移动荷载作用下简支钢-混结合梁的动力响应分析

考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,对钢-混结合梁基本动力方程进行推导,采用分离变量法得到简支结合梁自振频率与振型的解析解,利用正交条件,得到移动荷载作用下结合梁动力响应的表达式。将结合梁的自振频率以及移动荷载作用下的动力响应的理论分析结果与实测结果进行对比分析,结果吻合良好。分析结果表明:由于柔性抗剪连接件的存在,结合梁中钢梁与混凝土板之间发生相对滑移,其移动荷载作用下的振动方程形式更为复杂,表现出与普通梁不同的动力特性。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

混凝土板分段浇筑的曲线结合梁施工阶段受力性能研究

为了对钢-混凝土曲线结合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,进行了混凝土浇筑过程中简支曲线结合梁的模型试验,采用ANSYS有限元计算软件分析了栓钉连接件时变抗剪强度对模型梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明:从一端向另一端分段浇筑混凝土板时结合梁的应力和变形均比一次性整体浇筑时小,且沿梁轴不对称;自各节段之间的浇筑时间间隔为6h起至7d之内,均应计入钢梁与混凝土板之间的早期组合作用,且需考虑这种组合作用随混凝土龄期而增长的时变特性。在对混凝土板浇筑过程中的结合梁进行受力分析时,必须考虑已浇好硬化的梁段中钢梁与混凝土板结合面上的相对滑移,否则会使计算结果偏于不安全,出现工程安全隐患。     

考虑剪切变形的钢-混组合梁动力特性解析解

考虑混凝土板和钢梁的剪切变形以及两者分界面处的相对滑移的影响，推导了钢-混组合梁包含黏性阻尼的运动微分方程，得到了其自振特性的解析表达式，并讨论了振型的正交性。分析模型中采用更加符合钢-混组合梁运动状态的子梁独立剪切角假设，提高频率的计算精度。对比分析该理论、子梁相同剪切角假设的Timoshenko组合梁理论、Euler-Bernoulli组合梁理论、Ansys数值分析和试验测试结果。结果表明：提出的理论计算模型比其他两种理论计算模型的精度更高；剪切变形对钢-混组合梁动力性能的影响不可忽略，且混凝土板和钢梁的剪切角不可假定为相等的。     

钢-混凝土双面组合连续梁自振特性研究

对钢-混凝土双面组合连续梁的自振特性进行分析研究。分析中分为三种特定工况:工况一和工况二假设钢梁与混凝土完全组合,但工况二内支座处上混凝土板受拉开裂;工况三假设上混凝土板受拉开裂,且考虑钢梁与混凝土板间的滑移效应。采用平面梁的集中质量法和三维有限元模拟分析分别得到了一两跨钢-混凝土双面组合连续梁模型在三种工况下的自振频率及振型,二者吻合良好。     

栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性影响研究

设计6片钢—混凝土结合梁,从理论分析、试验和数值模拟3个方面,研究栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性的影响.结果表明:在常见的栓钉布置情况下,钢梁与混凝土板的界面存在滑移,二者变形不同步,振型存在明显相位差;随着栓钉连接件抗剪刚度的降低,结合梁整体刚度明显下降,与不考虑界面滑移的结合梁相比,完全连接和部分连接(连接度为60％)结合梁的刚度分别降低39％和48％,相应的1阶竖向自振频率分别降低22％和29％;栓钉连接件的抗剪刚度越小,结合梁的刚度折减越大,但各阶自振频率对应刚度的折减程度不同;少量的栓钉损伤对梁的竖向自振频率影响不明显.由于结构的基频对其冲击系数影响很大,因此在结合梁的动力性能分析及冲击系数计算中,应考虑栓钉连接件刚度的影响.     

