钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

PBL剪力键静载力学性能推出试验研究

通过7组21个PBL剪力键(开孔钢板连接件)试件的推出试验,研究PBL剪力键的弹性承载力、极限承载力、滑移量及延性系数等静载力学性能。运用推出试验的非线性有限元仿真分析,研究PBL剪力键的传力和破坏过程。结果表明:PBL剪力键的极限承载力高,延性系数大;按照荷载-滑移曲线及内部应力状态,PBL剪力键的破坏过程可分为线性阶段、弹性阶段及塑性阶段;弹性阶段之前承载力主要由孔洞内混凝土提供,弹性阶段之后承载力主要由贯穿钢筋提供。由于PBL剪力键的力学性能指标尚无明确的定义和标准化的推出试验方法,使得各试验者得到的PBL剪力键承载力回归公式没有普适性。为使PBL键得到更广泛的应用,应尽快规范PBL键推出试验方法。     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

混合梁斜拉桥钢-混结合段剪力连接件群力学性能研究

为研究钢-混结合段剪力连接件群的力学性能,根据原桥结合段中典型钢格室设计制作剪力钉和PBL剪力键群足尺试验模型,按照应力等效原则对试验模型进行静力及疲劳加载。试验结果表明:在设计荷载作用下,两种剪力键的应力与应变仍为线性关系;由于群钉效应,靠近施荷端前五排的剪力钉群应力水平较高,PBL剪力键和其余部分剪力钉应力水平较低;疲劳验证和破坏试验后PBL剪力连接件应力水平增大但仍处于弹性受力阶段,靠近施荷端(端部)受力较大的剪力钉已进入塑性受力状态,剪力钉群刚度降低,PBL剪力键传递荷载比例有一定增加;该桥结合段剪力连接件设计安全可靠,可为今后结合段连接键群在实际工程的应用提供参考。     

以附加挠度为广义位移的双室箱梁剪力滞效应研究

从剪力滞翘曲正应力自平衡条件出发,引入修正系数对翘曲位移函数进一步修正,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,将箱梁的剪力滞变形状态从初等梁挠曲变形状态中分离出来作为一种独立的变形状态分析,应用能量变分法建立箱梁截面控制微分方程,结合简支边界条件分别给出集中荷载和均布荷载作用下箱梁附加挠度和初等梁挠度的解析解。数值算例表明,初等梁挠度解和材料力学初等梁挠度解、跨中截面测点本文应力解和文献有限元解均吻合良好,证明将剪力滞纵向翘曲模式与初等梁竖向挠曲模式分离的假设是正确的。挠度研究表明,剪力滞效应对均布和集中荷载跨中挠度分别提高了3.17%和3.73%。     

Winkler弹性地基上预应力锚索地梁内力的计算方法

介绍用Winkler弹性地基梁计算预应力锚索地梁的内力 ,并给出主要计算流程。结合京珠高速公路某工点工程实例 ,将Winkler弹性地基梁和连续梁方法的计算结果与工程实测进行比较 ,指出在预应力锚索地梁正常工作状态下 ,采用Winkler弹性地基梁方法所得结果与真实情况更为吻合     

基坑开挖引起的邻近地铁隧道纵向变形计算方法

为了分析基坑开挖对邻近地铁隧道纵向变形的影响,首先采用Mindlin解推导得到基坑开挖引起的隧道纵向附加应力计算公式;然后基于双面弹性地基梁模型建立地铁隧道的纵向变形方程,并应用有限差分法和MATLAB编程计算出隧道的纵向位移;最后通过有限元算例和工程实例对理论方法的合理性进行验证。结果表明:提出的理论计算方法与数值模拟结果和现场实测值均吻合良好;采用双面弹性地基梁模型分析隧道纵向变形比Winkler弹性地基梁模型更具优越性。     

