钢-砼组合梁中两种新型连接件的有限元分析

就目前出现的两种新型连接件(PBL连接件和埋入式连接件)与传统的栓钉连接件进行对比分析,着重对钢-砼组合梁的连接件进行有限元空间分析;通过分析两种新型的连接件内形成的砼抗剪销对抵抗组合梁的纵向剪力的作用,寻求最适宜用于实际工程的连接件;为钢-砼组合箱梁的设计、施工技术研究提供依据.     

钢-砼组合梁中两种新型连接件的有限元分析

就目前出现的两种新型连接件(PBL连接件和埋入式连接件)与传统的栓钉连接件进行对比分析,着重对钢-砼组合梁的连接件进行有限元空间分析;通过分析两种新型的连接件内形成的砼抗剪销对抵抗组合梁的纵向剪力的作用,寻求最适宜用于实际工程的连接件;为钢-砼组合箱梁的设计、施工技术研究提供依据.     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

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.     

竹-混凝土组合结构螺钉剪力连接件推出试验研究

为了充分利用环境友好型材料竹材,文中提出了竹材-混凝土组合结构桥面板,即以抗拉强度较高的竹胶板作为受拉区,而以抗压强度较高的混凝土作为受压区,2种材料界面处采用螺钉剪力连接件而形成竹-混凝土组合结构板.为了掌握竹-混凝土组合结构螺钉剪力键的抗剪承载能力等基本力学性能,完成了9组共27个推出试件的推出试验,综合研究了螺钉的直径、钉入角度、顺纹向排列间距对螺钉连接件抗剪承载能力的影响,并对推出试验数据进行了拟合处理分析,提出了该螺钉剪力键的抗剪承载能力、抗剪刚度计算公式,以及螺钉剪力键荷载-滑移曲线的函数表达式,为该类型剪力连接件在竹-混凝土组合结构的实际应用提供必要的前提.     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁受剪性能试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受剪性能,以配筋率和混凝土板厚为变量参数,对5根腹板开洞连续组合梁进行了两点单调对称集中加载试验,采用剪力分离方法对应变试验数据进行计算,得到组合梁钢梁和混凝土板承担的剪力.试验结果表明:腹板开洞不仅降低了连续组合梁的刚度和承载能力,而且引起洞口区域混凝土板和钢梁截面的竖向剪力重分布,剪力主要通过洞口上方的混凝土板来承担,占到总剪力的 85%~90%;洞口区域不再符合平截面假定,最终连续组合梁洞口发生剪切破坏,组合梁丧失承载能力;增加混凝土板厚度和截面配筋率可以提高连续组合梁的承载和变形能力,并可以用来进行洞口区域的补强.      

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。     

栓钉锈蚀与抗剪承载力试验研究

栓钉剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘共同工作的关键元件,栓钉锈蚀后将直接影响组合梁的抗剪连接程度,进而影响梁的承载能力.文中将通过推出试验,研究栓钉锈蚀对其承载力的影响规律.通过对试验结果的回归分析,研究栓钉锈蚀后的抗剪承载力的计算公式.     

钢-混凝土组合梁界面纵向剪力重分布

以受均布荷载作用的简支组合梁为对象，研究了栓钉等柔性连接件塑性变形引起的纵向剪力重分布．根据连接件的受力状态，将界面受力全过程划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，建立了相应的剪力重分布简化模型，并导出了界面纵向剪力和轴向力的计算公式．研究表明：考虑纵向剪力重分布时，在荷载较小的情况下，轴向力随荷载增大呈线性关系增大；当荷载较大时，轴向力随荷载增大呈非线性关系增大，最后趋于稳定．     

