新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。     

采用横向预应力的装配式空心板桥受力性能与设计计算方法

为了提高铰缝结合面的开裂荷载和破坏荷载,解决空心板桥横桥向受力问题,研究了采用横向预应力的装配式空心板桥的受力性能,采用局部模型试验的方法分析了铰缝结合面受力机理,采用足尺模型试验的方法研究了空心板桥整体受力性能,并基于铰缝结合面受力机理,确定了横向预应力的上、下限,进而提出了横向预应力设计计算公式。试验结果表明：采用横向预应力结合面的法向和切向黏结强度分别为1.40~1.45和0.50~0.62 MPa,较未采用横向预应力分别提高了8.1%~12.5%和12.4%~38.3%,而且提高横向预应力可以提高结合面的法向和切向黏结强度;采用横向预应力的空心板桥足尺试验模型的破坏模式表现为空心板的开裂破坏,试验过程中未出现铰缝开裂现象;横向预应力的施加可以提高空心板之间的横桥向联系,避免结构由于铰缝结合面损伤而丧失横向传递荷载的能力并导致结构破坏,提高空心板桥的极限荷载;提出的横向预应力设计计算公式可以较好地计算空心板桥横向预应力的设计值。     

结合面底部设开孔钢板的铰接空心板力学性能

针对现有铰接空心板桥的薄弱部位——铰缝, 提出一种在空心板与铰缝结合面底部设开孔钢板的空心板构造, 通过开孔钢板改变结合面裂缝开展的路径, 达到延缓空心板与铰缝结合面通缝形成的目的, 并进行了8m跨径的铰接空心板足尺模型试验。在试验和非线性有限元分析的基础上, 与结合面底部带钢筋的铰接空心板试验进行了对比。分析结果表明: 当试验荷载为100kN (1.43倍车辆荷载) 时, 空心板跨中出现横向裂缝, 空心板梁整体刚度降低, 空心板受力状态由弹性阶段进入弹塑性阶段; 在试验荷载加至300kN (4.29倍车辆荷载) 为止的整个加载过程, 未观察到空心板与铰缝结合面底部出现裂缝; 当结合面底部设门式钢筋时, 裂缝沿结合面从下向上扩展, 最终形成通缝, 然而, 当结合面底部设开孔钢板后, 铰缝沿结合面开裂至开孔钢板下方后, 裂缝的扩展需要绕过开孔钢板, 使得开孔钢板下方铰缝混凝土开裂后, 再沿开孔钢板上方结合面向上扩展, 形成通缝; 铰缝开裂荷载由结合面设置钢筋的69kN (0.99倍车辆荷载) 提高到314kN (4.49倍车辆荷载), 提高了3.50倍; 铰缝形成通缝时的荷载由结合面设置钢筋的199kN (2.84倍车辆荷载) 提高到489kN (6.99倍车辆荷载), 提高了4.51倍。可见, 在结合面底部设开孔钢板后, 铰缝裂缝开展路径发生变化, 延缓了空心板与铰缝结合面的开裂。     

结合面底部带门式钢筋的铰接空心板破坏模式分析

以在空心板与铰缝构造结合面底部布设门式钢筋的深铰缝构造为研究对象, 参照2007年交通运输部颁布的装配式空心板桥标准图, 设计了一跨8 m足尺模型, 通过试验和非线性有限元法分析了车辆荷载作用下铰接空心板破坏类型、破坏位置与开裂荷载等破坏模式。分析结果表明: 试验验证了铰接空心板非线性有限元模型能较好地模拟铰接空心板在车辆荷载作用下的受力性能; 在空心板与铰缝结合面的三个方向的黏结滑移关系中, 应以竖向相对滑移量作为结合面黏结破坏失效的指标; 在车辆荷载作用下, 空心板与铰缝结合面是最薄弱的受力部位, 当荷载达到69 kN(0.99倍车辆荷载)时, 空心板与铰缝结合面底部开裂, 但当荷载达到85 kN(1.21倍车辆荷载)时, 空心板跨中截面底部才出现横向裂缝; 与在结合面底部不设门式钢筋的空心板相比, 在结合面底部设置门式钢筋后虽不能明显提高铰缝构造的开裂荷载, 但可以将铰缝通缝荷载从140 kN(2.00倍车辆荷载)提高至199 kN(2.84倍车辆荷载), 且不出现贯通的纵桥向裂缝。     

考虑横向预应力效应的钢-混组合梁桥PBL剪力键试验研究

为研究钢-混组合梁桥PBL剪力键的抗剪承载能力及其影响因素,以兰州小砂沟大桥为工程背景,设计3类13组共33个试件,采用推出试验的方法进行试验研究,对比分析了PBL剪力键的破坏形态、破坏机理以及抗剪承载能力的影响因素,提出了考虑横向预应力效应的PBL剪力键抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:贯穿钢筋直径、钢板开孔孔径以及钢板厚度的增加均能有效提高PBL剪力键的抗剪承载能力;横向预拉应力的存在促进了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度无法得到充分发挥,从而降低了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力降低可达10%;横向预压应力的约束作用延缓了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度得到充分发挥,提高了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力提高可达20%;考虑横向预应力效应的公式计算结果与试验结果吻合较好.      

钢板-混凝土组合加固T形梁桥受力分析

文章采用有限元软件Midas对某T形梁桥钢板-混凝土组合加固前后的应变、挠度的变化进行了分析,同时采用Ansys软件计算出加固前后的极限抗弯承载能力,结果表明:钢板-混凝土组合加固可以有效提高T形梁桥截面的抗弯承载能力。     

钢-混凝土组合深梁填充钢框架动力弹塑性分析

钢-混凝土组合深梁填充钢框架是一种新型抗侧力结构体系.用有限元分析软件SAP2000对6层钢框架和6层钢框架填充组合深梁进行了动力非线性时程分析,得到结构的顶点位移、基底剪力、层间位移角、楼层位移及塑性铰发展情况.通过对比分析发现,钢框架内填深梁以后,结构刚度和承载能力增强,且深梁首先破坏,保证钢框架安全,充分起到了抗震第一道防线的作用.     

钢-混组合结构连接件受力性能分析

为了分析贯穿钢筋直径大小、钢板开孔大小、混凝土强度等级等因素对PBL剪力键极限承载力的影响。运用大型非线性有限元分析软件MADIS FEA对模型进行理论分析,通过控制变量法研究各因素对PBL剪力键受力性能的影响。在贯穿钢筋直径、钢板开孔大小一致时随着混凝土等级的提升荷载滑移量减少11%;在混凝土等级、贯穿钢筋直径一致时随着钢板开孔增大荷载滑移量减少17%;在混凝土等级、钢板开孔大小一致时随着贯穿钢筋直径的增大荷载滑移量减少16.5%。混凝土强度等级、钢板开孔大小、贯穿钢筋对PBL剪力键的受力性能有重要影响并遵循一定的规律。     

矩形钢管混凝土柱局部屈曲分析

在矩形钢管混凝土柱中采用薄壁钢板将引起局部屈曲,局部屈曲会降低钢管混凝土柱的强度、延性和抗弯刚度。主要分析在偏心荷载作用下,矩形钢管混凝土柱局部临界屈曲应力σcr的变化情况。因此,通过引入应力梯度系数φ来描述偏心距,并应用伽辽金法推导出了矩形钢管混凝土柱局部屈曲的临界应力公式。从公式可知,随着应力梯度系数φ的增加,矩形钢管混凝土柱中外包钢板的局部屈曲应力会减小。另外,完全的轴心压力对矩形钢管混凝土柱的局部屈曲是不利的。     

粘贴对夹钢板工艺在桥梁加固中的应用——石太高速甘淘河特大桥加固事例介绍

作为桥梁加固的常规工艺一粘刚法，主要是采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，以提高其刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展，从而取得提高构件的抗弯、抗剪能力，以及减少裂缝扩展的效果，从而达到加固补强、提高桥梁承载能力。     

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能,通过建立节点的有限元模型,分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响,并在此基础上,针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明：绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏,增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力;绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时,或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时,发生钢桩屈服破坏,提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力;随着轴压比的增大,发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低,但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略;提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力,计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941,因此,可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析;建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽,这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。     

钢套管再生混凝土加固柱轴压试验

为实现建筑业节能减排的目标,提出了钢套管再生混凝土加固柱的新加固方法,对1个未加固柱、12个钢套管再生混凝土加固柱以及2个钢管混凝土柱进行轴压试验,并对试件的承载力和变形特点进行分析,并讨论了该加固柱的承载力计算方法.研究结果表明:加固后试件的承载力提高2.19～3.98倍,且加固柱的刚度、延性均比原柱有明显提高;钢套管再生混凝土加固柱的承载力为钢套管普通混凝土加固柱承载力的91.8%～97.0%;当填充再生混凝土强度由27.0 MPa增加到32.9 MPa时,加固柱的承载力仅提高2.67%;对于再生粗骨料取代率为50%的试件,当钢套管厚度由1.81 mm增加到3.84 mm和5.84 mm时,承载力分别提高了34.0%和77.8%;考虑原柱初始应力后,试件峰值应变减小47.1%～59.3%;钢套管加固柱与钢管混凝土柱具有类似的受力性能.采用不同规范计算试件的承载力,结果表明EC4规范公式的计算精度最高,稳定性最佳.      

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

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。     

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。     

预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点承载能力的试验研究

为了更好的实现建筑结构工厂化生产,找到可靠、实用、经济的预制装配式结构连接方式,提出了预制装配式部分钢骨混凝土框架结构的概念,进行了六个预制装配式部分钢骨混凝土节点试件的低周往复试验,并与四个相同工况的钢筋混凝土试件的承载力、裂缝和破坏情况进行了对比分析,结果表明：预制装配式部分钢骨混凝土试件的承载力约为普通钢筋混凝土试件的3倍,符合“强节点弱构件、强柱弱梁”的抗震设计理念,说明预制装配式部分钢骨混凝土框架结构的承载能力优于普通钢筋混凝土结构,连接可靠,是实现工厂化生产、现场装配施工的可行结构形式.