钢-混凝土双面组合连续梁承载能力研究

双面组合梁是一种新型组合结构。首先根据双面组合截面的工作特点,得出双面组合截面的开裂弯矩和弹性极限弯矩的计算公式;考虑钢材和混凝土的材料塑性,得出双面组合截面的受弯承载力计算公式。根据正、负弯矩区弯矩比与刚度比的关系,确定负弯矩区长度范围,据此可确定不同截面刚度的梁段长度,进行弹性内力分析;介绍采用塑性极限分析法分析双面组合梁内力的条件和方法。最后,介绍2×2.9 m双面组合连续梁的模型试验概况,给出对称、逐级加载时得到的试验梁荷载-挠度曲线,并将试验结果与理论计算结果进行比较,验证理论计算公式的准确性。研究结果可为双面组合连续梁的设计提供参考。     

带板托预应力钢-混凝土连续组合梁抗裂度计算

根据文中的基本假设,推导了带板托预应力钢-混凝土连续组合梁的抗裂度计算公式及简化计算公式,其公式形式上能与现行的混凝土结构抗裂度计算公式相协调;经过计算统计,提出了简单实用的带板托钢-混凝土组合梁负弯矩区截面塑性系数表,其计算结果与11片预应力钢-混凝土连续组合试验梁的实测结果吻合较好.研究成果已应用于工程设计.     

带板托预应力钢—混凝土连续组合梁抗裂度计算

根据文中的基本假设，推导了带板托预应力钢－混凝土连续组合梁的抗裂度计算公式及简化计算公式，其公式形式上能与现行的混凝土结构抗裂度计算公式相协调。经过计算统计，提出了简单实用的带板托钢－混凝土组合梁负弯矩区截面塑性系数表，其计算结果与11片预应力钢－混凝土连续组合试验梁的实测结果吻合较好。研究成果已应用于工程设计。     

钢-混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析

在模拟组合梁负弯矩区工作性能的单跨倒置简支组合梁试验的基础上,结合普通钢筋混凝土构件的有限元非线性分析方法,引进钢梁单元,采用涂抹式裂缝模型和正交各向异性的混凝土材料模型,建立了针对模拟组合梁负弯矩区的单跨倒置简支组合梁的裂缝非线性模型,以试验梁为对象进行了非线性分析及裂缝模拟,其计算结果与试验结果吻合良好.     

钢—混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析

在模拟组合梁负弯矩区工作性能的单跨倒置简支组合梁试验的基础上，结合普通钢筋混凝土构件的有限元非线性分析方法，引进钢梁单元，采用涂抹式裂缝模型和正交各向异性的混凝土材料模型，建立了针对模拟组合梁负弯矩区的单跨倒置简支组合梁的裂缝非线性模型，以试验梁为对象进行了非线性分析及裂缝模拟，其计算结果与试验结果吻合良好。     

剪力键布置方式对连续组合梁桥受力特性的影响

在连续组合梁桥中,剪力键的类型、布置范围和布置间距的差别将引起结构受力特性的差异。利用通用有限元软件MSC NASTRAN对连续组合梁桥结构进行了数值模拟(主要包括用弹簧单元和MPC单元模拟不同类型和抗剪刚度的剪力键,以及用GAP单元模拟负弯矩区混凝土板的开裂),计算了在不同剪力键布置方式下连续组合梁桥的内力分布和变形。通过对计算结果的分析比较,认为剪力键布置方式的不同导致界面处剪力分布、滑移分布、负弯矩区混凝土板中钢筋应力分布、挠度等的显著变化。尤其在连续组合梁桥负弯矩区配置柔性剪力键,可以大大降低混凝土板中钢筋的拉应力;不过,在柔性剪力键与跨中刚度较大的剪力键相交位置,会在刚性剪力键中产生很大的剪力集中,钢筋中也出现轻微的应力集中。因此,工程人员在连续组合梁桥结构设计过程中可以通过调整剪力键的布置方式,使其结构内力分布和变形更加合理。     

曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)为参数,对2片钢-混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究,得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:在负弯矩与扭矩共同作用下,曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低;切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明：带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比-剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

根据规范中组合梁截面在正弯矩作用下塑性极限承载力计算方法,提出新的塑性阶段有效宽度定义,根据混凝土翼缘中合力和合力作用点同时等效来计算有效宽度。采用试验研究和非线性有限元方法,分析简支组合梁在极限状态下跨中截面混凝土翼缘内应变和应力分布规律,给出简化表达公式。针对各种参数情况下的组合梁,计算塑性极限阶段混凝土翼缘有效宽度和矩形应力块高度,根据简化的取值结果,提出塑性承载力的计算方法。     

钢箱-混凝土梁局部屈曲分析与试验研究

新型钢箱-混凝土梁通过在钢箱受压区部分充填混凝土,既有效地提高了受压区钢板的稳定性,又较好地发挥了混凝土的抗压能力,大大地改善了构件的抗弯性能。通过4根钢箱-混凝土梁和2根钢箱梁试件的试验研究,考察了钢箱-混凝土梁受力全过程的特点,着重研究钢箱-混凝土梁钢板的局部屈曲特征,其屈曲行为类似于刚性基底上非受载边弹性约束的单向受压板的屈曲行为,用能量法建立了刚性基底上沿非受载边弹性约束、面内受压矩形板的屈曲强度计算公式,研究结果表明,钢箱-混凝土受压区局部稳定性明显提高,所提出的方法用于顶板局部屈曲强度计算,计算结果与试验结果较吻合。     

