PBL剪力连接器的承载机理与屈服荷载

为了研究PBL剪力连接器的变形特征,通过4类9组共33个试件的加载试验,测试了外加荷载和PBL连接器变形,结合试件破坏形态,揭示了PBL剪力连接器在加载全过程的承载机理,探明了影响PBL连接器变形性能的主要因素.在此基础上,提出了PBL连接器屈服荷载的定义及计算公式.研究结果表明:PBL连接器的工作可分为拟弹性、弹塑性和屈服3个阶段;混凝土榫的剪断,导致PBL连接件屈服,屈服滑移量为1.2 mm;在弹性、弹塑性阶段由混凝土榫和钢筋共同承载;在屈服阶段,主要由芯棒钢筋承载;芯棒钢筋直径和强度、混凝土榫的直径是影响变形性能的主要因素,芯棒钢筋直径不宜小于16 mm.      

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

桥梁结构徐变变形的分析与计算

本文介绍了混凝土的变形分类，以及混凝土徐变的成因、徐变的时间过程及影响因素、徐变的约束和徐变对结构的影响；对徐变理论及徐变系数的计算方法进行了分析比较。通过计算实例对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）》采用的1978年（（CEB-FIP模式规范》的徐变系数计算建议公式、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）》采用的1990年（（CEB-FIP模式规范》的徐变系数计算建议公式以及ACI-209模式进行了分析、比较并给出了它们之间的差异。     

徐变的影响因素分析及修正算法研究

为了精确计算徐变的大小,为混凝土结构设计及计算提供依据,采用CEB-FIP90、ACI209、GL-2000模型计算构件理论厚度修正前后的徐变值,构件理论厚度修正后徐变值有变小的趋势,并依据计算结果对现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362—2018关于徐变计算的构件理论厚度进行修正。研究了混凝土徐变与配筋率之间的关系,推导配筋率对混凝土构件徐变影响的公式,为了方便工程参照,将公式简化为徐变系数修正表格。徐变发展符合Boltzman叠加原理是目前学术界认可的结论,采用规范方法计算后发现,加载期间荷载变化产生的徐变,采用不同的叠加模式算得的结果有很大差异。     

竹-混凝土组合梁的受弯性能

为了研究竹-混凝土组合梁的组合效率及剪力连接件的影响,进行了3根竹-混凝土组合梁和1根对比竹梁的试验,组合梁的剪力连接件形式分别为销栓型、凹槽型和凹槽-销栓型.研究结果表明:销栓型连接件竹-混凝土组合梁发生底面竹纤维受拉断裂的破坏,凹槽型组合梁和凹槽-销栓型组合梁发生凹槽底部水平位置处竹材的纵向剪切破坏;与竹梁相比,竹-混凝土组合梁在跨中挠度为跨度1/250时的荷载提高了3.18~3.74倍,等效截面刚度为刚性连接组合梁截面刚度的70%;凹槽型连接件和凹槽-销栓型连接件的组合梁,界面滑移小于1.2 mm,荷载挠度曲线呈线性,连接件表现出刚性连接性能.     

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。     

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-混凝土组合梁的温度骤变效应分析

对自然环境内钢-混凝土组合梁截面内温度进行了测试,以温差梯度为计算模型,基于弹性理论,推导了不同温差模式下组合梁交界面上的剪力、剪应力、相对滑移应变与变形以及弯曲变形曲率计算公式.分析结果表明:在自然温变情况下组合梁截面内存在温差,同时混凝土翼板内温度分布不均匀;界面剪力最大值在跨中部位,向梁端部逐渐递减为0;剪应力、相对滑移应变与变形在梁端部达到最大值,向跨中逐渐递减为0;界面内力及变形与温差大小呈线性正比,斜率与混凝土板内温度分布模式有关;混凝土板内温度分布模式及厚度是截面内力和变形的主要影响因素.     

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。      

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力行为仿真分析

为探讨混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力行为,以黑瞎子岛乌苏大桥为研究对象,采用通用有限元程序ANSYS,对其钢-混结合段的受力行为进行了非线性数值仿真分析.分析中考虑了结构和材料的非线性特性,采用非线性弹簧模拟栓钉的粘结-滑移行为,并与采用线性弹簧模型的分析结果进行了比较.计算结果表明:采用非线性弹簧单元模拟栓钉时,数值分析结果与试验结果吻合较好;在设计荷载作用下,采用线性栓钉模型和非线性栓钉模型的计算结果差别不大;采用不同的栓钉力学模型时,对结合段混凝土的初始裂纹扩展模式有较大影响,而混凝土大部分开裂后裂缝分布的差异不大.      

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。     

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。      

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。      

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.     

钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值研究

基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对长期荷载作用下钢管混凝土柱的变形-时间关系曲线进行了计算,并在此基础上对长期荷载作用下钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值进行了拟合和分析.分析结果表明:在长期荷载作用下,钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值要明显小于素混凝土;采用0.9作为钢管内核心混凝土的徐变系数终值是合理且偏于安全的.     

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。      

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.     

超长悬臂钢-砼组合行车道梁的理论分析与试验研究

长沙市洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨跨径206 m,主梁为脊骨梁布置形式,两侧挑梁采用13 m超长悬臂钢-砼组合梁结构,纵向间距4 m.为了准确把握钢挑梁的受力特性,提出了采用修正的铰接梁法计算钢挑梁的荷载横向分布系数,推导了详细的计算公式,并进行了模型试验研究予以验证,试验结果与理论分析结果吻合良好;采用压重320 kN的方法解决负弯矩区域砼板的开裂问题;综合比较各种规范关于砼收缩徐变的规定;分析了砼板的裂缝宽度;为大桥设计和类似工程提供重要的参考和指导.