梁桁体系钢-混组合梁有限元分析及设计参数研究

为研究设计参数对梁桁体系钢-混组合梁受力性能的影响,依据梁桁体系钢-混组合梁试验模型参数,应用非线性有限元软件Abaqus建立组合梁的有限元模型,其计算结果与试验结果吻合较好。利用有限元方法,以典型无桁架的钢-混组合梁、混凝土板厚、混凝土强度、钢梁强度等级、混凝土板宽、桁架角度和高跨比等为参数,对其极限承载力的影响进行了分析。结果表明:相比典型的无桁架的组合梁,梁桁体系钢-混组合梁承载力提高了17%;混凝土板厚的增加,提高了组合梁的抗弯刚度;钢梁强度的提升对组合梁的承载力有显著提高;混凝土板宽实际应用时应确保有效板宽的宽度以提高工程的经济性;组合梁高跨比对其刚度及承载力影响均比较大。     

组合梁抗弯极限承载力参数影响分析

为研究组合梁抗弯极限承载力的参数影响规律,利用有限元软件ABAQUS建立有限元模型进行数值模拟.结果表明,钢梁强度、钢梁腹板厚度、钢梁腹板高度、钢梁上下翼缘厚度、栓钉直径均可不同程度地影响组合梁的抗弯极限承载力.其中钢梁强度由235 M Pa提升至390 M Pa时,组合梁极限承载力提升了43.7％,钢梁腹板厚由4 m...     

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.     

高强钢-混凝土组合梁极限承载力有限元分析

钢-混凝土组合梁是利用钢材受拉性能好,混凝土受压性能好的特点,将两种材料通过连接件结合成整体而共同受力的一种新型结构。它兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点,具有显著的技术经济和社会效益。为研究高强钢-混凝土组合梁中结构几何参数及材料强度对组合梁极限承载力的影响,建立了12根高强组合梁在跨中两点对称荷载作用下的有限元数值计算模型,对其极限承载力进行了分析。分析结果表明组合梁几何参数(包括混凝土翼板宽度和厚度)和材料强度(包括混凝土强度和钢梁的强度)对组合梁的极限承载力有较大影响。     

中承式拱桥钢锚箱锚固结构受力机理及参数研究

为研究钢锚箱式锚固结构的受力机理,以某中承式拱桥系梁拉索钢锚箱为研究对象,选取包含钢锚箱在内的系梁节段,以支撑板、加劲板长度、承压板板厚为参数,运用有限元软件ANSYS12. 0建立参数化的"实-壳"混合弹塑性有限元模型,并对其进行仿真参数分析。仿真结果表明:在设计荷载、承载力极限荷载工况下,钢锚箱各板件分配荷载比例无明显区别;支撑板、加劲板长度、承压板厚度均能影响结构的破坏模态。     

波形钢腹板预弯组合梁承载性能影响因素分析

通过缩尺模型试验,研究对称荷载作用下预弯组合梁的承载性能与破坏模式;采用有限元软件ABAQUS建立弹塑性有限元模型,分析预弯钢梁高度、翼缘板宽度、腹板厚度、腹板波高等波形腹板钢梁主要构造参数对预弯组合梁结构承载性能的影响。结果表明,弹塑性损伤模型可较好地模拟波形钢腹板预弯组合梁的结构响应与极限承载力;预弯组合梁极限承载能力基本随预弯钢梁高度和翼缘板宽度的增加而线性增加,但受腹板厚度与波高影响较小;预压阶段钢梁稳定性受钢梁翼缘板宽度影响显著,且失稳荷载随翼缘板宽度增加而显著线性增加。     

