混合梁斜拉桥结合段剪力钉受力机理研究

探讨了混合结构钢一混凝土界面的模拟以及剪力钉受力的计算方法.用接触来模拟钢一混凝土界面.利用罚函数法模拟钢与混凝土的脱开、滑移及摩擦等,采用梁单元模拟剪力钉,并对剪力钉进行分段建模.以剪力钉推出试验结果为依据.通过大型有限元软件,对舟山桃天门大桥钢-混凝土结合段进行分析,得出其底板、腹板和顶板的滑移量分布情况,以及滑移量随荷载的变化规律.     

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

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。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥施工期剪力滞 效应分析

为研究波形钢腹板部分斜拉桥在悬臂施工阶段主梁的剪力滞规律,以某单箱四室斜腹板波形钢腹板部分斜拉桥为实例,采用Midas/FEA有限元软件建立精细有限单元计算模型,研究悬臂施工阶段主梁的剪力滞效应分布规律。计算结果表明:在主梁最大悬臂状态,悬臂根部截面主梁顶板的应力分布最不均匀,剪力滞系数最大,其剪力滞系数离开悬臂根部后迅速减小,然后经历增大减小再增大的过程;梁段顶板在自重、斜拉索、预应力荷载共同作用下截面剪力滞效应受预应力荷载效应控制,均多呈现正剪力滞效应;主梁施工过程中,截面剪力滞效应规律不变;在桥梁施工过程分析时以主梁最大悬臂状态下的箱梁顶底板剪力滞系数为参考。     

双线铁路连续刚构桥宽箱梁空间应力分析

利用大型结构有限元分析程序ANSYS对一座三跨预应力混凝土连续刚构桥进行空间分析,其主梁为单箱单室变截面扁平宽箱梁.对比分析在不同荷载工况下箱梁截面的受力特性,结果表明:箱梁横、纵向应力沿截面出现显著的不均匀性,表现了很明显的正剪力滞效应,这种不均匀性在跨中截面尤其突出;预应力空间效应及箱梁剪力滞、畸变等因素使箱梁顶、底板局部出现了较大的应力.增设箱梁横隔板可以增大这种结构的横向抗弯刚度,改善其受力性能.所得的分析结果可为同类桥梁的设计和施工提供参考.     

钢-混凝土双面结合梁界面在集中荷载作用下的滑移表达

钢-混凝土双面结合梁在内支座负弯矩区设置下翼缘钢筋混凝土板,并通过剪力连接件与钢梁共同作用,从而提高了梁的刚度和承载力。运用基本力学方法对钢-混凝土双面结合梁在使用荷载作用阶段的滑移效应进行探索性分析,推导得到集中荷载作用下负弯矩区上、下界面滑移及滑移应变沿梁长分布的表达式。     

单索面宽幅矮塔斜拉桥拉索作用下主梁剪力滞效应分析

矮塔斜拉桥主梁一般采用箱型截面形式,它不仅受轴向压力,还要承担相当部分的弯矩和剪力,所以其受力复杂,空间应力的不均匀现象十分严重.并且随着箱梁的宽度的增大剪力滞效应更加严重.文中以西江特大桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立拉索锚固区梁段空间有限元模型,研究分析宽幅主梁在成桥阶段的受力特性和剪力滞效应,以及在索力纵向力作用下桥面正应力分布情况和传递角度.结果表明该桥的主梁受力合理,剪力滞效应不明显.索力的纵向分力在宽幅箱梁中的传递角度为39.3°,该桥的设置后浇带的施工方法满足主梁的受力特性要求.     

波形钢腹板箱梁剪力滞效应的变分法求解

变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析.基于波形钢腹板组合箱梁在弯曲荷载作用下的"拟平截面假定",运用变分原理推导了波形钢腹板箱梁在集中荷载作用下翼板的正应力和剪力滞系数计算公式,并与有限元分析结果进行了对比.分析结果表明:变分法算得的翼板正应力和剪力滞系数和有限元法结果吻合,该法可为今后波形钢腹板组合梁桥的设计计算提供参考.     