钢—混凝土组合梁开孔板连接件抗剪承载力计算研究

为研究开孔板连接件的受力性能,建立其抗剪承载力计算方法。设计制作6个推出试件,完成单调加载试验。试件的变化参数为开孔孔径、板厚和孔洞个数,并研究分析各试验参数对开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移特性、受剪承载力和刚度的影响,以及横向贯通钢筋应变随荷载变化规律。研究结果表明:开孔板连接件具有很好的延性;各个试件的破坏形态大致相同,破坏时钢梁与混凝土板出现明显相对滑移,钢梁上段与混凝土板分离,混凝土板发生劈裂破坏;孔洞直径和孔洞个数是影响开孔板连接件抗剪承载力和刚度的重要因素;通过对试件在受荷初期的荷载-滑移曲线分析,定义开孔板连接件的抗剪刚度。最后,分析对比国内外开孔板连接件抗剪承载力计算公式。基于49个模型试验提出了新的开孔板连接件抗剪承载力的计算公式,该式考虑因素全面,物理意义明确,与试验结果吻合良好。     

城市交通系统中宽扁梁结构的自由振动分析

为研究城市交通系统中宽扁梁的动力性能,由明德林(Mindlin)板理论退化得到板梁的控制方程,并推导出两端简支和两端固支板梁的自由振动特征方程,然后分别求解其自振频率和模态,并将计算结果与铁木辛科(Timoshenko)梁、Mindlin板的结果进行对比,总结板梁方程的梁宽适用范围并考虑泊松比对宽梁自由振动的影响。分析表明:相较Timoshenko梁方程,板梁方程更贴近Mindlin板的计算结果,尤其是前5阶自振频率,更适于较大泊松比的宽梁结构动力分析。     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

钢—混凝土结合梁在温度作用下的响应分析

在钢－混凝土结合梁中，温度作用通常包括三种形式，即：变温，温差和温度梯度，这些温度使用有时可能导致钢－混凝土结合梁中产生较大的温度应力，故必须引起足够的重视，本文在五个基本假设的基础上，综合考虑微段的平衡条件和钢梁与混凝土板之间的变形协调条件，推出了钢－混凝土结合梁在沿梁截面高度方向线性分布的温度梯度作用下，考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响时的内力，相对滑移和位移计算公式。然后根据芜湖桥初步设计方案，取上层公路桥面系中的一个钢－混凝土组合截面，按照剪力钉沿纵向全梁均匀分布和沿纵向分段均匀分布（梁端部附近剪力钉分布较密，其他地方剪力钉分布较稀）两种布置方案，计算了钢混凝土结合梁在温差作用及温度梯度作用下的响应，得到了一些有价值的结论。文中给出的公式和结构芜湖桥桁梁结合梁设计参考。     

曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)为参数,对2片钢-混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究,得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:在负弯矩与扭矩共同作用下,曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低;切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

下承式钢桁结合梁在双线对称荷载作用下的近似解

下承式钢桁结合梁桥是适合高速铁路的桥梁结构形式之一,由于受力复杂,难以直接确定其在荷载作用下的精确解析解.本文根据下承式钢桁结合梁的变形特征,将其进行连续化处理, 等效为闭口薄壁组合箱形梁.然后用势能驻值原理导出下承式钢桁结合梁考虑桥面系钢纵梁-混凝土板相对滑移、横梁竖向变形的影响和混凝土板剪滞效应的控制微分方程.根据结构在双线对称荷载作用下的受力特点,假设等效闭口薄壁组合箱形梁的位移函数,求出下承式钢桁结合梁的近似解.利用本文方法对一个4节间简支下承式钢桁结合梁试验模型进行结构的位移和应力计算.通过将本文解与试验结果对比,说明本文公式的正确性.     

