组合梁试件、3片钢桁腹组合梁试件,对试件进行3点弯曲静载试验,并结合有限元模型计算结果进行分析。结果表明,2种类型组合梁的抗剪承载力安全度均满足要求。组合梁抗弯承载力安全度取决于连接件形式及腹板结构:波形钢腹板组合梁中剪力键的数量和排布对组合梁抗弯能力影响较大;钢桁腹组合梁中的翼缘板或铰接连接可使结构有足够的抗弯承载力与结构安全度。波形钢腹板组合梁的刚度、抗剪性能高于钢桁腹组合梁。钢桁腹组合梁的纵向翼缘板可提高抗弯承载力,但会降低底板的开裂荷载。     

配置高强钢筋UPC梁受弯性能试验研究

通过对4根预应力筋不同布置形式和非预应力筋不同等级的梁进行静载试验,对比分析了不同预应力筋布置形式和不同非预应力筋等级对UPC梁受弯性能的影响。研究表明:UPC梁的极限承载力、极限应力增量、挠度和裂缝开展均受到预应力筋的布置形式的影响;非预应力筋强度等级的提高可以使UPC梁的承载力和极限应力增量有所提高。     

预应力混凝土管桩抗弯性能研究

通过两根PHC管桩试验以及相关资料的数据，运用有限元软件ABAQUS对PHC管桩进行了数值模拟，研究了预应力混凝土管桩在受弯时的破坏过程，其计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上，分析了非预应力筋的布置方式、数量以及直径对PRC管桩受弯承载力的影响。结果表明:布置非预应力筋时应沿圆周均匀布置；PRC管桩的抗弯承载力随着非预应力筋的数量和面积的增加而增加。     

预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能试验

为掌握预应力钢箱高强混凝土组合梁的受扭性能,以箍筋间距和预应力等级为主要参数设计了3根足尺试验梁,在自行研制的扭转试验装置上进行试验,得到了试验梁的扭矩-扭率曲线、钢筋扭矩-应变曲线、钢梁及混凝土应变分布等重要参数,对破坏形态与工作机理进行了详细分析。采用预应力影响系数,推导出了该类组合梁的开裂扭矩计算公式;基于变角空间桁架模型理论,推导出了极限扭矩计算公式,并将计算值和实测值进行了对比分析。结果表明:计算值与试验值吻合良好;受扭承载力由混凝土翼板和钢箱梁组成的箱形梁承担;预应力等级对试验梁开裂扭矩影响明显,而箍筋间距和预应力等级对试验梁极限抗扭承载力影响不大。     

体外CFRP预应力筋混凝土梁的受力性能

对体外碳纤维增强复合材料(CFRP)预应力筋混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究,根据试验结果对其受力过程、承载力、延性性能和破坏模式等进行了描述,同时编制了体外预应力混凝土梁的非线性全过程分析程序,对体外CFRP预应力筋混凝土梁进行了参数分析,进而推导了体外预应力混凝土梁的简化计算公式.结果表明:理论计算值与试验值吻合较好;张拉预应力筋时是否持荷以及持荷大小对梁的抗弯性能影响可以忽略;体外CFRP预应力筋可以大幅度提高钢筋混凝土梁的承载力,减小梁体变形和开裂程度;梁体内非预应力钢筋可以明显改善体外CFRP预应力筋混凝土梁的裂缝分布和延性;体外CFRP预应力筋混凝土梁的延性指标可达到2.5左右.     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

预应力组合梁长期性能试验研究与时随分析

在中国首次进行了预应力组合梁长期性能的试验研究。通过一年长期荷载试验,对预应力组合梁的长期变形、预应力筋应变、钢梁应变、钢梁与混凝土板之间的滑移等时随性能进行较为系统的研究,并提出了预应力组合梁长期变形的设计建议。基于龄期调整有效模量法,推导了预应力组合梁单元的徐变刚度矩阵和徐变力向量,编制了预应力组合梁时随分析程序,应用该程序的计算值与试验结果吻合较好。     