考虑剪切滑移效应的组合梁等效刚度分析

钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢-混凝土组合梁变形增大。基于弹性理论,在考虑剪切滑移效应情况下,建立了钢-混凝土组合梁刚度计算的解析方法,计算组合梁任意截面的等效刚度。研究表明:截面等效刚度受到拴钉剪切刚度、剪切滑移的影响;在拴钉间距较大时,组合梁刚度和折减刚度之间有不可忽略的差值。按此方法算得的组合梁挠度值与试验结果吻合较好。     

钢-混凝土组合箱梁力学分析

提出一种钢-混凝土箱型截面组合梁结构,应用力法计算钢-混凝土箱型截面组合梁的内力,给出负弯矩区的刚度与其长度的关系.连续组合梁是变刚度截面,按弹性分析法给出正负弯矩区的抗弯刚度.对组合梁截面承载力进行分析,得出组合截面弹性极限抗弯承载力与塑性极限抗弯承载力.     

全装配式钢-混凝土组合构件抗剪性能试验研究

为探索全装配式剪力钉(PCSS)的力学性能,设计了大比例PCSS剪力连接构件并进行推出试验。试验结果表明:大比例PCSS剪力连接件分3阶段受力,①弹性阶段:当0P≤0.5Pu时,PCSS剪力钉荷载-滑移曲线斜率保持不变,滑移按直线变化,表明构件处于弹性阶段受力,抗剪刚度保持不变;②弹塑性阶段:当0.5PuP≤0.8Pu时,PCSS剪力钉荷载-滑移曲线斜率不断减小,表明构件处于弹塑性阶段受力,抗剪刚度减小;③破坏阶段:当P0.8Pu时,曲线变化平缓,构件在荷载作用下界面上产生了较大的滑移,加速构件破坏,直到栓钉剪断,试验停止。当大、小构件进行力学性能比较时,小构件的受力性能较大构件好,但是实际情况中PCSS剪力连接件多表现为大比例构件形式,大构件考虑尺寸效应和群钉效应影响因素更能模拟出栓钉的实际受力状态。并依据现有剪力钉计算方法,推荐了PCSS剪力钉的适用极限承载力计算公式。     

组合梁桥剪力连接件浅析

剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘板共同工作的关键元件,合理安全地确定其抗剪承载力对组合梁的设计和保证其整体工作性能至关重要。重点介绍了组合梁桥连接件中的栓钉和开孔钢板连接件的性能、应用情况与抗剪能力的计算。     

具有拼接钢主梁的钢混双面组合梁受力性能研究

研究对象为具有拼接钢主梁的钢与混凝土双面组合连续梁,钢主梁段采用翼缘板和腹板盖板由高强螺栓拼接。理论分析了拼接截面的弹性、塑性极限承载力及其受力变形特征;通过有限元分析软件ANSYS建立拼接节点的实体模型,得到拼接节点的弯矩转角曲线。依据得到的拼接节点本构关系,分别建立拼接钢主梁的两跨连续组合梁和无拼接的两跨连续组合梁的有限元模型,分析对比二者的变形能力及承载性能:当荷载较小时,两种不同拼接方式的连续组合梁具有相同的结构刚度;随荷载的增加,克服高强螺栓提供的摩擦力后,拼接节点开始表现出半刚性特性,拼接组合梁刚度将逐渐减小。结果表明,在满足组合梁结构强度和刚度的前提下,合理的钢主梁半刚性连接设计可用来增强组合梁结构的变形能力。结论可供高强螺栓拼接钢主梁的钢与混凝土组合梁设计计算参考。     

U型外包钢-混凝土组合梁延性的试验研究

为探讨U型外包钢．混凝土组合梁的延性,对9根U型外包钢-混凝土组合梁进行了试验研究,研究了其延性与破坏类型之间的关系,根据试验结果,用灰色系统理论对影响U型外包钢-混凝土组合梁延性的主要因素——混凝土翼缘板宽度、剪力连接系数、混凝土强度、横向配筋率和底部钢板的屈服强度——进行了分析,并在此基础上用有限元软件ANSYS对上述5个因素对组合梁延性的影响规律进行了定量分析．最后,基于试验和数值模拟结果,建立了U型外包钢,混凝土组合梁位移延性系数的计算公式,试验和数值分析结果表明：U型外包钢,混凝土组合梁的延性主要取决于它的破坏类型,其位移延性系数为2．4～4．3;发生延性破坏的U型外包钢,混凝土组合梁的位移延性系数高于相同用钢量的钢筋混凝土梁。     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