双线混凝土U型梁的剪力滞效应研究

为了研究双线混凝土U型梁的剪力滞效应,对U型梁截面进过合理简化,选取轴力自平衡的余弦函数定义了翘曲位移函数。在考虑剪滞效应和剪切效应的基础上,构建了双线混凝土U型梁的总应变能函数。利用势能驻值原理,推导出了简支、悬臂和连续双线混凝土U型梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞系数解析解。以某实际工程双线混凝土U型梁为例,对解析法和有限元模型计算得到的剪力滞系数进行对比分析。计算双线混凝土U型梁道床板的有效分布宽度,并基于有限元模型的计算结果,对理论解的有效分布宽度进行系数修正。研究结果表明：剪力滞系数的理论计算结果与有限元模型计算结果的最大偏差不超过±10%,表明所推导解析解的精度较高;双线混凝土U型梁在均布荷载和集中荷载作用下,跨中截面的剪力滞变化规律相同,均在主梁和道床板交界处剪力滞系数最大,随离交界处距离的增大而减小;相比均布荷载作用,集中荷载作用下的剪力滞效应更明显,需在实际工程中重点考虑;在双线混凝土U型梁道床板有效分布宽度的计算中,引入修正系数1.05对解析计算结果加以修正,以得到更精确的结果。基于理论推导所得的双线混凝土U型梁剪力滞效应变化规律,以及对道床板有效分布宽度提...     

基于能量原理的弹性地基梁底面摩阻效应分析

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的弹性地基梁能量方程,并引入位移形函数进行求解,导出对称载荷条件下考虑切向摩阻力作用时地基梁位移及内力解答。最后通过地基梁计算实例分析,验证该解答的正确性和合理性,并对相关计算参数进行深入探讨。计算结果表明:切向摩阻力沿梁长呈非线性分布,其对地基梁挠度及弯矩计算的影响较大,而对剪力的影响并不强烈。     

混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能研究

为研究混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能,本文对2类7组共28个插入式试件进行破坏性试验。基于试验结果,对分别采用超高性能活性粉末混凝土(RPC)和C50普通混凝土浇筑的PBL剪力键力学性能、破坏形态及传力原理等进行分析,探讨影响PBL受力性能的主要因素;同时将试验结果与国内外学者提出的PBL承载力公式计算值进行比较,建立孔内榫剪断形式下、考虑开孔钢板与混凝土黏结作用的PBL承载力计算式。结果表明:采用RPC浇筑的PBL剪力键相对采用C50浇筑受力性能得到改善,PBL延性主要受孔内贯穿钢筋变形性能控制,混凝土榫能有效提高PBL的抗剪能力。建立的承载力计算式物理意义明确,计算值与试验值吻合较好,可用于采用RPC或普通混凝土浇筑的混合梁钢-混结合段PBL承载能力的确定。     

混凝土简支梁在均布荷载作用下的断裂过程区及自振特性

以"段-中川模型"为基础,叠加几种无限大体和半无限大体的弹性力学问题解答,用选点法近似满足边界条件,推导出了均布荷载作用下含断裂过程区混凝土简支梁的应力函数全场解析解;由能量法得到了梁的自振频率,分析了裂缝长度和断裂过程区长度对自振频率的影响;将断裂过程区的长度用节点非线性弹簧表示,采用Ansys软件数值模型模拟了带断裂过程区的混凝土简支梁,得到混凝土简支梁典型截面的应力分布、竖向位移、裂缝张开位移和自振频率。理论计算结果和仿真分析结果吻合较好。     

斜拉桥桥塔钢—混凝土结合段模型试验研究

根据几何、物理以及边界条件相似原则,设计绵阳城南新区1号桥桥塔钢—混凝土结合段的缩尺试验模型.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试试验模型控制断面和主要构件的应力、变形随加载历程的变化.试验结果表明:结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低,钢箱与混凝土之间相对滑移量较小,钢箱...     

