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。     

PBL剪力键的弹性静力解析解

基于Airy应力函数和Winkler弹性地基梁理论,进行钢混组合结构中PBL剪力键在工作状态下的弹性静力解析解研究。根据PBL剪力键在工作状态下的受力特性,将PBL剪力键简化为混凝土圆环与贯穿钢筋相互作用的力学模型。在假设混凝土圆环的接触应力为抛物线分布的条件下,借助Airy应力函数,求解其工作状态下的应力和位移的解析解;应用Winkler弹性地基梁理论,得出贯穿钢筋的应力和位移的解析解。运用该解析解和有限元对算例的计算结果进行对比,结果表明该PBL剪力键在工作状态下的弹性静力解析解是可靠的。     

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。     

钢锚箱索塔锚固区受力机理

根据苏通大桥索塔锚固区钢锚箱的实际尺寸进行有限单元计算分析和节段足尺模型试验研究。有限单元分析采用ANSYS程序,全面分析钢锚箱在荷载作用下的应力,得知钢锚箱中受力最大位置发生在侧面拉板靠下部的圆倒角处,钢筋混凝土结构的最大主拉应力出现在索孔出口下边缘处。节段足尺模型试验研究表明,钢锚箱实测最大应力位置与计算分析结果基本相同,但应力水平稍低一些;混凝土结构中拉应力较大的位置出现在斜拉索索孔出口、内壁倒角、侧壁内侧等处;剪力钉应力最大者是最外侧的几列,且表现为从外侧列向中间列逐渐减小;试验的顶推荷载水平分力约75.7%由钢锚箱侧面拉板和横隔板承担,竖向分力通过端板上的剪力钉与混凝土之间的相互作用传递到混凝土上。     

大跨度四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以新建福厦高铁乌龙江高低塔混合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段三维有限元模型,分析最不利荷载工况下钢-混结合段中钢结构和混凝土的受力状态及轴力分配比例。结果表明:(1)钢-混结合段的受力状态处于安全设计范围之内;(2)结合段横向宽度大,剪力滞效应需给予关注;(3)刚度过渡段顶、底板轴力传递比例随外荷载变化而不同,但钢壳体总体传力规律与外荷载相关性较小;(4)钢-混结合段约46%的轴力由承压板以压力方式传递至混凝土,约18%的轴力由PBL剪力键传递给混凝土,剩余约36%的轴力由钢壳体上剪力钉和界面粘结力传递给混凝土。分析验证新建乌龙江大桥钢-混结合段结构设计的合理性,分析数据可为类似工程设计提供参考。     

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。     

斜拉桥波形钢腹板箱梁的力学特性研究

研究了斜拉桥中波形钢腹板箱梁在成桥状态下的力学特性。以新密市溱水路波形钢腹板箱梁斜拉桥为工程实例,通过有限元计算与分析得到主梁的竖向位移、波形钢腹板的剪应力、混凝土板的正应力和竖向挠度、主梁的纵向正应变、混凝土板的应力传递等各项力学规律。结果表明,波形钢腹板的竖向剪应力沿梁高方向近似均匀分布;波形钢腹板的竖向变形在整个主梁的竖向变形中起主要作用;波形钢腹板的纵向正应变小于混凝土板;按波形钢腹板承担全部剪力的传统理论进行结构设计偏于保守。     

Twin-PBL剪力键疲劳性能试验及有限元分析

为研究Twin-PBL剪力键在循环荷载作用下的力学性能,进行了5个Twin-PBL剪力键的疲劳推出试验。分析了其在不同疲劳荷载幅下的疲劳破坏模式、疲劳性能及荷载-滑移曲线。结合有限元仿真软件MIDAS/Fea进行空间实体建模,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和构件损伤形式进行了对比分析,并拟合得到平均相对误差为9. 09%的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在疲劳试验中,Twin-PBL剪力键的疲劳损伤寿命随疲劳荷载幅的增大而趋于短折; Twin-PBL剪力键疲劳试验后的残余滑移量能表征疲劳损伤的程度;有限元仿真模拟与疲劳试验相互印证了Twin-PBL剪力连接件的破坏模式,即混凝土板自底部呈45°斜向劈裂,开孔处混凝土榫剪碎,贯穿钢筋剪切变形。     

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。     

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。     

混合梁自锚式悬索桥钢混接合段结构形式的对比试验研究

广东佛山平胜大桥为我国首座混合梁自锚式悬索桥,钢混接合段是该桥设计的关键技术之一。为确保该桥钢混接合段连接的安全可靠,设计了3种不同结构形式的接合段接头模型,对3种接头模型进行了空间有限元分析和对比模型试验。结果表明:钢混接合段刚度的匀顺过渡可减小应力集中,使传力顺畅;平胜桥钢混接合段设计中对接合面处钢箱梁段作局部加强,对混凝土梁段设置刚度过渡,即采用与本文模型3类似的结构形式比较合理,接合段有足够的承载力;平胜桥钢混接合段采用PBL键连接或采用栓钉连接都是可行的。     

钢-砼组合箱梁考虑滑移时剪力滞效应分析

在假定的位移模式及相应的假定条件下,根据组合箱梁的应变表达式,采用虚功原理推导出平衡和变形协调方程。通过分部积分得到组合箱梁考虑相对滑移和剪力滞效应的微分方程以及相应的边界条件,利用差分法来求解带有边界条件的微分方程组。以带有悬臂翼板的钢 砼组合箱梁为例分析其考虑滑移时的剪力滞效应,通过算例可以看出砼板的应力随剪力连接件的刚度增大而增加,钢箱梁的应力和组合箱梁的挠度随剪力连接件的刚度增大而减小。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

自锚式悬索桥钢-混结合段施工技术

南京长江隧道工程右汉独塔自锚式悬索桥,边跨混凝土箱梁与主跨钢箱梁通过钢混结合段进行连接,钢混段采取PBL剪力键及抗剪焊钉、预应力等相应措施克服因材质不同、温度等因素对梁体的影响,使全桥混凝土与钢箱梁形成一个整体,满足结构受力需要。     

顶推钢导梁与主梁新型连接方式研究

常规顶推施工中钢导梁与主梁多采用精轧螺纹钢连接方式。由于某铁路桥主梁腹板厚度较薄、导梁与主梁高度不相匹配,采用常规的连接方式难以满足受力的需要。为解决这一难题,对常规顶推方案进行改进与创新,提出一种剪力分配梁与水平向精轧螺纹钢相结合的新型连接方式,方便地解决了工程实际需求。实践证明,该连接方式操作简单、适用性强。该方案的成功运用可以作为类似跨线桥(跨铁路、公路等)顶推施工导梁连接方案的借鉴。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。     

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。     

贵广铁路大跨预应力混凝土连续梁端部局部应力分析

针对大跨度预应力混凝土连续梁端部预应力锚固区,探讨梁体局部应力分析时预应力钢筋的模拟方法,采用优化后的建模方法建立了三向预应力作用下的梁端锚固区的有限元模型,分析了梁端部锚固区的受力机理,结果表明梁端设计合理,分析方法可靠。