组合梁负弯矩区UHPC接缝有限元分析研究

针对连续组合梁桥负弯矩区桥面板易开裂的问题, 提出了新型钢-混组合梁负弯矩区 UHPC (Ultra-High Performance Concrete) 接缝方案。 使用 Abaqus 有限元软件对试验梁的加载过程进行模拟, 并验证了有限元建模方法的正确性, 分析了 UHPC 层内配筋率、 UHPC 龄期及钢梁下翼缘钢板厚度对结构抗弯性能的影响。 研究结果表明, 新型钢-混组合梁负弯矩区 UHPC 接缝结构具有技术先进性, 配筋率的增大可提高组合梁 UHPC 接缝结构的抗弯能力, UH? PC 龄期的变化主要影响抗裂性能, 而钢梁下翼缘厚度的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显; 为充分发挥钢筋的受拉作用, 提高结构的极限承载力, 须采取一定措施防止钢梁提前屈曲。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区局部屈曲分析

侧向弯扭屈曲均为钢-混凝土组合梁负弯矩区重要屈曲模式,本文利用工形钢-混凝土组合梁中钢梁腹板在纵向线性分布应力作用下对钢梁下翼缘的侧向约束刚度计算公式,结合能量法推导了工形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的弯扭屈曲应力计算公式,并进一步获得了相应的屈曲弯矩。通过实例分析表明:现有计算方法存在一定理论缺陷,其计算结果偏差较大,计算方法更为合理。同时所得计算公式形式非常简洁,适于工程应用。     

混合设计的高性能钢梁抗弯性能试验

采用两点加载的方式,对3片混合设计的高性能HPS 485 W工字钢梁进行抗弯性能试验,分析了截面几何参数对试验梁抗弯承载力、弹塑性变形和破坏形态的影响。结合跨中单点加载的试验结果,对比分析了不同加载方式对试验梁抗弯承载力的影响,建立了能够准确模拟试验梁抗弯过程的有限元模型,在非厚实截面范围内对混合设计的高性能钢模型梁进行了关键参数的数值分析。分析结果表明：对两点加载的试验梁,抗弯破坏形态为纯弯段区出现受压翼缘与受压区腹板的局部屈曲;随着翼缘宽厚比的降低,钢梁的塑性转动能力明显提高;随着腹板高厚比的增加,钢梁的抗弯强度和延性均会降低;对相同几何尺寸的模型梁,加载方式改变时,钢梁的抗弯过程相似,但控制钢梁失效的破坏形态不同;对混合设计的钢梁,建议腹板与翼缘材料强度等级差不大于2个强度等级。     

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。     

钢-混连续组合梁负弯矩区处理方法研究

钢-混组合梁具有自重小、抗震性能好且用钢少、刚度大饶度小特点,钢-混连续组合梁与简支组合梁相比,可以提高负载能力,增强刚度,增大应用跨度。但其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况,通过介绍钢-混连续组合梁桥负弯矩区的设计处理方法,比较了各种方法对减小负弯矩区内混凝土桥面板的拉应力,从而限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用。并最终达到改善了负弯矩区桥面板的受力性能,确保结构的耐久性和使用性能。     

双面组合连续梁桥施工阶段模拟分析

钢-混组合梁桥因其自重轻、刚度大得以在世界范围内迅速发展,但钢-混组合连续梁桥中负弯矩区会出现钢梁受压,混凝土受拉的不利情况。通过在负弯矩区钢箱梁内浇筑混凝土,形成双面组合梁可以明显改善这一问题。以一座钢-混双面组合连续梁桥为研究背景,运用MIDAS FEA建立精细化有限元模型模拟该实桥的施工阶段。研究结果表明:双面组合连续梁桥能够有效提高结构的刚度,减小钢梁的受力和提高负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性。     

连续钢混组合梁负弯矩区处理措施

钢混组合梁有承载力高、抗震性能好、方便施工、缩短工期、节省材料且便于安装管线等优点,在各地桥梁建设中已经大量应用。但在使用过程中,连续钢混组合梁在负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况,造成混凝土开裂,导致组合梁刚度降低和耐久性下降。总结归纳了多种连续钢混组合梁负弯矩区的处理措施,包括预加荷载法、支座预顶升法、施加预应力法、配筋限制混凝土裂缝宽度法、后结合预应力混凝土桥面板法、钢梁底板浇注混凝土法、增强钢混结合强度法,为改善该类桥梁负弯矩区的设计和施工提供了借鉴和参考。     

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.      

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。      

钢混凝土连续组合梁负弯矩区抗裂设计优化研究

虽然钢混凝土连续组合梁桥在支座处负弯矩区混凝土桥面板处施加了预应力,但仍然存在桥面板拉应力过大导致混凝土开裂的问题。为解决这一难题,以山东省广饶县小清河特大桥2 号主桥为例,在对钢混凝土连续组合梁桥的设计难点及其相关技术措施进行评价的基础上,基于部分组合技术及桥面板混凝土分步浇筑技术,对钢混凝土连续组合梁桥的支座处负弯矩区的受力性能进行优化设计。基于Midas Civil 有限元模型,重点对该组合梁桥负弯矩区的抗裂性、支点反力及全桥刚度进行研究。研究结果表明:同时使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板始终受压;仅采用部分组合技术或桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板受到拉应力作用,且拉应力较大。由此可知,综合使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,可以有效降低钢混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力,防止混凝土桥面板开裂,改善桥梁耐久性。     