组合梁挠度计算的新方法——有效刚度法

要精确计算弹性剪切连接时组合梁的挠度较为复杂,因而很难得到任意荷载作用下的解析解,一些常用荷载作用下的解析解冗长,计算繁琐.为此,GB 50017—2003《钢结构规范》中提供了一种较为简便的计算方法——抗弯刚度折减法,但用该方法计算时,精度不高,适用范围有局限.为此,提出了组合梁挠度计算的一种新方法——有效刚度法.该方法计算简便、力学概念清晰,且计算精度很高,与精确解析解的误差不超过1.0%;此外,还能给出组合系数的值,能非常直观地评价组合梁组合作用的大小;该方法对剪切连接件的刚度无任何限制,其变化范围可以从趋近于0到无穷大.     

钢-混凝土双面组合连续箱梁负弯矩区有限元分析

钢-混凝土双面组合箱梁是由两个H型钢作钢骨架,并与上下两块混凝土板组合形成的箱形截面,可用于连续梁的负弯矩区。推导得到了负弯矩区截面弹性刚度和塑性极限弯矩的计算公式。建立集中力作用下双面组合连续箱梁负弯矩区的Ansys分析模型,得到了组合梁的荷载挠度曲线、截面应力和应变变化曲线以及钢与混凝土交界面的纵向滑移分布。与双主梁组合梁和普通组合箱梁的受力性能做比较,显示了双面组合箱梁承载能力和变形能力的优越性。     

双层混凝土箱梁设计及抗弯承载性能分析

双层混凝土箱梁通过取消横隔板,创造性地同时利用顶、底板作为桥面系来实现双层交通,可以充分发挥主体结构的能力。为研究双层混凝土箱梁的抗弯承载性能,根据其结构特点设计了双层混凝土箱梁模型,采用数值模拟方法对箱梁在跨中四点弯曲集中荷载作用下的受弯过程进行非线性分析,研究结构的破坏模式、荷载-挠度曲线、关键截面上的混凝土及纵筋应力变化等。研究结果表明：双层混凝土箱梁的破坏模式为弯曲破坏,其受弯破坏过程可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、屈服破坏阶段。在跨中荷载作用下,箱梁顶板混凝土呈现出较为明显的剪力滞效应。跨中截面中腹板混凝土纵向应变沿梁高的分布基本呈线性,随着荷载的增加,截面中性轴有向上偏移的趋势。     

新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁受力性能

为综合解决传统钢-混凝土组合结构中混凝土桥面板自重偏大和负弯矩区易开裂的问题,引入超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）华夫板代替普通混凝土桥面板,提出一种新型组合梁—装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁. 以某典型3跨连续梁桥为研究对象,分别建立3跨连续梁整体和中支座区域梁段的有限元模型,研究了不同荷载工况下新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁的受力性能,分析了UHPC华夫型上翼缘关键设计参数对该新型组合梁力学性能的影响规律,对比研究了组合榫型剪力槽与栓钉型剪力槽对该新型组合梁受力性能的影响. 研究结果表明:在恒 + 活组合作用下,中支座负弯矩段华夫型上翼缘纵肋底缘和面板最大拉应力均小于配筋UHPC的抗拉强度设计值;当UHPC华夫型上翼缘纵、横肋宽90 mm、高200 mm,纵肋间距700 mm,横肋间距600 mm,面板厚60 mm时,UHPC华夫型上翼缘受力较为合理;组合榫型剪力槽更适用于新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁.