大跨重载装配式钢桥主桁销接节点设计

针对销轴尺寸较大时大跨度装配式钢桥主桁销接节点的节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题,提出一种在桁架弦杆间设置阴阳接头的大承载力销接节点设计方案。对该销接节点的传力机理和受力特性进行了数值模拟研究,并采用现行规范的计算方法对该节点设计的合理性进行了分析验证。结果表明,在弦杆间设置阴阳互插接头后,弦杆内力由节点板和阴阳互插接头共同承担,节点板销孔孔壁承压应力大幅降低,节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题得到有效解决;此类销接节点销孔的孔壁承压面积可近似取半个销孔的圆弧长度进行计算;此类销接节点的销子受力以剪切为主,销子应采用抗剪强度较高的材料制造。     

洞庭湖大桥销接节点设计精细化分析

采用实体单元及接触面单元建立销接节点区域局部有限元模型,精细的模拟了销接节点的受力。结合洞庭湖大桥主梁和吊索连接的销接节点设计,揭示了销接节点的受力状态,得出销孔接触面的接触应力及吊点耳板销孔局部承压的应力分布,并结合国外相关规范对洞庭湖大桥的销接节点进行了计算。     

美国I-35W大桥连续垮塌过程研究

为研究美国I-35W大桥连续垮塌原因,基于我国钢结构设计规范,采用理论推导与有限元仿真结合的方法,对节点板和整体结构失效过程进行分析。首先根据实桥在运营和维修过程中的受载情况,对4种典型工况下,全桥模型中U10节点板抗拉、抗剪及局部稳定性进行分析,得到其破坏的原因和失效的过程;最后分析了U10节点板失效后全桥结构连续垮塌过程。结果表明:集中作用于U10节点板处的维修荷载是其破坏的直接外因;节点板抗剪强度不足是其失效内因。全桥连续垮塌过程为:U10节点板剪切破坏后节点连接杆件受力急剧变化,原设计受拉竖杆变为压杆,杆件失稳破坏,整个节点失去刚度,桥梁结构体系改变,无法继续按原设计承载,结构垮塌。     

桥梁销接支座的局部分析

销接节点作为结构中经典铰接形式,在工程中被广泛采用,结合有限元软件对其进行局部分析是精细化设计的重要工作。桥梁销接支座不同于常规的吊耳计算,更加关注局部承压以及接触面应力状态。以一座人行天桥销接支座的设计工作为例,运用有限元软件ANSYS进行实体建模和接触分析,同时采用经典理论和规范公式分别进行了计算,验证数值算法并提出了修正的建议,并结合国内外相关规范对重点关注的计算结果给出了验算方式。     

钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析

为研究钢桁腹-混凝土组合梁中钢管腹杆与混凝土弦杆K形组合节点的传剪机理,开展K形节点区抗剪试验及节点区键销钢筋、连接螺栓的直剪试验,得到K形节点区的破坏形态,并通过试验提出的钢筋及螺栓直剪的多折线荷载~位移本构模型,进行K形节点区的精细化三维非线性仿真分析。研究结果表明,K形节点区的竖向剪力来自于相邻节间弦杆的轴力差,键销钢筋及连接螺栓的直剪破坏是节点区受剪失效的主要原因,其抗剪承载力主要由键销钢筋及连接螺栓提供;所建立的K形节点区非线性仿真模型能够较好地反映节点区的破坏形态,极限承载力及荷载~位移曲线与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土节点承载力计算方法

钢管混凝土桁式结构广泛应用于桥梁工程中。为探明钢管混凝土节点的破坏机理,得到其承载力计算方法,系统汇总了国内外报道的圆形和矩形钢管混凝土节点试验数据,并根据节点形状和支管受力形式,分为139个受压节点、16个受拉节点和38个K型节点,分析主管内填混凝土对节点构造、破坏模式和承载力的改善,提出钢管混凝土节点设计流程和承载力计算方法。研究结果表明:在满足节点构造和焊接要求前提下,主管表面钢板层状撕裂破坏、焊缝破坏和受拉支管背面主管顶板局部屈曲破坏可以有效避免。对于受压节点,空钢管节点可能发生主管侧壁屈曲或表面屈服线破坏,而主管内填混凝土后,其破坏模式变为横向局部承压破坏,承载力平均提高8.3倍,不需要进行受压节点验算;对于受拉节点,管内混凝土能提高节点受拉刚度,破坏模式趋于主管表面冲剪破坏;对于K型节点,承载力以受拉支管控制,主要发生主管表面冲剪破坏,其强度与支管有效宽度破坏相当,即实现节点和钢管杆件等强设计,此外,考虑主管混凝土抗剪贡献后,主管抗剪承载力提高1.1~1.3倍;提出了钢管混凝土节点设计流程,并给出其节点承载力计算方法,圆形和矩形钢管混凝土节点均以受拉支管控制,需进行主管表面冲剪破坏和支管有效宽度破坏验算,同时,矩形钢管混凝土节点还需进行主管间隙处剪切破坏验算。     