具有体外预应力索的快速施工群钉式钢-混组合小箱梁自振特性分析

为了明确体外预应力索对快速施工钢-混组合小箱梁自振频率的影响,基于铁木辛柯梁理论和组合梁相对滑移对典型梁段及群钉的变形与受力进行了分析,同时,引入平面内梁体预应力变化量与振动位移之间的关系,运用达朗贝尔原理导出其平衡方程组,针对3种典型的体外预应力束布置型式给出快速施工钢-混组合小箱梁动力特性分析的解析公式,并将所提出方法的理论值与有限元数值分析进行了比较。在此基础上,详细分析了预应力筋布置位置(偏心距)、预应力筋初始应力大小、钢梁与混凝土板间抗剪连接刚度等参数对结构动力性能的影响。研究结果表明:所提出的方法及公式在分析体外预应力快速施工组合梁的动力特性方面具有较高的精度,其最大误差不超过2%;同时,在不考虑预应力对组合梁相对滑移影响的情况下,体外预应力筋初始应力的大小及抗剪连接刚度对结构本身的动力特性影响很小,最大不超过1%,可忽略不计;而预应力索布置的偏心距对结构自振频率影响相对较大,尤其是在低阶其频率约增加4%。因此,在实际工程中,使用体外预应力快速施工钢-混组合小箱梁或者采用体外预应力进行加固维修时,除应满足静力设计要求外,必须考虑偏心距对结构动力特性的影响。     

无粘结部分预应力混凝土梁的受力性能分析

建立了基于增量变形的既适用于有粘结部分预应力混凝土梁亦适用于无粘结部分预应力混凝土梁受力全过程数值分析方法。该方法能够模拟构件达到其峰值承载能力后下降段的性能,并可考虑非预应力钢筋及混凝土由于结构进入承载能力下降段引起的卸载而导致的材料应力应变关系的变化情况。在此基础上,研究了不同加载方式、跨高比、综合配筋指标、部分预应力比率、混凝土抗压强度等对无粘结部分预应力混凝土梁延性性能的影响。研究表明,无粘结部分预应力混凝土梁的曲率延性系数随综合配筋指标的增加而减小。利用本文方法可以对无粘结预应力筋的应力变化、有粘结或无粘结部分预应力混凝土梁的抗弯强度等进行较合理而精确地评估。     

装配式预应力可变桁架体系加固RC短梁抗弯性能试验

针对混凝土箱梁腹板开裂、跨中下挠等问题,提出一种装配式预应力可变桁架加固体系。该体系由可变桁架、预应力筋和固定斜杆组成,可变桁架通过锚杆固定于加固梁两侧,张拉预应力使桁架上顶加固梁产生反拱,以此来消除或减小梁体开裂和下挠等病害,随后用斜杆固定桁架形成劲性骨架,进一步提高加固结构刚度和承载力。首先对该体系进行介绍,然后设计4片钢筋混凝土梁进行抗弯加固试验,对加固效果及影响因素进行分析验证。研究结果表明：提出的体系具有良好的加固效果,能有效抑制和延缓裂缝发展,改善加固梁的刚度和承载能力;此次试验中,加固梁的开裂、屈服以及极限荷载分别提高了107.28%、70.92%、74.55%以上;锚杆直径对承载力影响较小,但粗锚杆能有效约束端锚板滑移,改善结构整体刚度;端锚板对加固效果影响较大,加强型端锚板能充分发挥钢桁架、钢绞线强度特征,提高构件的极限承载能力,尤其能有效改善其延性破坏特征,极限挠度提高60%以上。     

预应力在钢-混凝土组合梁剪力键中的传递

针对混凝土翼板设置后张预应力的连续组合梁,建立预应力从梁端混凝土向组合梁全截面传递的力学模型,根据连接件剪切滑移本构关系及预应力束对称截面处的界面滑移为零的边界条件,解得混凝土翼板轴力、钢梁轴力及界面剪力的分布函数,求得组合梁考虑连接件柔性的混凝土有效预压应力。结果表明,影响组合截面内力分布的主要因素是剪力连接件的滑移刚度、预应力束长度及混凝土板与钢梁的轴向刚度比;预应力束越长,界面剪力分布越平缓,界面滑移愈小。     