考虑混凝土损伤的双面组合连续梁挠度和裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合连续梁负弯矩区上混凝土板受拉会产生裂缝。利用ANSYS有限元软件,考虑了混凝土的拉应变软化特性,对钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行数值模拟分析,得到了上混凝土板裂缝分布和宽度。将计算结果与实测结果进行比较,验证了该模型的有效性。通过变换下混凝土板厚度和混凝土极限拉应变值,分析其对双面组合梁挠度和裂缝的影响;采用最小二乘法,对荷载-挠度;荷载-最大裂缝宽度曲线进行拟合,得出相应的计算公式。     

组合效应对腹板削弱型梁柱节点的影响

采用数值模拟方法分析了混凝土楼板组合效应对钢框架腹板开圆孔削弱型梁柱节点的影响,着重讨论了节点承栽力、弹塑性阶段的应变分布、梁塑性区的产生和扩展情况,并与未考虑组合效应此类节点的性能进行了对比．削弱截面与柱的距离和削弱半径是重要的削弱参数,决定了腹板削弱型节点塑性区的扩展特征．研究结果表明,组合效应对腹板开圆孔削弱型梁柱节点区域的应变分布和塑性区扩展影响显著,其削弱参数的确定须充分考虑楼板组合效应．     

钢-活性粉末混凝土组合梁的极限承载力

对于连续体系的钢-普通混凝土组合梁,处于负弯矩区的混凝土桥面板由于抗拉强度低,极易受拉开裂,导致组合梁的强度与耐久性下降.针对这一问题,提出了采用超高强度、高耐久性、高韧性且体积稳定性良好的活性粉末混凝土（RPC）材料代替普通组合梁中的混凝土桥面板,并根据RPC材料的本构关系及抗拉强度高的特点,确定以临界开裂状态作为这种新型钢,RPC组合梁的正截面破坏模式,推导了极限承载力计算公式,并对组合截面中RPC板与钢梁的高度比、宽度比、RPC板中的配筋率进行了参数影响分析.结果表明：钢-RPC组合梁与同条件的普通组合梁相比,在保证负弯矩区桥面板不开裂的情况下,极限承载力仍有所提高,并且结构的抗裂性、刚度和耐久性都可得到极大改善.     

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。     

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.      

考虑剪力滞效应的钢-混凝土结合梁位移闭合解

基于传统初等梁理论假设钢-混凝土结合梁的应力沿宽度呈均匀分布,而考虑剪力滞后效应影响,混凝土板和钢梁上、下翼板的应力沿宽度呈近似抛物线的分布状态.为了准确地估计钢混凝土结合梁的应力状态,对混凝土板和钢梁翼板分别取不同的剪力滞翘曲位移函数,运用势能变分原理,推导了钢混凝土结合梁考虑剪力滞效应的控制微分方程,并求出了其闭合...     

预制玻璃钢-砼复合路面板的静力性能研究

探索在新建砼路面板上粘贴一层玻璃纤维布,避免砼路面板过早的破损.采用有限元软件ANSYS对一粘贴玻璃纤维布的素砼薄板进行计算分析,并与模型试验数据进行对比.结果表明:与同样尺寸和材料素砼对照板比较,粘贴了玻璃纤维布的复合板其开裂荷载有较大幅度的提高.在同样的荷载等级作用下,复合板的挠度也有明显的减少.此外,玻璃纤维布的应用可大大减少钢材用量,节省工程造价,具有良好的经济效益和应用前景.     

预制玻璃钢-砼复合路面板的静力性能研究

探索在新建砼路面板上粘贴一层玻璃纤维布，避免砼路面板过早的破损．采用有限元软件ANSYS对一粘贴玻璃纤维布的素砼薄板进行计算分析，并与模型试验数据进行对比．结果表明：与同样尺寸和材料素砼对照板比较，粘贴了玻璃纤维布的复合板其开裂荷载有较大幅度的提高．在同样的荷载等级作用下，复合板的挠度也有明显的减少、此外，玻璃纤维布的应用可大大减少钢材用量，节省工程造价，具有良好的经济效益和应用前景．     

钢-混凝土组合梁翼板开裂的影响因素及控制方法研究

在钢-混凝土连续组合梁的负弯矩区,由于混凝土板受拉,使翼板容易开裂,造成耐久性下降。在大量调研的基础上,对组合梁负弯矩区混凝土翼板开裂的影响因素及开裂控制方法进行归纳和总结,对组合梁裂缝宽度的计算公式进行比较分析,可为组合梁负弯矩区开裂及控制方法研究提供理论依据。     

温湿变化对三塔结合梁斜拉桥徐变效应的影响研究

根据欧洲混凝土规范CEB-FIP 1990徐变计算公式,运用VB语言编写了考虑温湿度变化的徐变系数计算程序,嵌入武汉二七长江大桥有限元模型中,研究温湿度变化环境下主梁的变形和内力变化特征,获得温湿变化对三塔结合梁斜拉桥徐变效应的影响作用.研究结果表明：温度升高,混凝土徐变增大,钢主梁长期挠度也增大;相对湿度增加,混凝土徐变减小,钢主梁长期挠度也减小;一季度温度较低、湿度较大,温湿度同时变化时混凝土徐变较小,此时吊装混凝土桥面板引起的钢主梁挠度和应力值也较小,可见混凝土桥面板的吊装宜选择在温度低、湿度大的季节进行.