钢-混组合梁温度及收缩效应分析的电算方法

为了便于运用计算机求解钢-混组合梁在温度和收缩作用下的效应,通过引入几何约束关系、本构关系和平衡条件,对换算截面进行积分,得出了等效温度作用下组合截面的自应力及单元超静定等效荷载;导出了基于换算截面非线性温度梯度的电算方法,并从理论上证明了其和叠加方法、微分方程方法等方法之间的关联性;分析了滑移对钢-混组合梁受力的影响。结果表明:换算截面电算方法不仅能用于静定组合梁分析,也可用于超静定组合梁的分析;应用该方法编制的程序可对简支组合梁和连续组合梁结构进行计算分析;滑移对组合梁受力的影响大小与叠合面剪切刚度相关。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土开裂研究

连续组合梁桥设计中的关键问题是能否有效抑制负弯矩区混凝土的开裂及裂缝发展。混凝土的开裂会降低组合梁整体刚度,并会加速混凝土板内钢筋、抗剪连接件甚至钢梁的腐蚀,降低整体结构的耐久性。以阳泉市某高速公路匝道钢-混组合连续梁桥为背景,介绍了影响负弯矩区混凝土开裂的影响因素,运用MIDAS FEA建立空间精细化有限元模型计算了负弯矩区混凝土在设计荷载作用下和超载作用下的裂缝宽度,并对比分析了另外5种裂缝宽度计算方法。结果表明,G匝道钢-混组合连续梁桥混凝土裂缝宽度满足规范设计要求,且具有较大储备。汽车活载与温度梯度负温差效应对裂缝宽度影响较大。同时,汽车超载对裂缝的影响较为明显,应该严格限制超载。     

基于剪切、滑移双重效应的管桁架组合梁负弯矩区变形分析

以空间管桁架组合梁试验和Abaqus有限元分析为基础,基于弹性理论分析方法推导了空间管桁架组合梁负弯矩区考虑剪切变形与滑移效应影响的变形公式。结果表明:由滑移效应引起的附加变形为计算总挠度的6%,由剪切变形产生的变形占总挠度比重为52%;从混凝土开裂荷载值到斜腹杆屈服荷载值的各级荷载作用下,考虑剪切变形与滑移效应影响的计算值与实测值、有限元计算结果具有较高的吻合度,平均偏差分别为4.1%和12.4%,实测值与有限元计算结果的平均偏差为12.9%。试验结果与有限元计算结果表明:该文建立的变形公式对空间管桁架组合梁负弯矩区的变形计算是合理可信的。     

不同抗剪连接程度的钢—砼连续组合梁性能分析

运用ANSYS12.0建立5个不同抗剪连接程度钢-砼连续组合梁有限元非线性分析模型,分析正、负弯矩区不同抗剪连接程度对组合梁极限承载力、挠度、界面滑移及开裂荷载的影响。结果表明,抗剪连接程度对钢-混组合梁的滑移及变形均有一定程度的影响,其中负弯矩区抗剪连接程度对钢-砼组合梁承载性能的影响较大。     

预应力混凝土连续梁桥考虑徐变时的支座沉降次内力分析

为了研究在徐变作用下，超静定结构发生支座沉降时引起的次内力，以1座5跨预应力混凝土连续梁桥为例，采用换算弹性模量法对连续梁的次内力及最终内力进行计算，在此基础上进一步分析了次内力对连续梁内力分布的影响。计算结果表明:超静定连续梁发生支座沉降时，会在结构中产生显著的次内力，在徐变作用下，由支座沉降产生的弹性内力会随时间的变化而有所减小，徐变对由支座沉降产生的弹性内力具有卸载作用，结构上的最终内力大小约为弹性内力的45%。在满足连续梁安全性的前提下，可以适当地改变截面尺寸以降低桥梁刚度，有利于节约造价，创造更大的经济效益。在实际工程中，可以采用在连续梁上施加压重或者平衡重的方式来调整结构上的内力分布，进一步降低徐变产生的次内力对桥梁结构的影响。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