城市高架简支预制槽形钢混组合梁荷载横向分布研究

本文以城市高架简支预制槽形钢混组合梁桥为研究对象,选取了桥面板与钢梁之间的滑移效应、跨间横梁的个数、桥面板板厚、桥梁宽度和跨径、以及主梁刚度等参数,应用有限元方法,全面分析了各因素对该桥型荷载最不利横向分布系数的影响。研究表明：组合梁的界面滑移效应对荷载最不利横向分布系数影响在5%以内;保证跨径一定,组合梁跨间横梁的个数对宽桥荷载最不利横向分布系数的影响在8%以内,对窄桥则更小;桥面板板厚的增加会使荷载横向分布更均匀,宽跨比越大的桥,板厚对最不利横向分布系数的影响越大;保证桥宽不变,随着跨径的增大,荷载最不利横向分布系数逐渐减小,主梁数相同时,随着宽跨比的增大,最不利横向分布系数逐渐增大。梁高的增加会使最不利横向分布系数更大,但最大增幅保持在5%以内。在今后的标准化设计中,可取某几种最不利参数将其余参数进行包络,从而节约设计成本、提高设计效率。     

超宽组合梁斜拉桥主梁剪力滞效应研究

组合梁斜拉桥受力十分复杂。钢-混凝土结合后,应力流分布有较大的改变;宽箱梁截面斜拉桥随着宽高比的增加,空间效应愈发明显,传统的计算方法无法满足设计要求。研究以曹妃甸工业区1#桥工程为背景,采用空间有限元的方法,研究组合梁斜拉桥主梁剪力滞效应的分布规律,为钢-混凝土组合梁斜拉桥主梁的精细化设计提供参考。     

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90 mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。     

高强钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

为研究Q460高强工字型钢-混凝土组合梁的抗火性能,采用ABAQUS建立了组合梁有限元模型,研究了初始残余应力、端部约束及钢材强度等关键参数对高强钢-混凝土组合梁抗火性能的影响规律。结果表明,初始残余应力主要通过影响高强钢组合梁截面纵向应力分布从而改变梁的抗弯刚度,当残余应力对梁截面抗弯刚度产生有利贡献时,梁的抗火性能得到一定提升;约束高强钢组合梁升温后期产生的悬链线效应减缓了梁跨中挠度的增加速率,组合梁临界温度提高;随着温度的升高,采用Q460高强钢的组合梁跨中挠度下降速率更为缓慢,临界温度较Q235钢-混凝土组合梁提高了约11%。     

大跨钢桁拱钢-混组合桥面板极限承载力试验

为评估钢一混组合桥面板结构在公路荷栽作用下的极限承载力,对其进行极限承载力性能试验研究。根据圣维南原理,选取正负双向弯矩受力的立柱区部分桥面板作为实桥的有限元分析模型,并试验制作了2个等尺模型试件A和B,用于考察钢一混组合桥面板正负双向弯矩区的极限承载力性能。试验结果表明：模型A混凝土板被拉坏,工．字钢上下翼缘板、腹板以及纵向钢筋始终未屈服,PBL、钢底板以及横向钢筋均在破坏之前屈服,模型A的破坏荷载为1750kN;模型B混凝土板被压坏,PBL在破坏之前屈服,模型B的破坏荷载为2200kN。研究结果可为钢一混组合桥面板极限承栽能力设计计算提供参考。     

基于宽板拉伸试验的Q690qE高性能桥梁钢断裂韧性研究

为研究应用于桥梁钢结构的Q690qE钢防脆断性能,以主跨408 m的汉江湾桥为背景,设计、制作Q690qE钢32 mm板厚母材、32 mm板厚焊缝、50 mm板厚母材、50 mm板厚焊缝4组试件,进行不同温度下的宽板拉伸试验,分析其断裂韧性.将宽板拉伸试验值作为断裂抗力,采用有限元法计算汉江湾桥典型受拉杆件在较不利工作...     

基于BP神经网络的预应力组合梁承载力预测

为提高预应力钢-砼组合梁的设计效率及合理性,精确预测其抗弯极限承载力,文中采用BP神经网络算法建立具有多个输入、单个输出的BP神经网络预应力钢-砼组合梁抗弯极限承载力预测模型,利用既有实测结果对该模型进行训练及验证,结果表明BP神经网络预测效果较好,其40次预测值与实测值比值的均值为1.002,具有较高的精度;选取浙江省绍兴市壶觞大桥边跨主梁进行抗弯极限承载力预测分析,结果表明该模型应用于实际工程可行,可用于预应力钢-砼组合梁抗弯极限承载力确定。     

组合梁桥负弯矩区U形连接构造有限元分析

针对钢-混组合梁负弯矩区桥面混凝土病害问题,提出一种半刚性连接构造形式即U形钢铰。采用ABAQUS有限元软件建立组合梁数值模型,对U形钢铰连接形式与现有连接构造形式的力学性能进行对比分析,发现U形钢铰连接形式能较好地缓解钢梁屈曲变形和桥面混凝土开裂;为合理确定U形钢铰设计参数,选定钢板厚度、钢板强度及钢梁间距3个参数进行因素分析,结果表明U形钢面刚度和承载力随着钢板厚度、强度增加而增加,随钢梁间距增大而减小,建议钢梁间距取50 mm、U形钢铰厚度取48 mm、材料强度取Q390。     

钢筋混凝土斜杆桁架拱桥加固技术优化研究

钢筋混凝土桁架拱桥兼具桁架桥自重轻和拱桥结构受力合理的优点,曾一度在我国广泛应用,但随着时间推移,其中许多桥梁已面临加固的需求。以某钢筋混凝土斜杆桁架拱桥为例,分析了其典型的结构病害与不足,通过建立桁架拱桥有限元模型,计算不同杆件内力,分析了各类杆件的受力特征;针对杆件不同受力特征优化提出了针对性的加固措施。对受拉为主的内倾斜杆,在其内外两侧纵向粘贴CFRP布进行抗拉加固;对受压为主的外倾斜杆,在其表面环向粘贴CFRP布进行抗压增强;对受弯为主的上弦杆及跨中实腹段,在其截面受拉侧纵向粘贴CFRP布,提高截面抗弯承载能力;对截面薄弱、承受压力及一定弯矩的下弦杆,采用增大截面法进行加固,增大其截面承载力与截面刚度;同时,给出了横系梁、微弯板、铺装层的加固处理方法。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

低高度敞口式钢桁架桥参数敏感性分析

为明确低高度敞口式钢桁架桥结构受力性能,以某跨堤桥梁为研究对象,建立全桥有限元模型,运用参数对比方法,研究该类型桥梁在不同杆件尺寸、宽跨比、高跨比情况下,整体结构刚度、强度及稳定性的变化规律。结果表明:杆件尺寸对桥梁整体静力性能有一定影响,上弦杆钢管直径对桥梁整体稳定影响较大;桥梁宽度的增加,对桥梁整体挠度、下弦杆最大拉应力、纵横梁最大压应力影响较大,对结构整体稳定影响较小;桁架高度的增加,对桥梁整体稳定影响有限,对桥梁整体挠度及下弦杆应力影响较大。     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

不同抗剪连接程度的钢—砼连续组合梁性能分析

运用ANSYS12.0建立5个不同抗剪连接程度钢-砼连续组合梁有限元非线性分析模型,分析正、负弯矩区不同抗剪连接程度对组合梁极限承载力、挠度、界面滑移及开裂荷载的影响。结果表明,抗剪连接程度对钢-混组合梁的滑移及变形均有一定程度的影响,其中负弯矩区抗剪连接程度对钢-砼组合梁承载性能的影响较大。     

预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能试验

为掌握预应力钢箱高强混凝土组合梁的受扭性能,以箍筋间距和预应力等级为主要参数设计了3根足尺试验梁,在自行研制的扭转试验装置上进行试验,得到了试验梁的扭矩-扭率曲线、钢筋扭矩-应变曲线、钢梁及混凝土应变分布等重要参数,对破坏形态与工作机理进行了详细分析。采用预应力影响系数,推导出了该类组合梁的开裂扭矩计算公式;基于变角空间桁架模型理论,推导出了极限扭矩计算公式,并将计算值和实测值进行了对比分析。结果表明:计算值与试验值吻合良好;受扭承载力由混凝土翼板和钢箱梁组成的箱形梁承担;预应力等级对试验梁开裂扭矩影响明显,而箍筋间距和预应力等级对试验梁极限抗扭承载力影响不大。