钢-混凝土组合箱梁桥异型岔口正弯矩区受力性能分析

为了研究异型梁的受力和承载性能,通过有限元程序ANSYS建立板壳单元三维空间模型,对北京南站高架桥某联正弯矩区组合箱梁异型岔口进行分析,重点分析岔口处钢箱-混凝土结合梁受力性能,即钢箱梁在各种荷载工况下的应力和变形特征,弯扭耦合作用下异形岔口的受力,活载偏载作用下支座反力。最后对钢梁腹板厚度、弯扭刚度比及横隔板进行了参数分析,明确了其对异形梁受力性能的影响。     

钢-混组合索塔锚固结构的力学行为及结构优化

为了解斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的力学行为并对结构设计进行优化,以重庆嘉悦大桥为依托,通过足尺模型试验及非线性有限元分析的对比分析,对钢-混凝土组合索塔锚固结构的力学性能、荷载传递机理进行了研究;采用正交试验方法对索塔锚固区混凝土主拉应力进行参数敏感性分析,进而提出了结构优化设计参数. 研究结果表明:钢锚箱与混凝土塔壁的应力水平较低,应力分布均匀流畅;钢锚箱与混凝土塔壁的相对滑移值均很小,最大值仅0.029 mm;剪力键的抗剪刚度对混凝土端塔壁的主拉应力水平有较为显著的影响,当刚度增加5倍,混凝土端塔壁主拉应力减少了17.3%;该桥所采用的组合索塔锚固区结构参数是安全、经济的.      

大跨独塔斜拉桥纵隔板的极限承载力

为保证主跨383m 的广州珠江黄埔大桥北汊桥主梁吊装施工期间钢箱梁桁架式纵隔板的稳定性,对集 中荷载作用下纵隔板的极限承载力进行了非线性有限元数值模拟和模型试验.采用通用有限元软件ANSYS建 立梁段的空间数值模型,得到了设计荷载作用下纵隔板的应力分布及施工阶段结构的弹性屈曲系数;考虑材料 及几何非线性和初始缺陷,得到了该纵隔板的极限承载力.采用1:2.5缩尺模型对纵隔板进行了静载试验,得到 了设计荷载作用下纵隔板的应力和变形;通过极限承载力试验,得到了设计荷载作用下纵隔板的非线性屈曲系 数.研究结果表明:该斜拉桥钢箱梁纵隔板设计合理,其稳定性满足设计要求;考虑初始缺陷的非线性有限元分 析可用于研究钢箱梁纵隔板的局部稳定性.      

组合加固足尺预应力混凝土空心板梁抗弯性能

对3片足尺预应力混凝土空心板梁进行抗弯性能试验, 其中1片足尺梁不进行加固, 2片分别采用钢板-混凝土组合加固和钢板-预应力混凝土组合加固, 分析了试验梁主要部位的应变、滑移、裂缝分布、承载力、刚度和延性; 基于试验梁塑性破坏机理, 并考虑二次受力的影响, 推导了足尺试验梁的抗弯极限承载力计算公式。试验结果表明: 加固后试验梁的破坏形态表现为塑性弯曲破坏, 跨中横截面变形符合平截面假定; 组合加固钢板与新混凝土之间以及加固部分与原结构之间相对滑移小于0.05mm, 因此, 加固后试验梁各部分协同工作性能较好; 与未加固梁相比, 钢板-混凝土组合加固试验梁抗弯极限承载力提高了1.08倍, 钢板-预应力混凝土组合加固试验梁抗弯极限承载力提高了1.43倍, 因此, 组合加固能显著提高试验梁的极限承载力; 与未加固梁相比, 2片加固试验梁的延性系数均提高了21%, 当试验荷载为200kN时, 2片加固试验梁刚度分别提高了1.55、3.07倍, 因此, 组合加固能显著提高试验梁的刚度和延性; 与钢板-混凝土组合加固技术相比, 钢板-预应力混凝土组合加固技术对试验梁在使用阶段的承载性能和刚度的提高更加明显; 2片加固试验梁抗弯极限承载力的计算值与试验值的比值分别为0.94和0.96, 因此, 抗弯极限承载力计算公式计算精度较高, 可用于钢板-混凝土组合加固预应力混凝土空心板梁的抗弯承载性能计算与分析。      

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁极限抗弯承载力与延性

为研究圆管翼缘组合梁的抗弯性能, 进行了3根圆管翼缘组合梁静力加载抗弯破坏性试验, 分析了试验梁的抗弯破坏过程与破坏特征; 考虑混凝土损伤塑性本构及栓钉滑移与断裂, 建立了圆管翼缘组合梁非线性数值模型, 基于试验结果分析了数值模型的适用性; 以钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度与圆管管径为主要结构参数, 计算了48根正交设计的圆管翼缘数值模型组合梁的力学性能; 依据试验梁与数值模型梁的抗弯受力性能, 提出了基于简化塑性理论的圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力计算公式; 应用数值模型梁位移延性系数计算结果, 回归得到了圆管翼缘组合梁位移延性系数计算公式。计算结果表明: 数值模型组合梁与试验梁承载力比值为0.99~1.03, 挠度比值为0.87~1.09, 因此, 弯矩-挠度计算曲线与试验曲线吻合良好, 可采用数值模型组合梁准确模拟圆管翼缘组合梁的抗弯全过程受力行为; 圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力随钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度的增大而增大, 随圆管管径的改变变化较小, 位移延性系数随混凝土翼板厚度与圆管管径平方的增大呈线性增大, 随钢梁下翼缘宽度的增大呈线性减小; 不同塑性发展程度的各类模型梁位移延性系数为3.16~7.19, 体现了较好的延性; 采用极限抗弯承载力简化计算公式与圆管翼缘数值模型组合梁计算的极限抗弯承载力比值为0.91~1.09, 平均比值为0.98, 因此, 公式计算结果准确; 为使圆管翼缘组合梁具有一定延性, 建议位移延性系数大于3.5。      

