PBL加劲肋方钢管混凝土界面传力性能的有限元分析

为探讨PBL加劲肋的方矩形钢混凝土界面抗剪粘结滑移的力学性能,研究PBL加劲肋对界面传力性能的影响以及PBL构件界面的传力规律。采用有限元分析软件ABAQUS对比了构件分别通过粘结作用和PBL键在剪力传递长度内应力的变化规律和传递效率。结果表明:PBL键在界面传力方面承担主要角色,在剪力传递长度内自然粘结作用和PBL的传力模式相同,界面应力的变化并不均匀,自然粘结作用的传力效率远小于PBL键。     

双幅桁架组合梁空间受力研究

双幅桁架组合梁是通过横向联结系将A,B两个单幅桁架组合梁连接到一起组成新结构,为了了解该组合梁的受力性能、变形能力、破坏机理以及各个杆件的内力分布规律等,设计并制作试件,通过对试验梁A幅静力加载试验,分析其位移、沿截面高度纵向应变、混凝土板顶纵向应变、斜腹杆轴向应变以及横向联结系轴向应变随荷载的发展变化。通过ABAQUS有限元分析软件建立相同试件模型并且后处理,比较试验研究成果,验证模型的合理性。研究表明,施加单幅对称荷载时该组合梁具有良好的承载能力和变形能力;破坏形态为A幅弯曲破坏的同时伴随着受拉腹杆节点的冲剪破坏,B幅仅斜腹杆受轴力且影响较小;剪力滞系数在梁肋处达到峰值,说明梁肋处应力分布最不均匀,系数纵向影响范围只位于加载点附近,变形集中于中间区域;下弦杆除了承受轴向力,弯曲效应对杆件的受力影响较大,不容忽视。     

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明：钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.     

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

钢-混凝土组合梁的温度骤变效应分析

对自然环境内钢-混凝土组合梁截面内温度进行了测试,以温差梯度为计算模型,基于弹性理论,推导了不同温差模式下组合梁交界面上的剪力、剪应力、相对滑移应变与变形以及弯曲变形曲率计算公式.分析结果表明:在自然温变情况下组合梁截面内存在温差,同时混凝土翼板内温度分布不均匀;界面剪力最大值在跨中部位,向梁端部逐渐递减为0;剪应力、相对滑移应变与变形在梁端部达到最大值,向跨中逐渐递减为0;界面内力及变形与温差大小呈线性正比,斜率与混凝土板内温度分布模式有关;混凝土板内温度分布模式及厚度是截面内力和变形的主要影响因素.     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁桥疲劳性能

为研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式，开展了波形钢腹板-钢管混凝土(CSW-CFST)桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管(CSW-ST)桁式弦杆组合梁疲劳性能试验和有限元分析；研究了CSW-CFST和CSW-ST桁式弦杆组合梁疲劳性能的异同，分析了弦杆内混凝土改善组合梁疲劳性能的本质原因，探讨了CSW-CFST桁式弦杆组合梁疲劳寿命的评价方法，并将采用美国石油协会(API)、国际管结构发展与研究委员会(CIDECT)和挪威船级社(DNV)设计标准所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命分别与试验结果进行了对比。研究结果表明:采用线性外推方式得到的CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力为二次外推方式所得的1.036倍，偏安全角度考虑，CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力宜采用线性外推求解；组合梁斜腹板段热点应力明显大于直腹板段，最大热点应力出现在斜腹板与圆弧过渡段相交处，相较于CSW-ST桁式弦杆组合梁，弦杆内混凝土能使CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力下降26.8%，但热点应力分布规律不变；建议将疲劳裂缝萌生时刻对应的反复加载次数定义为CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命；弦杆内混凝土能够延缓疲劳裂缝沿壁厚和长度方向的扩展速度，可使CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命提高61.5%，但不改变组合梁的疲劳破坏模式和疲劳裂缝类型；采用DNV所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命与试验结果间的误差最小，不超过26.4%，建议采用DNV给出的钢管相贯节点疲劳设计应力(S)-疲劳寿命(N)曲线初步计算CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命。      

装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥施工工艺

装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥在弦杆受力、节点水平剪力、稳定性和纵向力分配等方面还存在一些问题,需要对这些问题进行深入的研究和分析,对场地进行合理的布置,利用正确的钢桁梁分片、钢桁片立方布置等工艺,才能确保装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥的稳定性。     

钢管复合桩承载特性模型试验研究

为研究钢管复合桩的承载性能,进行了剪力环、泥皮和防腐涂层共同作用下的钢管复合桩和钢筋混凝土桩室内模型试验,对比分析了试件的荷载-变形曲线、钢管变形等参数,并采用分解分析法对钢管复合桩的套箍效应进行了分析.试验及计算结果表明,钢管复合桩承载性能较钢筋混凝土桩显著提高,套箍效应使得钢管复合桩承载力较空钢管和钢筋混凝土桩承载之和提高9.8%,混凝土抗剪强度提高了1.2倍;钢管对核心混凝土产生的紧箍作用沿界面长度增大,且随荷载的增加而增大;在防腐涂层、泥皮和剪力环(间距90 cm)共同作用下,钢管套箍效应带来的混凝土紧箍力最大值可达2.32 MPa;规范ACI (2005)适合于泥皮、防腐涂层和剪力环共同作用时钢管复合桩极限承载力的计算.      

剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响

为探究剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响,以某跨径40m的简支钢-混凝土组合箱梁桥为依托,分析剪力连接度对结构的抗弯承载力、相对滑移和破坏模式的影响。结果表明:当剪力连接度＜0.75时,组合梁桥的抗弯承载力与弹塑性阶段的抗弯刚度随剪力连接度的增大而增大,相对滑移随剪力连接度的增大而减小;当剪力连接度≥0.75时,剪力连接度的增加对组合梁桥受力影响较小。调研统计发现,目前国内钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值较为保守,综合考虑工程结构的受力性能与经济性,建议钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值范围为0.75~1.25。     

有机聚合物剪力键的破坏机理及承载能力研究

为了解决金属剪力键存在初始裂缝、焊接残余应力、剪应力传递不均匀等缺陷,进行了有机聚合物非金属剪力键代替传统金属剪力键的研究.采用推出试验方法,设计、制作并测试了8组试件(共24个试件),在考虑有机聚合物剪力键的粘结厚度、弹性模量及界面处理工艺等影响参数的基础上,研究了这类剪力键的破坏机理和极限承载能力,同时,提出了预测界面极限抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:有机聚合物与混凝土共同被剪坏是主要的破坏形式;非金属剪力键界面极限剪应力分布在1.10~2.47 MPa之间,非金属剪力键与金属剪力键具有同等能力的界面抗剪水平.     

混凝土灌注顺序对哑铃型钢管混凝土拱的影响

组合空间梁单元法是分析哑铃型钢管混凝土拱的一种新方法,该方法可以很容易获得上、下弦钢管、缀板的内力及其内部混凝土内力。运用组合空间梁单元法,开发了计算程序,分析了不同混凝土浇注顺序对哑铃型钢管混凝土拱桥的影响,并得出一些有益结论。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态，以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象，首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型；接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价；最后通过增量动力分析，从构件和全桥两个层面进行损伤评估，并对比两种指标对桥梁主要构件（钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土）的适用性. 研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1～2个等级；相比于地震波纵向作用，大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小，在峰值加速度（PGA）为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态；3种类型构件中，钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻，钢管混凝土构件（拱脚）损伤较早但是损伤程度轻，钢筋混凝土构件（交界墩）损伤最为严重，在抗震设计时，应对相应位置予以重视.      

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能，对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导，基于极限分析法，运用双剪统一强度理论，并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同，分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力，提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式，考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响, 同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算. 将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内，吻合较好，验证了承载力计算公式的有效性和精确度.      

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。      

大跨径钢管混凝土拱桥稳定性研究

钢管混凝土拱桥在我国得到广泛应用,稳定性问题是制约钢管混凝土拱桥发展的重要因素之一。结合工程实践,采用大型通用有限元分析程序MIDAS／Civil对拱桥稳定性进行了研究分析,对钢管混凝土拱桥拱肋钢管的截面厚度、拱肋内填混凝土强度以及横撑布置形式对拱桥稳定性的影响进行研究。研究表明,拱肋钢管的截面厚度对拱桥稳定性影响较大,“米”字横撑布置形式比较合理。研究内容对提高该桥所采用稳定性措施的经济合理性有一定的借鉴意义。     

复式钢管砼空心柱的抗压刚度

将复式钢管砼空心柱分成核心砼、内钢管和外钢管3部分,通过对核心砼进行轴对称柱体分析和钢管的薄壳分析,考虑核心砼和内、外钢管的径向位移和纵向应变的协调条件,建立了复式钢管砼空心柱抗压刚度EA的计算公式.同时分析了内钢管泊松比、外钢管泊松比、核心砼泊松比对构件抗压刚度、钢管与核心砼应力比的影响,得出了一些有益的结论.     

基于滑移理论的大跨径钢管混凝土拱桥稳定性分析

钢管混凝土结构在桥梁及建筑工程中得到广泛应用,而钢管和混凝土之间的黏结滑移性不仅对钢管混凝土结构承载力有影响,而且对其稳定性也有较大影响。在研究了钢管与混凝土的黏结理论的基础上,建立了钢管与混凝土之间黏结的本构关系,利用现有结构分析程序采用黏结滑移单元实现了这种本构关系下的模拟和分析,通过示例说明了钢管与混凝土的黏结程度对钢管混凝土拱桥的整体屈曲荷载和安全稳定性系数的影响,研究结果表明如果以黏结紧密且无相对滑移为设计依据,所得出的拱桥的稳定性结果偏于不安全。     

钢管混凝土拱桥拱肋刚度设计取值分析

为了解桁式钢管混凝土拱肋弦管设计刚度对拱桥受力性能计算结果的影响,以一座钢管混凝土多肢桁式拱桥为实例,建立了有限元模型,进行了弦管截面设计刚度取值的参数分析,在对已建钢管混凝土桁式拱桥的截面构成进行调查的基础上,提出了桁式拱桥截面设计刚度取值建议,即根据不同的计算要求,混凝土截面刚度折减系数取1.0或0.4。分析结果显示,按照该建议,截面的内力计算值为实测值的1.2～1.5倍,变形计算值为实测值的1.5～1.9倍。可见,此取值建议可以保证桁式钢管混凝土拱桥的设计具有一定的安全储备。