新型无格室钢-UHPC结合段受力性能及参数分析

为研究新型无格室钢-UHPC结合段的受力性能和传力机理,以主跨240 m的沅水特大桥主桥为研究背景,采用有限元分析方法建立了钢-UHPC结合段局部模型,分析了结构受力以及影响结构传力的构造参数。结果表明：在最不利正弯矩工况下,结构传力平顺,各部分应力基本满足要求;栓钉连接件剪力大小基本呈马鞍状分布,综合剪力最大达29.7 kN,具有一定的安全储备;承压板承担轴向荷载比例为82.34%,承担比例随着承压板厚度的增大有所提高;混凝土强度增大和UHPC顶/底板厚度增大均可减小栓钉连接件剪力;UHPC结合段能有效减小栓钉连接件滑移;结合段长度增大的同时不能有效发挥中间栓钉连接件抗剪作用。     

混合连续梁桥钢混结合段局部应力分布及传力机理分析

以南京机场二通道秦淮新河桥工程为背景,建立钢混组合的混合连续梁精细化有限元模型,分析钢混结合段在各种荷载工况下的局部应力分布规律以及荷载在结合段内的传递路径。研究结果表明:受较大预应力的影响,结合段混凝土纵向保持受压状态,同时产生较大的横向剥裂应力;轴力在结合段分别通过前、后承压板和剪力连接件3种路径进行传递,后承压板的贡献最大;剪力连接件的传力效率不均匀,后承压板附近及前承压板之后的剪力连接件作用较大。     

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。      

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.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,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

钢-混凝土双面结合梁界面在集中荷载作用下的滑移表达

钢-混凝土双面结合梁在内支座负弯矩区设置下翼缘钢筋混凝土板,并通过剪力连接件与钢梁共同作用,从而提高了梁的刚度和承载力。运用基本力学方法对钢-混凝土双面结合梁在使用荷载作用阶段的滑移效应进行探索性分析,推导得到集中荷载作用下负弯矩区上、下界面滑移及滑移应变沿梁长分布的表达式。     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

钢-UHPC结合段PBL连接件和钢梁端面承压联合作用研究

钢-混结合段作为钢梁和混凝土连接为整体的核心部件,传力构件的受力性能对钢-混凝土结合段至关重要。为提高结合段的力学性能,进行了仅有钢梁端面承压、PBL连接件和两者联合作用3组推出试验。结果表明：3组试件最终破坏裂缝分布均为钢梁端面侧“八”字形分布;钢梁端面组(D组)试件破坏模式主要为UHPC的开裂破坏而失效,PBL连接件组(P组)和联合作用组(PD组)试件主要是贯穿钢筋的剪切破坏而失效;3组试件的荷载-滑移曲线均包含弹性、裂缝开展和屈服3个阶段,由于贯穿钢筋和UHPC榫具有抑制裂缝开展和提高试件延性的作用,P组和PD组试件裂缝开展阶段较D组更短,屈服阶段更长,延性更好。对荷载-滑移曲线进行拟合,提出了钢梁端面承压和PBL连接件承载力随滑移量变化的计算公式。引入滞后滑移差Δs_j,当Δs_j=0～0.67 mm时,联合作用计算结果偏于安全。计算得到钢梁端面承压传力比例约为43%,PBL连接件传力比例约为57%,两者传力效果基本相当。利用UHPC作为外包混凝土时,建议采用承载能力更高的贯穿钢筋,以充分发挥UHPC的高强性能,从而提高结合段的承载能力。     

大跨钢-混凝土结合梁斜拉桥传力机理

为探讨大跨结合梁斜拉桥中钢主梁与混凝土板的传力机理,采用梁段模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对观音岩长江大桥主梁的受力性能进行了研究.用有限元软件ANSYS建立标准梁段的空间有限元模型,对不同组合荷载作用下结合梁的应力分布进行了弹性分析;考虑材料的非线性特性和剪力钉荷载-滑移的非线性关系,对设计荷载组合下结合梁的力学行为进行了弹塑性分析.在此基础上,采用1:2的缩尺比例进行模型试验研究,测试了不同荷载组合下结合梁截面的应力.研究结果表明:在设计荷载组合作用下,混凝土板与钢主梁间的相对滑移较小,剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;结合梁截面应力基本满足平截面假定,钢主梁以抗弯为主,混凝土板承担较大截面压力.      

承压锚固型斜拉桥钢塔结合段受力性能和锚杆传力机理研究

承压锚固型结合段锚固构造为斜拉桥钢索塔重要传力构件,研究了承压锚固型结合段的承压、抗弯性能,分析了施工阶段分两次张拉过程中及成桥运营期间各部件的受力,揭示了预应力锚固螺杆的应力分布状况与传力机理,掌握各部件实际应力分布并验证设计的安全性,为设计、施工和监测提供可靠依据.研究结果表明：索塔钢混结合段锚固构造在两次张拉及运营期间下受力明确,构造合理,承压、抗弯性能良好;预应力锚杆为重要传力构件,其有效预应力是影响压浆层与承压板之间可靠结合的关键因素,在锚杆预应力损失50%时,顺桥向弯矩最不利工况下承压板与压浆层之间约1/3区域脱离接触,应对运营期间的锚固螺杆中的有效预应力进行长期监测,并制定相应的补张方案.     