考虑滑移效应的三塔结合梁斜拉桥桥面板有效宽度分析

结合梁斜拉桥拉索锚固在桥面两侧的钢主梁上,造成桥面板有效宽度分布不均匀.文中以武汉二七长江大桥为研究背景,建立典型节段的空间有限元模型,考虑钢主梁与桥面板间的滑移,计算分析了多种荷载工况下桥面板中应力分布及有效宽度,探讨了抗剪连接程度对桥面板有效宽度的影响,确定了结合梁斜拉桥最佳抗剪连接程度.     

不同连接程度板桁桥对混凝土板应力的影响

针对目前高速铁路应用较多的64m下承式板桁半结合桥,通过改变混凝土与钢桁梁之间连接刚度以及剪力键分布距离来分析比较其对混凝土应力的影响,计算表明,连接刚度的增加,混凝土板的轴向应力随之增加,但弯曲应力影响较小。通过剪力键布置间距减小,纵梁上方处混凝土板应力影响较大,而混凝土边缘以及中心线处应力影响较小。     

钢-混凝土组合试件长期推出试验与有限元分析

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程; 参考Eurocode 4中推出试验标准试件, 设计了2组试件用于长期推出试验; 分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件, 采用螺杆施加长期荷载, 测试了长期加载过程中的界面滑移、混凝土应变和钢梁应变; 同步加载测试了150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试块的长期变形, 并以此变形计算混凝土徐变系数; 对比了徐变模型对计算结果的影响, 并讨论了不同混凝土徐变模拟方法。研究结果表明: 界面滑移和混凝土应变在加载初期增长较快, 加载120 d后达到稳定状态; 栓钉试件和PBL试件的最大界面滑移分别为0.162和0.068 mm, 最大值均位于界面底部; 栓钉试件和PBL试件的混凝土最大应变分别为7.30×10-5和1.34×10-4, 最大值均位于混凝土板底部; 钢梁应变在整个试验过程中基本保持稳定, 未出现明显的应力重分布, 栓钉试件和PBL试件的钢梁最大应变分别为3.7×10-5和6.5×10-5, 最大值均位于钢梁顶部; 混凝土徐变是影响钢-混凝土组合试件长期性能的主要因素, 不同混凝土徐变模型计算所得混凝土徐变系数与测试值的偏差为60%~140%, 说明混凝土徐变模型对有限元结果影响显著; 采用指数函数拟合混凝土徐变系数测试结果的拟合误差为2.4%, CEB-FIP90模型计算所得混凝土徐变系数在加载后期与测试值的误差为3.71%, 建议无法实测时可采用CEB-FIP90模型计算混凝土徐变系数。      

高强钢-混凝土组合梁受力性能分析

为研究高强钢-混凝土组合梁中结构几何参数及材料强度对组合梁受力性能的影响,建立了14组构件在跨中两点对称荷载作用下的有限元数值模型,对其受力性能进行了分析。分析结果表明:在承载能力极限状态下,钢梁的贡献占竖向抗剪强度约77.0%;在弹性与塑性阶段,不同材料强度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为79.5%和28.0%;在塑性状态下,不同混凝土板横向配筋率和宽度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为62.1%和53.3%,不同材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率和厚度的组合梁的最小与最大纵向滑移量比值分别为25.0%、41.9%、63.2%、70.7%。可见,提高钢梁强度或增大钢梁尺寸可显著提高组合梁竖向抗剪能力;材料强度对组合梁弹性工作阶段的跨中挠度影响较小,混凝土板横向配筋率及其宽度对塑性状态下跨中挠度有较大影响;弹性工作阶段材料与几何参数对组合面滑移的影响不明显,塑性状态下材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率及厚度对纵向滑移影响较大。     

钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥钢箱长度参数研究

以钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥——318国道长桥大桥为工程实例,针对钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥的设计与构造、钢箱梁与混凝土箱梁的连接方式等特点,利用大型桥梁设计软件对实桥进行数值仿真分析．重点探讨钢箱长度参数变化下恒载与活载的力学特征,得到钢箱长度参数与反弯点位置关系的有关结论．