基于销槽承压弹塑性模型的胶合木-钢夹板螺栓连接抗剪性能研究

为了提高胶合木-钢夹板螺栓连接构件抗剪承载力的计算精度,在考虑构件厚径比的影响下,对单螺栓连接的胶合木-钢夹板连接构件进行了抗剪性能试验。采用推出试验的方法,设计了5大组,3小组共45个推出试件,探究其从加载到破坏整个过程中的剪切破坏情况。基于销槽承压理想弹塑性模型、螺栓连接的承载力理论与Johansen的"屈服理论",提出了3种螺栓连接在抗剪承载力下出现的剪切破坏模式,并推导出胶合木-钢夹板螺栓连接构件的抗剪承载力计算公式。试验结果表明:胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随着厚径比的增大,螺栓连接破坏模式会逐渐由"单铰"破坏模式变成"双铰"破坏模式。通过推导式计算的胶合木-钢夹板螺栓连接件抗剪承载力理论值和试验值差值最大差值仅为8. 72%,计算结果与试验结果吻合良好。     

改进螺旋线型组合销剪力连接件承载力试验研究

为研究新型剪力连接件——改进螺旋线型(MCL)组合销剪力连接件的受力性能,考虑粘结摩擦力、椭圆开孔等因素,设计3组MCL组合销剪力连接件试件与3组开孔板(PBL)剪力连接件试件共同进行推出试验,对比分析2类剪力连接件的破环形态、极限承载力、抗剪刚度、延性及结构应变,并根据试验结果得到MCL组合销剪力连接件承载力计算公式。结果表明:2类剪力连接件试件破坏形态均为混凝土剪切破坏,且为延性破坏;MCL组合销剪力连接件的极限承载力高于PBL剪力连接件,在MCL组合销剪力连接件上开椭圆孔会明显提高其极限承载力,但会降低其刚度;MCL组合销剪力连接件的抗剪刚度和延性均优于PBL剪力连接件;钢销下部应变变化幅度较大,为MCL组合销剪力连接件应力集中区域。文中提出的MCL组合销剪力连接件承载力公式计算方法考虑了组合销、粘结摩擦力和椭圆孔承载力,工程适用性较好。     

拉挤GFRP型材层合板螺栓连接试验

为探明桥梁用拉挤型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合板螺栓连接破坏模式与承载性能,以螺栓直径与板件厚度比(1.0,1.2,1.4)、搭接板件组成(GFRP-GFRP,GFRP-钢板)及荷载作用方向(纵向:平行于拉挤方向;横向:垂直于拉挤方向)为变化参数,进行了共计36个单搭接单螺栓连接拉伸试验。根据连接荷载-位移曲线、应变及破坏模式的测试结果,比较分析了各变化参数对拉挤GFRP层合板螺栓连接力学性能的影响。研究结果表明:对于连接破坏模式,纵向连接中,除GFRP-GFRP连接直径14mm试件组为销承压破坏,其余GFRP-GFRP,GFRP-钢板连接均为螺栓破坏;横向连接中,GFRP-GFRP连接为净截面拉伸-弯曲破坏,GFRP-钢板连接为净截面拉伸破坏;随着螺栓直径与板件厚度比增加,连接强度及刚度提高;GFRP-钢板连接相比GFRP-GFRP连接能更好地减小单搭接螺栓连接的二次弯曲效应,提高连接刚度;对于以0°方向纤维为主的拉挤GFRP层合板,纵向连接的强度及刚度均高于横向连接,纵向连接的次弯曲效应小于横向连接。     

预制空心板梁桥铰缝加固试验研究

空心板梁桥在公路桥梁中应用广泛,但随着使用年限增加,板梁铰缝及其附近铺装层发生破坏,严重时导致单板受力。采用加厚重做混凝土铺装层的方法对破损铰缝进行加固,制作了3组板梁加固节点的足尺模型,开展了不同受力模式下的静力加载试验,得到了加固后铰缝部位的破坏模式和极限承载力。结果表明:铰缝与板梁交界面率先发生开裂之后,试件的最终破坏均表现为混凝土铺装加固层的弯曲或剪切破坏,且不同破坏模式下的铰缝节点均表现出较好的延性。与基于全桥实体有限元分析得到的铰缝截面最不利内力设计值相比,加固后铰缝节点的抗弯和抗剪承载力分别高出3倍和1倍,该加固方法可在工程实践中推广应用。