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。     

钢-混凝土简支组合箱梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及冲击系数研究

由于钢-混凝土组合箱梁桥比同跨度的混凝土梁桥要轻,因此在车辆荷载作用下,车桥动力相互作用更加明显。为了更精确地分析其动力响应及冲击系数,采用ANSYS软件建立了钢-混凝土简支组合箱梁桥的车桥有限元模型,分析了不同车辆荷载作用下简支组合箱梁桥的动力特性;根据简支梁跨中的最大动位移与最大静位移之比,计算了不同结构参数下钢-混凝土简支组合箱梁桥的冲击系数。结果表明：在常见速度范围内,车辆过桥速度对冲击系数的影响总体呈上升趋势;对于同等跨度桥梁,双轮荷载激起的桥梁最大跨中挠度和冲击系数均比单轮荷载作用时小,但前者引起的跨中最大加速度远大于后者,且这种现象随荷载过桥速度的增大而明显。说明对于质量相对较轻的公路钢-混凝土组合箱梁桥,在冲击系数的确定中应考虑较高速度下不同车辆模型的影响。     

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。     

受火后钢筋混凝土连续T形梁承载力试验研究

为探讨受火冷却作用对混凝土连续梁承载力的影响,对3根钢筋混凝土连续T形梁的承载力进行了试验研究,并用有限元法对试验结果进行了参数分析,提出了受火冷却后钢筋混凝土连续梁极限荷载的简化计算方法.结果表明:受火冷却后,钢筋混凝土连续T形梁的跨中屈服荷载、极限荷载和刚度均下降,承载力降幅明显低于刚度降幅;在受火120 min内,配筋率对受火冷却后钢筋混凝土连续T形梁的承载力有显著影响,而受火时间和混凝土强度的影响有限;按照简化计算方法计算的钢筋混凝土连续T形梁的极限荷载与试验值吻合较好.     

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。     

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

为准确计算新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的挠度,基于Reddy高阶剪切变形理论,考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式;以一根8.0 m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例,基于本文理论编制了相应的计算程序,计算了集中、均布荷载作用下该梁的竖向挠度,并通过模型试验和有限元模拟验证了本文解析计算方法的可靠性;最后分析了剪力键剪切刚度、波形腹板型号、子梁高度比、跨高比等参数对新型CSW组合箱梁挠度的影响程度. 研究结果表明:考虑新型CSW组合箱梁全截面剪切变形效应后的挠度值较初等梁理论值增大约10%,较Timoshenko理论值增大约1.87%. 全截面剪切变形效应对挠度贡献随跨高比逐渐增大而减小. 跨高比和剪力键剪切刚度越小或子梁高度比越大,剪切变形效应对结构竖向挠度的影响越发显著,而波形钢腹板型号对箱梁挠度影响较小.      

波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析

为研究箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC箱梁桥挠度的影响,基于能量变分法对该桥型的挠度计算进行了分析.首先,从箱梁翼板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律出发,在理论上推得可同时考虑箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形的纵向位移函数;其次,以所得的纵向位移函数为基础,运用能量法推导出该桥型的挠度计算公式,并用模型试验及有限元法对公式的正确性进行了验证;最后,分析在箱梁宽跨比和钢腹板高度变化时,在不同荷载类型作用下,箱梁剪力滞效应和腹板剪切变形分别对波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥挠度的影响.研究结果表明:当宽跨比为0.108~0.650时,在集中荷载作用下,剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥的挠度影响较大,不可忽略;当宽跨比为0.108~0.650时,在均布荷载作用下,波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥仅需考虑波形钢腹板剪切变形对其挠度的影响,只有在特定的宽跨比和特定的波形钢腹板截面高度下,才需要考虑剪力滞效应对其挠度的影响.      

简支钢—混组合箱梁剪力滞效应研究

为研究简支钢—混凝土组合箱梁体系的剪力滞效应,建立了可考虑剪力滞后、剪切变形、材料和几何非线性的三维数值模型,采用模型对影响钢—混凝土组合箱梁力学行为的主要参数(宽跨比、滑移刚度和荷载形式等)进行了分析,分析结果表明:组合箱梁的剪力滞效应与荷载类型和作用位置有关,剪力滞系数随着宽跨比的增大而增大。     

