带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

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。      

钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。     

钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应综述

为深化对钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应的认识, 从施工阶段水化热温度作用与效应计算, 运营阶段温度作用模式与取值, 以及温度效应计算方法等方面, 综述了国内外研究现状, 探讨了后续的研究重点和方向。研究结果表明: 现浇组合梁桥施工阶段水化热温度作用是桥面板早期开裂的重要原因, 准确计算组合梁水化热温度效应的关键在于选取更为准确适用的水化热模型和考虑温度变化对混凝土硬化过程中弹性模量、抗拉强度以及剪力钉连接刚度发展的影响; 运营环境下组合梁桥主要考虑均匀温度、正负温度梯度等3种温度作用模式, 由于不同国家气候环境的差异及研究历程的不同, 各国规范关于组合梁桥温度作用模式和取值的规定尚不统一, 温度梯度作用的取值并非基于统计分析方法得到, 在取值时亦未充分利用已有历史气象数据资源; 组合梁桥温度效应的计算多基于有限元数值模拟展开, 求解组合梁温度效应的解析计算方法也逐渐准确化, 钢-混界面关系已从不考虑界面滑移发展到考虑界面滑移, 温度分布模式从简单的钢-混均匀温差发展到钢与混凝土任意温度分布, 但还应加强建立任意边界组合梁温度效应求解的理论模型; 组合梁桥温度问题研究的未来发展方向应集中在开展基于效应分类的组合梁温度作用模式研究, 从机理上加强对组合梁温度自生效应和次生效应的认识, 加强组合梁桥长期温度实测, 基于统计分析确定组合梁温度作用代表值; 同时充分利用中国各地区气象部门历史气象数据, 开展组合梁温度作用地域差异性取值研究。      

大跨度组合梁斜拉桥极限承载力影响因素

为探讨斜拉索断裂、组合梁界面相对滑移和桥面板剪力滞效应对结构极限承载力的影响,以在建的重庆江津观音岩组合梁斜拉桥为工程背景,考虑结构的几何非线性、材料非线性、体系转换、位移和应力的累积效应,按第二类稳定理论对桥梁全过程极限承载力进行了研究.结果表明,考虑斜拉索断裂、组合梁界面相对滑移和桥面板剪力滞效应的影响后,结构承载力安全系数最大变化分别达23.0%,19.0%和42.4%;斜拉索断裂对极限承载力的影响是一个先增大再逐渐减小的过程,而界面滑移和桥面板剪力滞效应对结构极限承载力的影响主要表现在短悬臂阶段.     

焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力简化计算方法

为预测界面焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力, 考虑了焊钉锈蚀后其抗剪强度与混凝土黏结强度和有效面积降低对焊钉抗剪承载力的劣化影响, 提出焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度和锈蚀焊钉抗剪承载力系数的概念及其计算公式; 基于塑性简化计算假定, 采用焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度对其抗弯承载力进行折减, 建立了焊钉锈蚀后组合梁正负弯矩区抗弯承载力计算模型, 分析了23根组合梁抗弯承载力试验结果, 验证了计算模型的有效性。试验结果表明: 在焊钉锈蚀率低于10%时, 试验梁正负弯矩区抗弯承载力的试验值与提出公式的理论计算值非常接近, 其中正弯矩区试验值与计算值的平均比值为1.00, 变异系数为0.04, 负弯矩区二者平均比值为1.01, 变异系数为0, 由此可见, 计算结果与试验结果吻合较好。简化计算方法可用作界面焊钉锈蚀率较小情况下钢-混组合梁抗弯承载力定量和定性分析。      

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明：钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.     

钢-混凝土组合箱梁力学分析

提出一种钢-混凝土箱型截面组合梁结构,应用力法计算钢-混凝土箱型截面组合梁的内力,给出负弯矩区的刚度与其长度的关系.连续组合梁是变刚度截面,按弹性分析法给出正负弯矩区的抗弯刚度.对组合梁截面承载力进行分析,得出组合截面弹性极限抗弯承载力与塑性极限抗弯承载力.     

