波形钢腹板组合T梁静力性能试验

为探索新型结构波形钢腹板组合T梁的受力性能,制作了下翼板布置直线型体内纵向预应力筋的缩尺试验梁,采用两点对称加载的方式开展了静载破坏性试验,对试验梁的截面正应变分布、荷载-位移曲线、开裂弯矩、剪应力分布、破坏形态、裂缝发展规律等进行测试。使用ABAQUS软件建立了试验梁的有限元模型,采用混凝土的损伤塑性模型和钢材的理想弹塑性本构对加载全过程进行非线性分析。基于钢-混组合梁的收缩、徐变理论和钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法,对试验梁的开裂荷载和抗弯承载力进行理论计算。结果表明：只布置下翼板纵向预应力筋的波形钢腹板组合T梁的荷载-位移全过程曲线表现出较明显的弹性、弹塑性和塑性变形阶段,具有较大的抗弯刚度和良好的抗裂性和延性;抗弯承载力与开裂荷载的比值为1.79,具有较合理的承载受力特点;整个加载过程中,钢腹板与混凝土翼板变形协调,表现为典型的受弯破坏形态;剪应力在波形钢腹板组合T梁的腹板中分布均匀,可不设置弯起筋提供抗剪承载力;忽略波形钢腹板的轴向变形刚度和抗弯承载力,能准确计算开裂荷载和抗弯承载力;波形钢腹板组合T梁的力学机理明确,静力性能良好,具有工程应用前景。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

波纹钢腹板与平钢腹板组合T梁桥力学性能对比分析

为研究波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥与平钢腹板-混凝土组合T梁桥力学性能优劣,以某3跨钢-混组合连续T梁桥为背景,采用非线性有限元软件建立2种腹板(平钢腹板和波纹钢腹板)形式的全桥实体模型,分析二者在车辆偏载作用下桥梁的纵向弯曲、横向挠曲、刚性扭转及稳定性能,并进行对比。结果表明:与平钢腹板-混凝土组合T梁桥相比,波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥抗弯刚度可提高10%,桥面板抗裂性可提高约20%,两者剪力滞系数接近;两者纯扭刚度相差不大,整体横向挠曲性能接近;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥扭转刚度略大,跨中最大转角约为平钢腹板-混凝土组合T梁桥的85%,腹板扭转附加剪应力不到平钢腹板-混凝土组合T梁桥的一半;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥的前5阶屈曲因子是平钢腹板-混凝土组合T梁桥的5~8倍,线弹性稳定性极大,且腹板无需额外设置加劲肋,经济优势较大。     

腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性影响的研究

为对比混凝土腹板、平钢腹板及波纹钢腹板3种腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性的影响,通过卡式定理推导验证了波纹钢腹板箱梁桥纵向刚度小于混凝土腹板箱梁桥及平钢腹板箱梁桥。基于推导结果,在预应力作用下,波纹钢腹板预应力效率应高于其他两种腹板形式箱梁桥。该文设计了3座配束相同、腹板形式不同的简支箱梁桥,利用有限元软件Ansys分别建立了有限元模型,计算了沿梁纵向1/4、1/2及3/4共3个截面的预应力效率。结果表明:波纹钢腹板预应力效率最高。通过比较3种腹板箱梁桥的初始费用及寿命周期成本现值,波纹钢腹板箱梁桥的寿命周期成本现值最低,经济性最优。     

波纹钢腹板组合箱梁疲劳试验

在总结分析国外波纹钢腹板组合梁疲劳试验研究成果的基础上,采用美国MTS电液伺服加载系统,对3片波纹钢腹板组合箱梁试验梁进行了疲劳试验,并对波纹钢腹板组合箱梁的应变、挠度变化规律进行了分析。结果表明:波纹钢腹板疲劳残余应变随疲劳加载次数的增加而增加,变化规律比混凝土顶、底板的变化规律明显;波纹钢腹板组合箱梁混凝土顶、底板及波纹钢腹板的刚度在疲劳荷载作用下下降不明显,不足以对梁的受力产生明显影响;随着疲劳加载次数的增加,截面应变沿梁高方向的分布变化不大,而且基本保持直线;对波纹钢腹板组合箱梁采用基于平截面假定的承载能力计算方法是可行的。     