铁路连续复合刚构桥墩梁刚性节点的受力分析

连续复合刚构桥墩梁刚性节点受力复杂,本文以工字型钢连续组合梁＋RC桥墩的刚接接头为例,应用大型通用有限元软件MSC.Nastran进行3D-FEM分析,研究了其传力特性,重点探讨了剪力键传力机制.通过对连续复合刚构桥主梁（工字型钢主梁的组合梁）与RC桥墩刚性连接构造细节的3D-FEM分析,探讨了刚性节点的传力机制,重点是剪力键所承担的剪力分布.分析结果表明,墩梁刚性节点采用剪力键连接方式可以有效的传递内力,而且节点的施工性能得到极大改善.研究成果有利于组合刚构桥的设计和应用.     

组合梁桥剪力连接件浅析

剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘板共同工作的关键元件,合理安全地确定其抗剪承载力对组合梁的设计和保证其整体工作性能至关重要。重点介绍了组合梁桥连接件中的栓钉和开孔钢板连接件的性能、应用情况与抗剪能力的计算。     

剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响

为探究剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响,以某跨径40m的简支钢-混凝土组合箱梁桥为依托,分析剪力连接度对结构的抗弯承载力、相对滑移和破坏模式的影响。结果表明:当剪力连接度＜0.75时,组合梁桥的抗弯承载力与弹塑性阶段的抗弯刚度随剪力连接度的增大而增大,相对滑移随剪力连接度的增大而减小;当剪力连接度≥0.75时,剪力连接度的增加对组合梁桥受力影响较小。调研统计发现,目前国内钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值较为保守,综合考虑工程结构的受力性能与经济性,建议钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值范围为0.75~1.25。     

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明：钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.     

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

变宽钢-混凝土组合梁桥设计与施工

综合考虑防撞、景观、跨堤坝及桥梁位于枢纽变宽区等因素,七都大桥北汊桥永嘉侧引桥采用（4×56.25+60）m变宽钢-混凝土组合梁桥形式。组合梁由下层钢槽梁和上层预制混凝土桥面板通过剪力钉连接而成,通过支点顶升和合理的桥面板与钢槽梁叠合次序达到给负弯矩区桥面板施加预压力的目的。钢槽梁水中段采用平潮位浮吊整体吊装;跨堤变宽段分两个大节段,近江段采用浮吊整体吊装,远江段在高潮位整体吊装,再通过特设滑移轨道滑移至设计位置的方式。预制桥面板采用运梁车和特设架板机施工。     

考虑剪力滞效应的钢-混凝土结合梁位移闭合解

基于传统初等梁理论假设钢-混凝土结合梁的应力沿宽度呈均匀分布,而考虑剪力滞后效应影响,混凝土板和钢梁上、下翼板的应力沿宽度呈近似抛物线的分布状态.为了准确地估计钢混凝土结合梁的应力状态,对混凝土板和钢梁翼板分别取不同的剪力滞翘曲位移函数,运用势能变分原理,推导了钢混凝土结合梁考虑剪力滞效应的控制微分方程,并求出了其闭合...     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁受剪性能试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受剪性能,以配筋率和混凝土板厚为变量参数,对5根腹板开洞连续组合梁进行了两点单调对称集中加载试验,采用剪力分离方法对应变试验数据进行计算,得到组合梁钢梁和混凝土板承担的剪力.试验结果表明:腹板开洞不仅降低了连续组合梁的刚度和承载能力,而且引起洞口区域混凝土板和钢梁截面的竖向剪力重分布,剪力主要通过洞口上方的混凝土板来承担,占到总剪力的 85%~90%;洞口区域不再符合平截面假定,最终连续组合梁洞口发生剪切破坏,组合梁丧失承载能力;增加混凝土板厚度和截面配筋率可以提高连续组合梁的承载和变形能力,并可以用来进行洞口区域的补强.      

预应力混凝土脊骨梁剪力滞效应研究

脊骨梁的悬臂特别长,作为梁的一部分,翼板将参与梁的纵向弯曲,其横向剪力滞效应非常显著;同时悬臂板将板上的荷载横向传递给脊梁时产生横向弯曲,即还存在纵向剪力滞效应问题,为了明确脊骨梁整体和局部力学行为特征,以及翼板在横向弯曲时的纵向有效分布宽度,通过组合有限元方法,建立脊骨梁的三维实体单元模型,考虑预应力和各种加载方式,分析预应力混凝土脊骨梁纵向、横向剪力滞效应,为混凝土脊骨梁的设计提供参考.     

竹-混凝土组合结构螺钉剪力连接件推出试验研究

为了充分利用环境友好型材料竹材,文中提出了竹材-混凝土组合结构桥面板,即以抗拉强度较高的竹胶板作为受拉区,而以抗压强度较高的混凝土作为受压区,2种材料界面处采用螺钉剪力连接件而形成竹-混凝土组合结构板.为了掌握竹-混凝土组合结构螺钉剪力键的抗剪承载能力等基本力学性能,完成了9组共27个推出试件的推出试验,综合研究了螺钉的直径、钉入角度、顺纹向排列间距对螺钉连接件抗剪承载能力的影响,并对推出试验数据进行了拟合处理分析,提出了该螺钉剪力键的抗剪承载能力、抗剪刚度计算公式,以及螺钉剪力键荷载-滑移曲线的函数表达式,为该类型剪力连接件在竹-混凝土组合结构的实际应用提供必要的前提.     

基于梁格法的组合梁斜拉桥力学性能研究

为对钢混组合梁斜拉桥的力学性能进行研究,并方便设计人员进行合理的工程设计,以一座跨径布置105 m+220 m+105 m的钢混组合梁斜拉桥为例,提出了一种将桥面板梁格化的组合梁斜拉桥计算方法,该方法采用Midas Civil进行整体建模,以梁格法对桥面板进行离散,综合考虑混凝土收缩徐变特性、桥面板预应力效应、主梁的温...