重复荷载下高铁24m箱梁模型试验研究

对高速铁路中广泛应用的预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验．试验的主要测试结果包括2种加载方式下梁的裂缝宽度和裂缝分布展开情况,荷载-挠度曲线和弯矩-转角曲线,混凝土和普通钢筋的应变分布等．研究结果表明：混凝土首先在跨中底板出现裂缝,然后慢慢向腹板扩展．在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀．在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合．箱梁的最终破坏现象是混凝土顶板的压溃爆裂,跨中极限位移为跨径的1/55．重复加载下的荷载位移曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂,钢筋屈服,预应力筋屈服;而重复荷载下的弯矩转角曲线在整个过程中有一个拐点,对应于预应力筋的屈服．     

钢箱梁桥面沥青混合料燃烧温度荷载与效应分析

为研究在火灾作用下钢箱梁与桥面铺装结构热效应，建立了小尺度钢桥面燃烧试验台，获取了油料火灾作用下沥青铺装层的上表面、中部和下表面温度数据；针对上表面温度数据，拟合得到了一条基于燃烧试验数据的升温曲线，与ISO 834标准升温曲线进行对比，并对小尺度试验的温度场进行了数值模拟验证；建立了11.25 m×3.60 m的钢箱梁桥有限元模型，获取了桥梁在跨中、支座附近和全跨火灾工况下的应力和变形特征。研究结果表明:在试验拟合升温曲线的作用下，二维数值模拟试件的中部温度260.70 ℃和底部温度89.38 ℃与试验数据248.90 ℃和82.59 ℃相近，且升温趋势较一致，说明温度场数值模拟结果可靠；火灾荷载作用区域钢箱梁顶板温度下降最高可达60.91%，表明沥青混合料铺装层能在一定程度上阻挡温度传递；跨中、支座火灾工况下钢箱梁最大Mises应力均出现在火荷载向低温扩散传播的冷热交替区域；跨中火灾工况在火荷载区域出现上挠变形，而支座火灾工况分别在火荷载区域和跨中区域出现上挠和下挠变形；全跨火灾Mises应力分布较均匀，跨中下挠变形严重；3种火灾模式下，基于试验拟合升温曲线的应力和变形数据均滞后且低于ISO 834标准升温曲线。      

组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题, 采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能; 对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验, 并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比, 分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能, 研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律; 基于足尺试验结果, 建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明: 钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征; 与未加固梁相比, 钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上, 在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上, 因此, 组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能; 受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定; 组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6mm, 因此, 钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好; 足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01, 因此, 简化公式可靠, 可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。      

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。      

重庆长江大桥复线桥主跨钢—砼接头内力组合分析

重庆长江大桥复线桥主跨中间108m采用钢箱梁结构,两端为混凝土梁,钢梁和混凝土梁采用钢-砼节段组合结构,在连续刚构桥中首次实现330m的跨径。着重介绍了钢-砼接头内力组合的过程,分析研究认为：在新老规范交替过程中,荷载组合过程中采用新规范未必偏于保守;对规范中未明确规定的体外预应力力学效应,可按永久荷载进行组合。研究成果对同类结构的设计和研究有一定的参考价值。     

大跨PC连续刚构桥跨中持续下挠成因及预防措施

目前大跨PC连续刚构桥存在的主要问题是跨中的持续下挠和箱梁的开裂,从砼收缩徐变、预应力损失及箱梁的开裂三个方面分析了各自对跨中持续下挠的影响.由于影响徐变的因素多,因此精确计算徐变对跨中的下挠的影响非常困难,根据徐变产生下挠的机理提出了一些预防措施.     

大跨PC连续刚构桥跨中持续下挠成因及预防措施

目前大跨PC连续刚构桥存在的主要问题是跨中的持续下挠和箱梁的开裂,从砼收缩徐变、预应力损失及箱梁的开裂三个方面分析了各自对跨中持续下挠的影响.由于影响徐变的因素多,因此精确计算徐变对跨中的下挠的影响非常困难,根据徐变产生下挠的机理提出了一些预防措施.     

控制大跨PC梁桥长期下挠的综合举措研究

针对目前大跨度预应力混凝土(PC)梁桥在运营后出现腹板开裂和跨中持续下挠等病害,在总结预应力混凝土梁桥下挠成因的基础上,以在建的主跨为155 m江西泰和赣江公路大桥为例,采用有限元法从恒载零挠度、加大跨中梁高和临时斜拉索辅助施工等新举措出发与传统设计进行分析比较,研究各种因素对预应力混凝土梁桥长期下挠的影响。结果表明:恒载零挠度设计,或者恒载零挠度设计和加大跨中梁高的综合设计措施对控制大跨度预应力混凝土梁桥的长期下挠更有效。