钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-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: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,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;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滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

隔板式曲线组合梁施工阶段开口薄壁钢梁受力特性研究

在无支架施工中,隔板式曲线组合梁的承载结构为曲线开口薄壁钢梁。以横隔板数量N及跨度与曲线半径的比值(跨径比)为参数,对5片试验梁进行混凝土浇筑过程中的模型试验,并基于M/r法,采用ANSYS软件分析曲线开口薄壁钢梁在混凝土湿重作用下的受力特性。结果表明:在混凝土湿重作用下,曲线开口薄壁钢梁的竖向位移、径向位移、切向应力及翘曲正应力与弯曲正应力的比值(应力比)均随均随跨径比的增大线性增加,随横隔板数量N的增加非线性减小,N从0块增加到3块的过程中变化较大,之后变化较小;端横隔板和跨中横隔板对曲线钢梁的弯扭效应影响最大;跨径比是反映曲梁受扭程度的一种显性指标,应根据应力比限值考虑跨径比的大小来确定曲线开口钢梁的横隔板。     

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。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合与叠合梁静力性能试验研究

在钢-混凝土双面组合梁(DCB)的基础上,提出了钢-混凝土组合与叠合梁结构(CLB)。给出了CLB截面弯曲刚度、极限弯矩的简化计算方法。为进一步研究CLB结构的受力性能,设计了二根简支CLB和一根简支DCB模型,进行了反向加载试验,得到了完整的荷载-挠度曲线、典型截面正应变分布、钢筋混凝土顶板开裂情况和钢梁与混凝土顶板间叠合界面相对滑移曲线。研究结果表明:CLB结构的塑性极限承载能力低于DCB结构;正常使用阶段,二者的承载能力相当,但CLB结构的抗裂性能却远优于DCB结构:前者混凝土顶板开裂呈弯曲型,裂缝宽度窄,而后者混凝土顶板开裂基本呈轴拉型,裂缝宽度较大。CLB结构更适用于连续组合梁桥的负弯矩区。     

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。     

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。     

钢-活性粉末混凝土简支组合梁正截面破坏模式

针对钢一普通混凝土组合梁由于混凝土材料缺陷所导致的一些局限性,将砒RPC引入到组合梁领域,形成钢-活性粉末混凝土组合梁.采用对比分析,采用ANSYS软件对钢-普通混凝土简支组合梁进行分析,将计算结果与试验结果进行比较,时有限元模型进行验证,然后在其他参数不变的条件下,将混凝土板更换为RPC板,用ANSYS对钢-RPC组合梁进行全过程非线性分析,并对RPC板厚、钢梁屈服强度和钢梁截面尺寸进行参数分析.定义了正弯矩作用下钢-RPC组合梁正截面破坏的弹性模式和塑性模式,研究了不同参数下2种计算模式的差别,认为正弯矩作用下钢-RPC组合梁的正截面抗弯承栽力仍然可以按照简单塑性理论进行计算.     

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。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

钢-混凝土组合箱梁的抗弯疲劳性能试验研究

通过3根简支钢-混凝土组合箱梁的静载试验以及重复加载试验,研究分析组合箱梁抗剪连接度对组合箱梁疲劳性能的影响,试验结果表明:重复荷载的反复作用使钢梁和混凝土翼板之间的相对滑移增加,造成组合梁截面刚度下降,挠度增大。在疲劳破坏发生之前,组合箱梁的刚度随加载次数的增加虽有下降,但仍保持线弹性状态,表明部分剪力连接的组合箱梁具有良好的抗疲劳性能,抗剪连接度越大,组合箱梁的抗疲劳性能越好。     

二阶弯矩对钢-混凝土组合梁变形的影响

推导了任意边界条件下承受轴力及横向荷载的钢-混凝土组合梁的耦合变形微分方程,对组合梁的变形挠度进行了理论分析,研究了混凝土板与钢梁介面滑移的影响,同时探讨了因轴力而产生的二阶弯矩(p-δ弯矩)对组合梁变形的影响,可为钢-混凝土组合结构稳定性及极限承载力研究提供理论基础。     