波形钢腹板箱梁承载能力试验研究

通过3根波形钢腹板模型箱梁的荷载试验，量测布置在跨中底板混凝土中的钢筋应力、箱梁跨中竖向位移，波形钢腹板的主应力，并观测模型梁底板裂缝的形成以及箱梁结构的破坏状态，由试验结果分析其承载能力，为建立波形钢腹板箱梁设计实用计算公式提供参数。     

波形钢腹板——双管弦杆——混凝土板连续梁桥试设计

提出由混凝土顶板(CS)、哑铃形钢管混凝土(CFST)下弦通过波形钢腹板(CSW)连接组成的新型组合梁结构(简称CSW-CFST-CS-组合梁),可减轻结构自重,同时消除腹杆与下弦杆间连接形成的节点,有助于提高结构承载力.该文以四川干海子大桥为对象,进行波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计研究,其承载能力极限状态与施工阶段的受力计算结果表明:试设计桥梁能满足设计要求,新型结构用波形钢腹板代替钢管腹杆,具备一定的应用前景.     

正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度

为研究正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪性能,采用ABAQUS非线性有限元程序,借助于线弹性特征值屈曲分析以及弹塑性剪切屈曲分析(考虑腹板初始缺陷的影响),将典型正弦波形波纹腹板钢板梁的抗剪强度与梯形波纹腹板钢板梁做了对比,并分析了影响正弦波形波纹腹板钢板梁抗剪强度的关键因素.数值分析结果表明,在波长与波幅不变的情形下,正弦波形的抗剪承载力低于梯形形式,在设计中应予以注意;若通过减小波长保证材料用量不变,正弦波形的抗剪承载力与梯形形式相同;正弦波形波纹钢腹板钢板梁的剪切屈曲临界应力随着腹板厚度的增加或波长的减小而显著增大,而腹板高度与波幅均没有显著影响正弦波形波纹钢腹板的剪切屈曲临界应力对初始缺陷的敏感程度.     

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能，以飞龙大桥为背景，制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件，开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等，并基于线性疲劳累积损伤理论，采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明：波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载，可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求；主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂；疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时，Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。     

波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能

以某跨径为40 m的波纹钢腹板预应力组合梁桥为原型,根据相似理论设计制作了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,研究了该桥型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹板高度和平板宽度等对波纹钢腹板构件非线性剪切屈曲性能的影响。另外,对Hamilton所做的波纹钢腹板剪切屈曲试验结果进行了回归分析,给出了波纹钢腹板局部屈曲强度的半经验半理论计算公式。结果表明:混凝土顶板和底板承担了大部分弯矩,波纹钢腹板主要承担剪力,且剪力沿波纹板高度方向均匀分布。     

大悬臂预应力组合桥面板实用计算方法

为了解决不同位置荷载作用下组合桥面板的荷载横向分布计算问题,根据脊骨梁中波形钢腹板挑梁并排支撑的预应力大悬臂组合桥面板的受力特点及抗弯和抗扭刚度沿挑梁纵向的变化规律,采用基于换算截面法的修正刚接梁法,假设受载挑梁的荷载横向分布系数随荷载作用位置变化沿挑梁纵向按三次曲线分布。然后,根据"波形钢腹板不抵抗弯矩"的结论和拟平截面假定,推导出波形钢腹板组合挑梁的开裂弯矩和弹性极限弯矩计算公式。最后,通过试验和有限元分析来验证该公式的正确性。结果表明:该计算公式能够满足工程设计的精度要求。     

预应力波形钢腹板组合挑梁力学性能试验研究

基于脊骨梁中并排波形钢腹板挑梁支撑的预应力组合桥面板的结构特征和受力特点,进行了组合挑梁荷载横向分布试验和极限承载能力的全过程加载试验,同时与平面钢腹板组合挑梁的相应结果作了对比;通过对试验现象的描述和试验结果的分析,总结出脊骨梁中悬臂组合挑梁的主要受力、变形特点,以供工程实际参考。     