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。     

带混凝土翼板的圆管上翼缘钢-混凝土组合梁抗弯性能

考虑不同加载方式与下翼缘宽度, 对3根带混凝土翼板的圆管翼缘钢-混凝土组合梁进行抗弯性能试验, 分析了试验梁的抗弯承载性能与破坏形态; 基于试验梁的抗弯特征, 推导了组合梁屈服弯矩和极限弯矩简化计算公式。研究结果表明: 试验梁均发生典型的塑性弯曲破坏, 稳定性良好; 达到极限承载力时, 梁端处上翼缘钢管与混凝土翼板相对滑移均小于0.43 mm, 试验梁体现了良好的协同工作性能; 随下翼缘宽度的增加, 试验梁刚度与承载力增大, 对于下翼缘宽度分别为150、260、300 mm的试验梁, 其屈服弯矩的比值为1∶1.44∶1.55, 极限承载力的比值为1∶1.31∶1.40;随着试验梁承受弯矩的增大, 当中性轴上升至混凝土翼板时, 钢管混凝土处于受拉状态, 可不考虑钢管与内填混凝土的套箍效应, 而当塑性中性轴位于上翼缘钢管混凝土内时, 可不计入该套箍作用对极限抗弯承载力的影响, 但其可促进延性的继续发展; 试验梁的位移延性系数均大于3.35, 延性较好; 屈服弯矩、极限弯矩理论计算值与试验值的比值分别为1.02~1.04、0.96~1.03, 吻合良好, 因此, 所出提出的简化理论计算公式简单、可靠。      

部分剪力连接钢-混凝土简支组合梁的滑移性能分析

对受均布荷载作用的部分剪力连接钢-混凝土简支组合梁的滑移性能——滑移应变、滑移及曲率进行了理论分析,得出它们的分布规律以及它们与剪力连接程度系数之间的关系。结果与结构在弹性阶段的试验结果吻合良好,与有限元法的分析结果一致。     

钢板 -混凝土组合梁极限抗弯承载力计算方法研究

为研究钢板-混凝土组合梁的受力性能,对2片带肋钢板-混凝土组合梁和1片普通钢筋混凝土梁进行了负弯矩区段的试验研究分析以及极限抗弯承载力计算方法的探索。试验表明,钢板-混凝土组合梁在抗弯承载力、刚度上表现良好。提出的钢板-混凝土组合梁极限抗弯承载力弹性-塑性相结合的计算方法,计算值与试验值较吻和。     

考虑剪切滑移效应的组合梁等效刚度分析

钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢-混凝土组合梁变形增大。基于弹性理论,在考虑剪切滑移效应情况下,建立了钢-混凝土组合梁刚度计算的解析方法,计算组合梁任意截面的等效刚度。研究表明:截面等效刚度受到拴钉剪切刚度、剪切滑移的影响;在拴钉间距较大时,组合梁刚度和折减刚度之间有不可忽略的差值。按此方法算得的组合梁挠度值与试验结果吻合较好。     

预应力组合梁变形的解析计算

预应力组合梁结构是对组合梁施加预应力,其特点是可以节省钢材,减轻自重,降低结构高度,增大承载力,提高构件的屈服荷载,增大了截面刚度,在相同荷载作用下减小了变形。由于预应力组合梁具有的预应力效应,引起组合梁的偏心受压;同时组合梁界面存在相对滑移,预应力等效荷载作用必定产生初始剪切滑移现象。因此预应力组合梁受力全过程存在一定挠曲-滑移非线性问题。     

钢-ECC/UHPC组合梁负弯矩区力学性能研究

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元分析方法对比了不同类型混凝土的应变、裂缝扩展与分布特点,分析了混凝土类型和配筋对钢-混组合梁破坏形态、承载能力与变形能力影响规律。研究结果表明：钢-混组合梁在负弯矩作用下整体协同工作性能良好,破坏形态均为弯曲破坏;ECC和UHPC裂缝呈现纤细的特点,ECC尤为明显;与钢-NC组合梁相比,钢-ECC组合梁和钢-UHPC组合梁的开裂荷载分别提高了2.00和2.75倍,抗弯刚度分别提高了17.23%和35.73%,抗弯承载力分别提高了9.00%和6.81%,表明UHPC抗裂能力更强,可以有效改善钢-混组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,ECC与UHPC代替NC可以提高钢-混组合梁的抗弯刚度和承载力;配筋与无筋钢-UHPC组合梁的开裂荷载和前期刚度无显著差异,无筋钢-UHPC组合梁破坏时形成贯通裂缝,其承载力相比配筋钢-UHPC组合梁下降了13....     

考虑界面相对滑移的钢-混凝土组合梁力学性能分析

根据钢和混凝土的应力应变关系,提出该组合梁考虑钢与混凝土界面相对滑移的力学性能分析方法,并由此编制计算分析程序,求解竖向集中荷载作用下组合梁的承载力、荷载-挠度曲线以及钢与混凝土的相对滑移分布,并通过与试验对比,表明按该文分析方法得出的结论与试验吻合较好。     

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

钢与轻骨料混凝土组合梁剪力连接件非线性分析

本文运用ANSYS有限元软件分别建立三种剪力连接件形式的钢与轻骨料混凝土组合梁模型进行非线性分析。分析了三种不同剪力连接件的应力分布变化规律,同时对不同剪力连接件形式下的钢与轻骨料混凝土组合梁的交界面滑移规律进行分析。为以后的组合梁研究工作奠定了基础,并方便了日后的设计工作。     

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.