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.     

拱塔斜拉桥桥塔钢-混结合段空间受力分析

斜拉桥桥塔钢-混结合段结构复杂,构件众多,使得其受力状态极为复杂.以某拱塔斜拉桥的桥塔钢-混结合段为基础,利用Midas/Civil建立空间杆系模型,进行整体静力分析,确定桥塔钢-混结合段部位3种最不利荷载工况,得出其荷载和位移的边界条件.再利用大型空间有限元软件ANSYS,建立桥塔钢-混结合段三维实体模型,并进行受力分析,明确钢-混结合段处钢板和混凝土的受力性能.计算结果表明:钢-混结合段的变形较小,钢板和混凝土的应力水平较小,结构的安全储备良好.     

新型无格室钢-UHPC结合段受力性能及参数分析

为研究新型无格室钢-UHPC结合段的受力性能和传力机理,以主跨240 m的沅水特大桥主桥为研究背景,采用有限元分析方法建立了钢-UHPC结合段局部模型,分析了结构受力以及影响结构传力的构造参数。结果表明：在最不利正弯矩工况下,结构传力平顺,各部分应力基本满足要求;栓钉连接件剪力大小基本呈马鞍状分布,综合剪力最大达29.7 kN,具有一定的安全储备;承压板承担轴向荷载比例为82.34%,承担比例随着承压板厚度的增大有所提高;混凝土强度增大和UHPC顶/底板厚度增大均可减小栓钉连接件剪力;UHPC结合段能有效减小栓钉连接件滑移;结合段长度增大的同时不能有效发挥中间栓钉连接件抗剪作用。     

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。      

钢-混凝土组合箱梁徐变效应有限元分析

对在ANSYS中模拟混凝土徐变的方法进行探讨,并利用有限元分析软件ANSYS对20根钢-混凝土组合箱梁的短期和长期荷载效应进行分析计算,主要讨论混凝土强度、栓钉的布置等参数对钢-混凝土组合箱梁考虑徐变时的受力性能影响。     

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.      

大跨钢-混凝土结合梁斜拉桥传力机理

为探讨大跨结合梁斜拉桥中钢主梁与混凝土板的传力机理,采用梁段模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对观音岩长江大桥主梁的受力性能进行了研究.用有限元软件ANSYS建立标准梁段的空间有限元模型,对不同组合荷载作用下结合梁的应力分布进行了弹性分析;考虑材料的非线性特性和剪力钉荷载-滑移的非线性关系,对设计荷载组合下结合梁的力学行为进行了弹塑性分析.在此基础上,采用1:2的缩尺比例进行模型试验研究,测试了不同荷载组合下结合梁截面的应力.研究结果表明:在设计荷载组合作用下,混凝土板与钢主梁间的相对滑移较小,剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;结合梁截面应力基本满足平截面假定,钢主梁以抗弯为主,混凝土板承担较大截面压力.      

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。      

南京青奥跨江景观桥主塔钢混结合段设计

南京青奥跨江景观桥为主跨270 m倾斜双塔空间索面钢箱梁斜拉桥,桥塔采用上部钢塔柱、下部混凝土塔柱组合成的椭圆形混合塔,上下塔柱采用设置焊钉及开孔板连接件的有格室后承压板式结合段连接。为确保结合段设计合理,考虑钢-混凝土相对滑移和接触,文章建立全塔实体-板壳空间有限元模型,计算分析塔柱应力、连接件受力等,可为类似工程提供借鉴。     

空气弹簧模型对铁道车辆动力学性能的影响

建立了空气弹簧等效模型、线性模型与非线性模型,分析了3种模型对车辆直线平稳性和曲线通过安全性的影响.研究结果表明:在计算车辆直线垂向平稳性时,空气弹簧等效模型计算精度较差,而空气弹簧线性模型和非线性模型计算精度较高;由于空气弹簧线性模型比非线性模型简单,建议在计算直线垂向平稳性时优先采用空气弹簧线性模型;在计算车辆曲线通过安全性时,空气弹簧非线性模型能反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较高;由于模型自身的局限性,空气弹簧线性模型和等效模型无法反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较差,因此,建议在计算曲线通过安全性时采用空气弹簧非线性模型.     

钢纤维混凝土桥面铺装疲劳性能试验研究

为研究＂剪力件＋钢筋网＋普通混凝土＂和＂剪力件＋钢纤维混凝土＂2种桥面铺装方案的抗疲劳性能,设计了5个桥面铺装结构模型,探讨了钢纤维、钢筋网、剪力件间距等对混凝土桥面铺装疲劳性能的影响规律.试验表明：剪力件间距对试件疲劳受力性能影响不明显;钢纤维混凝土结合剪力件的铺装方案克服了钢筋网难以定位的弱点,其抗疲劳性优于普通混凝土铺设钢筋网的铺装方案,且钢纤维能很好的限制混凝土中微裂缝的形成与发展.建议可以在混凝土桥面铺装层中取消钢筋网,而采用钢纤维混凝土结合剪力件的桥面铺装方案.     