体外预应力在钢箱-混凝土组合梁中应用的试验研究

结合城市桥梁工程实际，进行了3根钢箱-混凝土组合梁的试验。探讨了在对称和偏心荷载作用下，施加体外预应力对钢箱-混凝土组合梁受力性能的影响。试验结果表明，在对称荷载作用下，由于体外预应力的作用，钢箱-混凝土组合梁的弹性极限提高了29．17％，极限强度提高了27．72％，刚度提高了54．15％，位移延性提高了18．00％；在偏心荷载作用下，体外预应力钢箱-混凝土组合梁也有较好的力学性能，强度与刚度均高于普通钢箱-混凝土组合梁。试验研究证实，体外预应力技术对提高钢箱-混凝土组合梁的结构性能有重要作用。     

波形钢腹板组合箱梁加载效率试验研究

体外预应力波形钢腹板组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构,其剪力主要由钢腹板承担,混凝土顶底板承受绝大部分弯矩;由于充分发挥了材料性能,提高了材料效率,有着很好的应用前景。为了研究波形钢腹板的加载效率,制作了2根模型梁,通过测试预应力张拉时结构应变和变形规律,利用空间有限元方法进行分析,试验结果与理论结果吻合较好,并得到了该组合结构在预应力作用下的加载效率规律。对不同厚度腹板的普通混凝土梁进行了参数对比分析,结果表明,波形钢腹板组合箱梁在预应力加载效率方面具有较强的优势。     

鹤大高速红岭高架桥病害分析及加固设计研究

鹤大高速红岭高架桥为5跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥,经过多年运营,检测发现该桥右幅出现了主梁跨中下挠、腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝等病害。为了解病害原因及结构受力状态,对病害原因进行分析,并进行荷载试验,在此基础上进行维修加固设计研究。结果表明:弯剪作用引起腹板斜向开裂,横向弯矩过大引起顶板开裂,预应力径向作用过大造成底板开裂。该桥上部结构校验系数大部分大于或接近于1.0,正截面抗拉强度不满足设计荷载要求;采取顶板加厚、腹板加厚、底板增设横梁以及张拉体外预应力加固设计。数值模拟分析显示加固后箱梁顶、底板最大压应力有效降低,安全储备增加,主应力得到明显改善。加固后第3跨L/4、L/2、3L/4截面分别上挠14.34,0.34,12.61 mm,结构受力满足现行规范要求。     

四线铁路斜拉桥索塔锚固区环向预应力设计研究

椒江特大桥主桥为主跨480m的四线铁路连续钢桁梁斜拉桥,采用H形混凝土塔,索塔锚固采用环向预应力锚固。为确定索塔锚固区环向预应力的合理布置方式,采用MIDAS FEA建立桥塔实体模型,对U形束、井字形直束2种布束方式进行比选,在此基础上,分析施工、运营及断索工况下锚固区的受力性能,并进行预应力合理张拉顺序研究。结果表明:环向预应力采用U形束布置是经济、合理的;锚固区混凝土在预应力切向基本处于受压状态,在预应力法线方向出现1 MPa以内的拉应力,斜拉索张拉会增加侧壁内侧、外索孔处水平拉应力,运营期寒潮效应使塔壁外侧产生较大拉应力,断索时前、后壁齿块横桥向拉应力增加;上塔柱应设置外表面钢筋网片并加强竖向、环向配筋;环向预应力施工时,宜同时张拉内、外侧预应力。     

无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究

给出了无粘结预应力混凝土梁强度和受力性能的分析结果。建立了适用于无粘结预应力混凝土梁非线性全过程分析的有限元简化模型,利用该模型探讨了跨高比、有效预应力和加载方式这3种参数对无粘结预应力混凝土梁弯曲性能以及无粘结预应力筋极限应力的影响。分析结果表明,跨高比对无粘结预应力筋极限应力无明显影响,增大无粘结预应力筋的有效预应力能显著提高梁的开裂和极限荷载,加载方式对梁的受力性能有着非常重要的影响。     

箱梁腹板预应力裂缝成因分析及处理

预应力混凝土连续梁桥挂篮悬臂施工过程中,张拉腹板预应力束会产生腹板顺预应力管道的裂缝,通过分析这些裂缝产生的原因以及处理、加固方法,并且在张拉预应力束过程的对混凝土进行应力监控,能有效地控制裂缝的发生。