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。     

钢—混凝土组合梁开孔板连接件抗剪承载力计算研究

为研究开孔板连接件的受力性能,建立其抗剪承载力计算方法。设计制作6个推出试件,完成单调加载试验。试件的变化参数为开孔孔径、板厚和孔洞个数,并研究分析各试验参数对开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移特性、受剪承载力和刚度的影响,以及横向贯通钢筋应变随荷载变化规律。研究结果表明:开孔板连接件具有很好的延性;各个试件的破坏形态大致相同,破坏时钢梁与混凝土板出现明显相对滑移,钢梁上段与混凝土板分离,混凝土板发生劈裂破坏;孔洞直径和孔洞个数是影响开孔板连接件抗剪承载力和刚度的重要因素;通过对试件在受荷初期的荷载-滑移曲线分析,定义开孔板连接件的抗剪刚度。最后,分析对比国内外开孔板连接件抗剪承载力计算公式。基于49个模型试验提出了新的开孔板连接件抗剪承载力的计算公式,该式考虑因素全面,物理意义明确,与试验结果吻合良好。     

人行钢箱梁桥设计参数的初步研究

在初步设计阶段,为了快速匡算人行钢箱梁桥的梁高及跨径、横隔板间距、防脱空支座间距等关键设计参数,采用Midas Civil建立如下模型:不同跨径和梁高的动力分析模型、不同横隔板间距下的第二体系受力梁格模型、包含人群荷载最不利加载位置的整体模型。分析表明,在梁宽及顶底板厚度不变的情况下,频率与梁高呈正线性相关,与跨径的二次方呈负线性相关;人行桥钢箱梁横隔板间距可以近似取3倍箱梁高度且不大于6 m;简支梁桥支座间距可以取b=(0. 25～0. 3) B,而对于连续梁桥,需大于简支梁要求的支座间距(经过试算后确定)。     

考虑部分剪力连接作用的简支组合梁桥受力特性的解析解法

组合梁桥中根据钢梁与混凝土板间接合刚度的不同,组合作用可分为完全组合和部分组合.部分组合梁桥与完全组合梁桥的受力特性具有显著差异.部分组合梁桥设计时采用目前常用的换算截面法计算是不准确的.鉴于此,对剪力键抗剪刚度沿梁长均布或三角形分布情况下部分组合简支梁桥的内力和变形计算进行了理论推导,得出了截面内力和主梁曲率方程.     

钢-混凝土组合梁侧向稳定承载力

鉴于钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下,组合梁中“工”字钢梁的下翼缘受压,在没有侧向支承的情况下,很容易出现整体失稳的现象,根据组合梁整体失稳的形式建立了2种失稳模型,并采用能量法对组合梁负弯矩区的侧向稳定性进行探讨,给出组合梁在弹性受力阶段临界弯矩的计算公式。与现有的方法相比较,给出的承载力计算公式具有更高的可靠性。     

波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的试验及理论研究

为了研究波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,分别对2根单箱单室截面和单箱双室截面波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁在纯扭作用下的受力性能进行了全过程加载试验研究,测试了试验梁的扭转角、截面应变和裂缝随荷载发展的规律,获得了波形钢腹板组合梁纯扭破坏现象,并根据试验结果给出了开裂扭矩和极限扭矩的计算方法.结果表明,波形钢腹板组合箱梁...     

弯扭耦合下曲线混凝土箱梁截面应力状态的受力机理分析

曲线箱形梁兼具弯梁桥与箱形梁两者的特点,由于曲率的影响,竖向荷载作用下曲线箱梁弯矩与扭矩互相耦合同时存在。根据国内外既有研究成果,对曲线箱形梁空间受力特点及影响因素进行了总结。以60m单跨单箱形截面曲线混凝土简支梁为例,利用有限元软件TDV建立空间板单元模型,分析自重作用下,不同曲线半径下主梁截面正应力及剪应力分布,根据弯曲变形与应变的关系,比较曲线梁桥与直线梁桥正应力横向分布规律,提出用应力增大系数来表征曲线内外侧弧长不同引起的应力变化。研究结果表明,除了受剪力滞后效应影响,曲线箱梁桥截面正应力分布还与内外侧弧长不等引起的应力增大系数有关。     

组合梁滑移和剪切变形双重效应的有限元分析

根据最小势能原理和变分法,定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响。滑移增大结构曲率,降低构件刚度,增加附加弯矩,从而引起挠度增大。建立考虑滑移效应和剪切变形双重作用下挠度和滑移控制微分方程。求得集中荷载条件下挠度和滑移的解析表达式。在解析表达式的基础上推导考虑双重效应的组合梁单元刚度矩阵。     

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...