组合连续梁桥收缩徐变与滑移效应的影响分析

钢混组合梁桥由于其自重轻,跨越能力大的特点,近年来被逐步应用到大跨径连续梁桥上,发挥了两种材料结合的优势,扩展了连续梁桥的跨越能力。由于两种材料的差异性,在组合后受收缩徐变效应的影响,会导致结构内力重分布、产生附加变形。采用柔性连接件的组合梁在其结合面上会产生滑移,进一步增加附加变形。对于大跨径组合梁桥,其收缩徐变效应和滑移效应不容忽视,但影响程度和规律仍然不明确。以港珠澳大桥大跨径组合梁连续梁桥为背景,分析大跨径连续梁在有滑移时和收缩徐变效应下的影响。结果表明,在混凝土板收缩徐变作用下,有滑移时会导致位移增量和应力增量变大;置梁时间越长,主梁挠度越小,第1个月的置梁对挠度影响最为明显;收缩徐变使混凝土板的压应力减小,在成桥后期,中支点附近的混凝土板将出现拉应力;收缩徐变使钢梁顶的压应力增加,钢梁底的拉应力减小。     

逐跨施工混凝土连续箱梁考虑徐变的剪力滞效应研究

为了解徐变对逐跨施工连续箱梁桥剪力滞效应的影响,基于能量变分法及混凝土徐变理论,建立2跨逐跨施工连续梁考虑剪力滞效应的混凝土徐变次内力计算公式,并以跨径为30m+30m的逐跨施工现浇箱梁桥为例进行计算。结果表明:对于存在施工过程体系转化的逐跨施工连续梁桥,徐变次内力增加了梁体在负弯矩区的弯矩、减小了梁体正弯矩区段的弯矩;考虑徐变效应后,截面的剪力滞效应有所减弱。算例结构中,支座负弯矩区最大剪力滞系数减小20.26%,跨中正弯矩区的剪力滞系数增加了2.1%。     

结构静力学

金成棣编著的《结构静力学》是一本实用工程力学类图书。全书共十六章,分上下两册。前六章系统地介绍了结构力学基础知识,以结构组成为主题,对静定结构作了全面阐述。在确定结构弯矩和挠度图时,除介绍了一般常用方法之外,还介绍了差分法,并提出递推公式,以及考虑混凝土龄期和加载差异的徐变变形与内力重分布的计算方法。以后各章主要介绍了超静定桁架、连续梁、平面刚     

钢箱组合梁混凝土裂缝特征试验

为了解斜腹板钢箱组合连续梁负弯矩区混凝土裂缝的特征,选取2根斜腹板钢箱组合梁进行负弯矩受力性能试验,考察负弯矩荷载作用下组合梁混凝土板裂缝的出现、发展过程和裂缝宽度变化,以及钢筋和混凝土板上缘的应变分布。结果表明：组合梁混凝土在荷载较低时就产生开裂,混凝土板中的裂缝分布特性与配筋率有关;当配筋率较小时混凝土开裂引起其附近的钢筋应变突然增加,钢筋屈服后随着荷载的增加裂缝宽度也增长较快;当配筋率合理时,混凝土产生的0.2mm宽裂缝对应荷载为初始开裂荷载的3倍以上;裂缝间距与混凝土板中横向配筋间距和剪力钉间距有一定关系。     

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验

为解决钢-混组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题，以桥面连续钢-混组合梁为研究对象，负弯矩区桥面板采用超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete，UHPC）代替传统普通混凝土，对其抗裂性能展开研究，并设计3根不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁，采用一种独特的转角加载方式进行全过程静力加载试验，获得转角、临界开裂荷载、应变等关键试验数据；基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型，并对试验过程进行模拟。研究结果表明：钢-混组合梁负弯矩区采用UHPC，能明显提高负弯矩区的开裂性能、有效解决了负弯矩区桥面板的开裂问题；建议了合理的负弯矩区接口形式及负弯矩区UHPC纵向铺设长度取0.1L；采用黏结滑移理论，提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。     

采用抗拔不抗剪连接件的钢-混组合连续梁桥设计分析

钢-混组合连续梁桥能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性方面具有很多优势,在工程上应用越来越广泛。“抗拔不抗剪”技术通过释放连接件的抗剪作用,能够有效地解决钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土的开裂问题。本文通过Midas建模,研究分析了“抗拔不抗剪”连接件组合梁与普通剪力钉组合梁的受力区别,结果表明：抗拔不抗剪连接件对负弯矩区桥面板轴力、应力和裂缝宽度的“消峰”作用非常明显,但会导致组合梁挠度和钢梁应力有所增加,设计时应综合考虑其对结构受力的影响。     