无缝线路横向鼓曲失稳分析

运用有限单元法和无缝线路横向鼓曲稳定性理论,建立无缝线路横向稳定性计算模型,分析钢轨初始弯曲矢度、波长、导曲线半径及道床横向阻力对无缝线路稳定性的影响,提出提高无缝线路横向稳定性的具体措施。     

黏土中圆形低真空隧道管片结构内力分布及其影响因素

针对盾构隧道管片结构在不同环境下的受力性能,建立基于修正惯用法的力学模型,推导出圆形低真空隧道管片结构内力的解析解;以武汉黏土作为模拟地层,分别采用修正剑桥模型和弹簧模型,模拟分析圆形低真空隧道结构的内力分布;在获得解析解和2种数值解的基础上,对比分析特定工况下3种方法得到的隧道管片结构内力分布,探讨真空力、弯曲刚度有...     

无缝线路稳定性有限元分析

建立无缝线路横向胀曲的有限元模型,推导相应的数值计算公式,并编制计算程序。运用该模型,分析道床横向阻力、轨枕失效、扣件横向弹性系数、曲线半径、线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响,并提出提高轨道结构稳定性的具体措施。     

腹板受损U型梁承载力及破坏机理分析

研究目的:为研究腹板损伤情况下U型梁的竖向承载力,采用显式动力分析软件LS-DYNA建立简支U型梁精细有限元模型,并根据足尺模型试验结果对有限元模型进行校核验证。通过在U型梁翼缘一定范围内施加侧向位移荷载,模拟U型梁腹板在极端状况下不同程度的损伤,并对不同腹板损伤程度的U型梁承载力进行分析。研究结论:(1)随着腹板损伤程度的提高和损伤范围的扩大,U型梁竖向变形刚度和承载力呈显著下降趋势,最大下降幅度达到53%和44%;(2)随着底板挠度增加,U型梁受损一侧腹板首先出现较大的面外变形,在腹板受损薄弱截面继而出现竖向贯通裂缝,最终结构发生非对称弯曲失稳破坏;(3)U型梁腹板对于结构整体竖向承载力贡献明显,在桥梁结构设计和运营阶段对腹板的防护设计要尤为重视;(4)本文研究可为U型梁桥的防撞设计提供一定参考。     

薄壁梁中的横向双力矩问题

本文对薄壁梁中的横向双力矩这一广义力进行研究,指出它在开口薄壁梁和闭口薄壁梁约束扭转中,对翘曲正应力和圣维南原理适用条件有着不同程度的影响,并首次提出了箱形薄壁梁在横向双力矩作用下梁中最大翘曲正应力的计算公式。     

高速铁路纵横梁体系结合桥面横梁面外弯曲问题的研究

中国大跨度高速铁路钢桁梁桥大多采用钢-混凝土结合桥面,横梁的面外弯曲是设计中的关键问题之一.本文针对高速铁路混凝土板仅与纵梁结合的纵横梁体系,从结合桥面系变形协调出发,推导出横梁面外弯曲问题的计算公式,并结合算例分析各种因素对横梁面外弯曲问题的影响.桥面系的连续长度和下弦杆的轴应力越大、下弦杆结点对于横梁的约束刚度越大、纵梁与下弦杆的距离越小,横梁的面外弯矩和弯曲应力越大.在四线铁路三主桁下承式钢桁梁桥中,中桁对横梁的约束近于绝对刚性,纵梁离中桁下弦杆的距离较小,使横梁的面外弯曲应力较二主桁桥梁大得多.     

群钉连接装配式组合轨道梁受力特性研究

为促进钢-混凝土组合结构的工业化建造,实现钢构件和混凝土构件的工厂化预制、装配化施工,针对传统剪力钉均匀满铺建立的等效刚度理论不能反映群钉集中布置时组合结构受力特性的问题,以跨座式单轨交通为研究背景,设计制作群钉连接装配式钢-混凝土组合轨道梁,进行装配前的钢梁与装配后的组合梁固有频率、荷载-挠度曲线、截面应变曲线对比分...     

UHPC薄板屈曲试验及临界板厚比研究

UHPC材料是一种新型纤维增强水泥基复合材料,利用材料强度高的特点设计建造桥梁通常为薄壁箱形结构,薄壁箱梁存在剪力滞效应、扭转畸变、翘曲失稳等问题。为研究UHPC箱梁顶板翘曲失稳,指导UHPC薄壁箱梁结构避免局部失稳破坏先于材料强度破坏,进行不同边界条件均布加载的19个UHPC薄板屈曲荷载试验研究。结果表明:UHPC板的屈曲主要有局部受压破坏、单方向裂缝破坏和双向裂缝破坏3种;屈曲荷载计算应引入材料和制作修正系数0.7;UHPC板最大幅值位于h/2高度,并只产生一个半波。最后对屈曲荷载试验值进行有限元计算分析对比,并通过欧拉公式推导UHPC箱梁顶板的临界板厚比限值。     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。