混合梁桥钢梁与混凝土梁连接研究

研究目的:国内外已建混合梁桥的钢梁与混凝土梁都是通过专门设计的钢混结合段进行过渡连接,各个桥梁的钢混结合段构造形式差异大,如何确保连接构造的合理、安全和可靠,以及关于钢混结合段的力学行为、设计理论和计算方法等方面都存在一些亟待解决的问题。研究结论:在轴压荷载作用下,钢混结合段中剪力件和核心混凝土柱承受的力大小与它们各自的刚度成正比;钢混结合段的仿真计算,应按不同计算目的,选择如弹簧模型、不考虑粘结滑移的实体模型、考虑滑移及混凝土压碎开裂的实体模型等不同层次的分析模型进行计算。本文根据混合梁桥钢梁与混凝土梁连接的本质要求,提出了一种无结合段、将混凝土梁的纵向钢筋直接锚固在承压板端部的连接形式,该连接具有构造简单、受力明确等优点。     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。     

郑州黄河公铁两用桥连续钢桁结合梁施工设计

郑州黄河公铁两用桥首次采用斜桁结构,无纵横梁、无平联混凝土板结合桥面及多横梁、无纵梁正交异性整体钢桥面。其主桥分两联布置,第一联为六塔连续钢桁结合梁斜拉桥,第二联为连续钢桁结合梁桥,钢桁结合梁是桥梁关键技术。介绍第二联连续钢桁结合梁主桁、公路与铁路桥面系结构,分析其施工设计特点和技术优势。利用有限元程序对钢桁结合梁结构进行空间静力分析,提出架设钢梁、安装公路混凝土桥面板、浇筑结合部位微膨胀混凝土,最后形成结合梁体系的施工方案。     

高速铁路大跨度混合梁连续刚构设计关键技术研究

广湛高铁采用(109+2×200+109) m混合梁连续刚构跨越西江主航道,主梁采用预应力混凝土梁+钢混结合梁的混合梁形式,与预应力混凝土连续刚构相比,减轻了结构自重,降低了主梁弯矩和剪力,提高了桥梁跨越能力;跨中采用钢混结合梁,减小了因混凝土收缩徐变对结构后期变形的影响,改善了结构受力和高速行车条件。钢混结合段为钢主梁与预应力混凝土主梁的连接构造,是混合梁桥关键传力部位,根据刚构桥的钢混结合部受力模式,设置于主梁受力较小位置,采用有格室后承压板式结合部构造。通过对钢梁截面分析比选,采用符合结构受力特点、经济性较好的槽形钢箱混凝土结合梁,并对槽形钢梁超高腹板稳定性、空腹桁架式横隔板构造等关键技术进行研究。建造方案推荐采用挂篮悬臂浇筑混凝土梁,钢梁采用整体吊装安装,混凝土桥面板采用分块预制,可有效保证施工工期。     

商合杭高铁钢-混凝土连续结合梁设计

商合杭高铁跨越茨谷河采用5×50 m钢-混凝土连续结合梁,该型梁应用于时速350 km高速铁路无砟轨道属我国首次。在静力计算方面,主要对活载动力系数、计算模型及内力放大系数、混凝土桥面板及钢梁有效宽度、负弯矩区处理等进行分析;在动力性能方面,通过对车桥耦合动力仿真各项指标进行把控,保证了5×50 m钢-混凝土连续结合梁具有良好的静动力性能,可为类似结构提供参考借鉴。     

考虑纤维取向的自密实混凝土梁抗弯性能分析

为了探究自密实混凝土中钢纤维取向分布对梁抗弯性能的影响,考虑纤维在梁中的取向分布,提出了一种能够模拟钢纤维自密实混凝土梁力学性能的数值模拟方法。首先,结合流体动力学软件CFX和Matlab编程,对钢纤维自密实混凝土梁的浇筑过程进行模拟;然后,基于混凝土梁浇筑模拟得到的钢纤维取向,并考虑钢纤维的粘结滑移作用,采用有限元软件FINAL对钢纤维自密实混凝土梁进行数值计算。通过与三点弯曲试验结果进行对比,对提出的数值模拟方法进行验证,同时采用该方法进行了参数化分析。