预应力钢-混箱形组合连续梁负弯矩区开裂分析

为研究预应力钢-混箱形组合连续梁墩顶部位(负弯矩区)的受弯性能及预应力设置方法,以广吉高速某组合连续梁桥为背景,以1∶4的缩尺比制作该桥负弯矩区模型梁进行纯弯试验,结合有限元计算结果,分析组合梁负弯矩区的破坏形态、裂缝开展及开裂弯矩等力学性能;模拟改变预应力位置及预应力张拉水平,研究预应力设置对组合梁开裂性能的影响。结果表明:模型梁最终发生塑性弯曲破坏,破坏时裂缝均匀分布且间距与箍筋间距相近,模型梁开裂弯矩为156.0kN·m;在不同预应力张拉水平下,混凝土板对称轴单侧预应力筋合力点至对称轴的距离s与1/2板宽B的比值为0.15～0.50时,开裂荷载较大;预应力张拉水平越高,开裂荷载对预应力筋位置的变化越敏感;原型梁开裂弯矩为15 840kN·m,当s=0.4B时,开裂弯矩可提高约11%。     

简支变连续桥负弯矩区长期性能研究

简支变连续梁桥同时具有简支梁和连续梁的特点,墩顶负弯矩区受力状态是该类桥梁要点,负弯矩区的配筋形式、有效应力、收缩徐变等参数均会对弯矩区长期性能产生影响。以某4跨40 m简支变连续T梁桥为背景,利采用MIDAS/civil软件建立全桥分析模型,讨论负弯矩区不同配筋形式、不同收缩徐变模式的影响。分析表明:不同的收缩徐变模式会产生不同的结果,收缩徐变产生的长期效应会较大影响负弯矩的应力分布,合理的配筋可有效限制简支变连续桥梁负弯矩区拉应力,设计阶段应合理设计墩顶负弯矩钢束,使其既能限制截面上缘拉应力又经济合理。     

收缩徐变对简支变连续结构受力性能影响研究

简支变连续桥梁兼具简支梁和连续梁的特点,但对于预应力混凝士超静定结构,混凝士徐变变形受结构多余约束的制约,势必会导致结构徐变的次内力.结合4×40 m简支变连续T梁的施工,利用MIDAS软件建立分析模型,讨论了不同收缩徐变模式和不同的加载龄期对简支变连续梁式桥应力及位移的影响,得出以下结论:随着存梁时间的不断增加,因收缩徐变引起的墩顶负弯矩区上缘应力越来越小,下缘应力越来越大；另外,因收缩徐变引起各跨跨中位移不断减小,说明存梁时间越短,成桥后徐变引起的位移越明显.     

钢-混组合连续箱梁施工预拱度设置影响因素研究

为确定合理的临时支撑间距与拆除时机、负弯矩区剪力连接件类型及是否设置桥面板预留槽等,以便于钢-混组合连续梁桥设置合理的预拱度,以某(40+75+75+40)m钢-混组合连续梁桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析相关设计与施工因素对预拱度设置的影响规律。结果表明:钢梁拼装时应采用临时密支撑,并在正弯矩区桥面板混凝土浇筑后再拆除临时支撑;负弯矩区应采用抗拔不抗剪连接件,桥面板正、负弯矩交界区域应设置桥面板预留槽;仅边跨设置向上的混凝土收缩徐变预拱度值,而中跨不需设向下的混凝土收缩徐变预挠度值。该桥边、中跨跨中钢梁制造预拱度分别为17.7mm和161.9mm,施工时考虑了10mm的弹性变形预抬值。成桥时组合梁线形误差在±10mm内,满足设计要求。     

钢-混凝土组合梁徐变应力分析

钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下,混凝土桥面板会产生徐变变形。但由于受到钢梁的约束,组合梁截面会产生应力重分布现象。基于按龄期调整的有效模量法,建立了钢-混凝土组合梁截面徐变应力重分布的增量微分方程,并通过与有限元法分析进行对比,验证了推导的增量微分方程的正确性。     

钢-高强混凝土组合梁收缩的计算分析

对简支和连续组合梁,按照全截面法基于有效模量比计算收缩徐变所退化的混凝土翼板面积和惯性矩,推导了各种收缩效应的计算公式。对比欧洲混凝土模式规范的新旧模型,结果表明:在简支梁的收缩自应力和挠度上,高强和普通混凝土几乎相同;在连续梁的收缩次弯矩上,高强略小于普通混凝土;按照MC1990收缩徐变模型将显著低估这些收缩效应,由此低估钢筋用量将可能引起混凝土开裂等结构的使用和安全问题。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。