钢锚箱竖向应力分布及剪力钉受力分析

近年来在大跨径斜拉桥建设中,混凝土索塔钢锚箱锚固方式得到了广泛应用,钢锚箱通过剪力钉和塔壁混凝土相连．斜拉索直接锚固在钢锚箱上。本文在考虑剪力钉多种剪切柔度的基础上对钢锚箱竖向应力分布及剪力钉竖向受力进行分析,并用简化方法对剪力钉横向水平受力进行了分析。     

Internal Force Distribution in Steel-Concrete Composite Structure for Pylon of Cable-Stayed Bridge

Adopting a steel-anchor beam and steel corbel composite structure in the anchor zone on pylon is one of the key techniques for the design of Jintang bridge, a cable-stayed bridge in Zhoushan, China. In order to ensure the safety of the steel-concrete composite structure, a stud connector model for the joint section was put forward. Experiments were conducted to obtain the relation between load and slip of specimen, the failure pattern of stud connector, the yield bearing capacity and ultimate bearing capacity of a single stud, etc. The whole process of the structural behavior of the specimen was comprehensively analyzed. The features of the internal force distribution in the steel-concrete composite structure and the strain distribution of stud connector under different loads were emphatically studied. The test results show that the stud connector is applicable for the steel-concrete composite structure for pylon of Jintang bridge. The stud has a good ductility performance and a obvious yield process before its destruction. The stud connector basically works in a state of elasticity under a load less than the yield load.     

隔震曲线梁桥的地震响应

根据隔震曲线梁桥的特点,利用两个正交的非线性水平弹簧单元来模拟铅芯橡胶支座的双向非线性特性,基于大型有限元分析软件SAP2000,选取强震记录作为地震输入,考虑了曲线梁桥自身特性的影响,建立了隔震与无隔震曲线梁桥的空间有限元模型,并进行了双向地震动作用下的地震响应分析.结果表明：铅芯橡胶支座不仅可以有效地降低曲线梁桥的地震响应,还有助于减少曲率半径对曲线梁桥地震响应的影响.为曲线梁桥减隔震设计的深入和桥梁结构抗震安全性的提高提供了依据和参考.     

基于MIDAS/Civil的既有桥梁温度应力有限元分析

温度应力是大型桥梁结构开裂的重要影响因素之一。以既有典型桥梁为背景,参考我国公路桥梁设计规范,采用通用有限元程序MIDAS/Civil对该桥温度效应进行仿真分析,得到截面温度梯度和体系温变对该桥应力的影响规律,然后将截面温度梯度和体系温变进行线性组合,探讨它们对大桥内力的影响,并与实际检测的桥梁裂缝分布进行对比。同时,从理论角度计算得到跨中截面最大的弯矩与软件计算结果甚为接近,从而验证了软件计算的合理性,其有限元模拟得到的结论对该桥的维修加固及同类型桥梁的结构设计具有一定参考价值。     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

高墩大跨连续刚构桥的温度效应研究

为了研究高墩大跨连续刚构桥在温度荷载作用下的影响,以实际桥梁工程为背景,建立其数值分析计算模型,分别考虑了我国公路桥梁设计规范、英国BS-5400规范和日本规范三种不同规范的温度荷载模式.通过对关键截面的应力水平、挠度变化进行对比研究,结果表明,不同设计规范的温度荷载模式对高墩大跨连续刚构桥的力学行为特征引起差异较大.     

后张预应力孔道对桥梁横截面力学特性影响

从PC桥梁力学行为入手,通过数值分析的方法,分析PC桥在不同横向受力状态下箱梁截面应力分布的规律及受力特性,研究预应力孔道对PC桥梁截面受力特性的影响,从而为该类桥梁箱梁开裂等问题的对策研究提供理论依据。     

碳纤维加固混凝土结构的剪滞理论分析

带裂缝混凝土的拉伸破坏机理比较复杂,目前尚无合适或简便的力学模型和研究方法。借鉴复合材料力学分析方法,采用一种有限子层剪滞模型,并结合线弹性断裂力学,来分析带裂缝混凝土加固前后的应力分布,可为混凝土的破坏分析提供一种新的研究思路,也提供了一种新的关于结构解析解的研究方法和途径。