侧向压力作用下PBL剪力键的抗剪性能

为研究侧向压力对PBL(Perfobond Rib)剪力键受力全过程的影响机理,设计了4组PBL剪力键推出试验,采用螺杆施加侧向压力,进行全过程破坏加载试验,对试件的荷载-滑移曲线和破坏模式进行了分析。研究结果表明:PBL剪力键的抗剪刚度大,承载力高,剪力键延性好,达到极限承载力后剪力键承载能力降低,但不发生脆性破坏;侧向压力增强了混凝土板的整体性,试件破坏模式均为贯通钢筋剪断和底部混凝土压碎;侧向压力增强了PBL剪力键的抗剪承载力,增加幅度与侧向压力成正比;侧向压力以界面摩擦力的方式参与抗剪作用,钢混结合面的摩擦因数在试验全过程中保持稳定,测试值为0.78。     

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。     

基于无拉力Winkler地基梁的原位测试方法

基于梁与无拉力Winkler地基的相互作用,提出一种用于测试基床系数的岩土工程原位测试新方法,对现有测试技术进行补充和发展。在无拉力Winkler弹性地基梁中点处作用一个垂直于地面的集中力,通过测量集中力作用点处的弯矩和垂直于地面的位移,反推出地基的基床系数。讨论测试梁的尺寸和制作材料,介绍试验数据的处理方法。理论计算表明,梁与地基的相互作用范围只与地基系数相关,与力的大小无关,据此可验证测试梁的长度是否符合测试要求,确保测试结果的精确度。     

地铁隧道整体道床静力分析

基于有限元理论,建立了地铁矩形、圆形隧道内整体道床弹性地基上的"梁-板"有限元模型。通过数值模拟计算了不同混凝土等级下整体道床的变形受力情况。通过对计算结果的分析表明:在给定的配筋情况下,钢筋应力值和裂缝宽度满足容许值。矩形、圆形隧道内整体道床在常用列车荷载与降温荷载共同作用下,随着降温幅度的增大,整体道床垂向位移呈现增大趋势;纵向压应力下降幅度较大;横向压应力呈现先增大后减小的趋势;当降温幅度相同时,采用C25混凝土强度等级时整体道床垂向位移值最大。     

考虑层间效应的无砟轨道复合板温度荷载效应计算方法研究

既有无砟轨道结构温度应力解析计算方法,多基于Winkler弹性地基梁理论对无砟轨道各层应力进行分析,而对层间温度梯度不同带来的影响考虑较少。目前无砟轨道温度荷载效应研究多采用有限元方法,不利于工程设计。本文在结合既有混凝土梁温度应力计算方法的基础上,考虑层间黏结效应及层间温度梯度的不同,提出无砟轨道翘曲应力计算新方法。对采用新方法得到的计算结果与有限元模型计算结果进行了对比。结果表明:根据新方法计算得到的应力与变形分布规律和有限元模型计算得到的结果吻合较好,验证了新方法的可靠性。文中还对新方法的应用条件进行了讨论,给出了该方法应用于多种无砟轨道时的适用条件。     

隧道洞口浅埋段管棚超前支护开挖进尺优化

山岭隧道矿山法施工循环作业的开挖进尺对该隧道工程局部乃至整体的施工安全性、经济性有着重大影响。针对使用管棚超前支护的隧道洞口浅埋段,采用Winkler弹性地基梁计算模型,以管棚钢管挠度为控制条件进行开挖进尺优化分析。以厦深高速铁路某双线隧道工程为依托,首先进行理论计算,同时考虑工程实际确定最优开挖进尺并指导施工,随后将现场实测数据与理论解析值对比,两者有较好的一致性。结果表明,Winkler弹性地基梁计算模型可以较真实地反映管棚在洞口浅埋段软弱破碎围岩中的力学行为。     

PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究

由于采用了不同的PBL试件,考虑了不同的影响因素,国内外现有的PBL剪力键承载力计算公式差异较大。本文设计、制作了20组不同的PBL试件共59个,完成了极限承载力试验,研究分析了各种因素对PBL键承载力的影响,并在此基础上提出了PBL键承载力计算公式。结果表明,影响PBL键极限承载力的主要因素是钢板孔洞大小、贯通钢筋的大小和强度、混凝土强度和箍筋强弱;其次是每个试件的孔洞个数和贯通钢筋个数以及试件尺寸等。本文提出的PBL键承载力计算公式较全面地考虑了上述各主要因素,物理意义明确,与其他公式相比,其计算结果和本文的试验结果最为吻合。该公式可用于PBL键的设计计算。     

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。