大跨径波形钢腹板梁桥试设计及探索

波形钢腹板组合箱梁从根本上回避了一般预应力混凝土箱梁桥腹板开裂病害问题,合理地将钢、混凝土两种材料结合,改善结构力学性能并减轻结构自重,理论上波形钢腹板梁桥可以超过混凝土腹板梁桥达到更大的跨度。由于梁桥中墩墩顶处负弯矩承载力有限,通过负弯矩对比的方式,试设计主跨360 m的波形钢腹板组合梁桥,并建立有限元模型,对结构抗弯、抗剪承载力,以及连接件等进行计算,结果表明试设计方案是成立的。钢腹板整体屈曲稳定性是制约波形钢腹板梁桥跨径增大的主要因素之一。为解决现有的波形钢腹板型号应用在大跨度梁桥中整体屈曲强度折减较严重的问题,研究设置纵向横隔和采用大尺寸波形钢腹板型号的应对措施,从而为波形钢腹板梁桥向更大跨度发展做出积极探索。     

波形钢腹板工字钢梁抗弯性能试验研究

传统的工字钢梁通常由顶板、底板和中部的平腹板焊接而成，由于腹板承受较大的竖向荷载，极易出现弯曲变形，导致整体刚度下降，结构承载受到较大影响。为了改善这一情况，研究了波形钢腹板工字梁在竖向荷载作用下的弯曲特性，通过有限元分析、理论计算和试验研究，得出不同荷载值作用时相应的应变值和挠度值，并与普通工字梁进行对比。结果表明，波形钢腹板工字梁具有更大的抗弯极限承载力,能较大程度地改善传统工字钢梁挠度过大的问题。     

带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁设计计算方法

根据带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的小箱梁、大悬臂的结构特点,提出了考虑偏载效应影响的组合脊骨梁正应力计算公式;通过确定合理的抗弯极限状态,并基于简化塑性理论,推导出组合脊骨梁正、负弯矩截面的极限抗弯承载力计算公式和考虑混凝土翼板贡献的抗剪承载力计算公式;同时提出了波形钢腹板组合挑梁荷载横向分布计算的修正刚接梁法以及受载挑梁荷载横向分布系数随载位沿挑梁纵向变化而呈三次曲线分布的假设,并按照拟平截面假定,推导了波形钢腹板组合挑梁的开裂弯矩和弹性抗弯承载力计算公式。在此基础上进行了相应的模型试验研究,理论分析值和试验结果吻合良好,说明本文的设计公式精度满足要求,能够用于同类结构的设计计算。     

基于混合设计的高性能钢梁抗弯性能及延性试验

基于混合设计的理念,采用中国产高性能钢HPS 485W和普通结构钢Q235,加工制造了6片混合设计工字形钢梁,在跨中单点加载,研究试验梁的抗弯承载能力、变形特征及最终的破坏形态。试验结果表明：腹板屈曲强度和试验梁侧向支撑刚度对试验梁的极限承载力、延性和失效形式有显著影响;试验梁的抗弯承载力主要由翼缘提供,但抗弯延性主要受腹板控制,承载力下降阶段受腹板屈曲强度影响显著;采用厚实截面设计的高性能钢梁可以达到全截面塑性,在有效的侧向限位下高性能钢梁具有很好的延性。试验结果与理论计算结果的对比表明,塑性弯矩理论计算结果与试验值吻合较好。     

波形钢腹板组合箱梁弹性阶段弯曲理论及模型试验研究

基于波形钢腹板组合箱梁独特的受力特点,建立了系统的弹性阶段受弯分析理论：从弯曲正应变分布的拟平截面假定出发,采用材料力学方法,推导了正应力、剪应力及波形钢腹板承担的剪力占整个截面所受剪力比例的计算公式;运用能量原理推导了挠度的计算公式。分析表明：在完全忽略波形钢腹板弯曲刚度的情况下,其剪应力沿梁高是不变的;波形钢腹板承担的剪力比例一般在80％以上;在设计常用的高跨比下,波形腹板剪切变形引起的挠度不可忽略。在此基础上,进行了1根模型梁的试验研究,理论分析值与试验结果、空间有限元计算值吻合良好,说明本文理论公式可以在设计中应用。