开孔钢板铰缝连接构造受力性能与计算方法研究

针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出开孔钢板连接构造,在空心板间形成类似于钢制铰结构。通过试验验证的空心板间开孔钢板连接构造的推出试验数值模拟方法,研究了贯穿钢筋直径、开孔钢板厚度和开孔钢板强度变化对新型连接构造的抗剪承载力影响。结果表明:铰缝抗剪强度随着开孔钢板板厚、强度及贯穿钢筋直径的增大而增大,增大幅度会逐步减小,开孔板板厚和强度变化对于铰缝抗剪强度的影响小于贯穿钢筋直径变化的影响。最后,给出开孔钢板连接构造的合理构造和抗剪承载力计算公式。     

空心板桥钢横隔板连接结构抗弯性能研究

针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出了开孔钢板连接构造,在空心板间形成钢横隔板结构传递板间荷载。为了掌握新型空心板连接结构的抗弯受力性能,采用已验证纯弯加载的有限元模拟方法进行分析,并给出了新型空心板连接结构的抗弯承载力计算建议公式。研究表明:随着贯穿钢筋直径的增大,新型空心板间连接结构抗弯承载力提高,当贯穿钢筋直径达到一定值时,局部铰缝混凝土破坏将是控制设计的主要因素。开孔钢板板厚和强度相对贯穿钢筋直径影响相对较小,只有在开孔板刚度较小时,开孔板板厚对结构受力影响较大。     

钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学性能研究

为探究钢-UHPC组合结构与普通钢-混组合结构中PBL剪力键力学性能的差异性,通过推出试验和有限元分析相结合的方法对其展开详细研究。首先,对9个UHPC试件和9个普通混凝土试件进行推出试验,根据2种混凝土试件中PBL剪力键的破坏形态、荷载-滑移曲线及应变分布规律揭示其失效机制及力学性能的差异,分析贯穿钢筋直径和钢板开孔数对PBL剪力键力学性能的影响;然后,采用试验结果验证的有限元模型开展参数分析,详细探讨UHPC强度、钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度对PBL剪力键极限抗剪承载力的影响;最后,基于试验和有限元分析结果,提出考虑钢纤维的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式。结果表明：受钢纤维的影响,UHPC的裂缝发展受到限制,且较普通混凝土裂缝数量少、宽度小;UHPC试件中贯穿钢筋发生明显屈服,以剪切破坏为主;单孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径,而受混凝土强度影响较小;多孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径和混凝土强度;与普通混凝土试件相比,UHPC试件的抗剪刚度提升了2～3倍,双孔剪力键极限抗剪承载力约提高41%,三孔约提高56%;钢板开孔孔径、...     

锈蚀对钢筋强度影响试验研究

通过从实桥构件和电化学快速锈蚀构件中获得361根锈蚀钢筋样本,基于锈蚀钢筋拉伸试验,分别建立了HPB235和HRB335两种类型钢筋的质量锈蚀率、截面锈蚀率与屈服荷载、极限抗拉荷载、屈服强度及极限抗拉强度间的关系,对比了锈蚀率对不同类型钢筋屈服强度、极限抗拉强度、屈服荷载和极限抗拉荷载的影响;回归了快速锈蚀与自然锈蚀两种环境下钢筋质量锈蚀率与屈服荷载和极限抗拉荷载的关系,分析了两种环境对锈蚀钢筋力学性能影响的差异。研究表明:锈蚀对极限荷载、极限强度的影响分别大于屈服荷载、屈服强度;锈蚀对HRB335钢筋的影响比对HPB235钢筋的大;快速锈蚀条件下钢筋屈服荷载和极限荷载下降速度较自然锈蚀条件的快。     

开孔板连接件布置方法试验研究

基于42个推出模型试验数据,对组合结构桥梁中开孔板连接件的布置方法进行研究。结果表明:混凝土强度增加可以提高开孔板连接件抗剪承载力随孔径增加的增长率;孔径和孔中钢筋直径相互匹配能有效提高开孔板连接件的抗剪承载力;混凝土板厚度、开孔板板厚、板高和板间距对抗剪承载力影响较小;为充分发挥开孔板连接件的抗剪能力,实际结构中开孔板厚度宜大于8 mm,板间距不宜小于5.5倍孔径。     

开孔板连接件抗剪性能参数敏感性分析

开孔板连接件是指在钢板适当位置开圆孔,将混凝土灌入圆孔中形成混凝土榫,依靠圆孔中混凝土承担钢与混凝土间作用力的新型连接件。影响开孔板连接件抗剪性能的主要因素有开孔板的孔径、贯通钢筋直径、混凝土强度等,基于混凝土弹塑性断裂-损伤模型,建立开孔板连接件数值模型,针对此3个因素进行参数分析,研究了其抗剪性能,取得了较好的效果。     

具有短钢筋连接件的超薄轻型组合桥面结构抗剪性能初探

钢—超薄UHPC轻型组合桥面板中UHPC层太薄难以采用常规剪力连接件,笔者团队提出一种新型短钢筋剪力连接件替代常规连接件。首先对短钢筋连接件静力抗剪性能进行初步研究,研究方法采用常用静力推出试验方法。共设计3组(5个)短钢筋推出试件,其中焊缝长度包含15、20、30 mm。试验结果表明:试件存在2种破坏模式,分别为焊缝剪断和超高性能混凝土局部破坏模式;短钢筋连接件承载力随着焊缝长度增加而提高;短钢筋连接件抗剪承载力比栓钉更高。然后对实验模型采用ABAQUS有限元软件进行仿真分析。其中短钢筋连接件、钢板和超高性能混凝土均采用C3D8R单元,钢筋网采用C3D2桁架单元进行模拟。计算结果与试验值符合较好。在模型与试验相验证的基础上,进行了不同焊缝长和不同短钢筋直径的静力推出试件的有限元参数分析,探明了焊缝长和短钢筋直径对荷载-滑移曲线的影响规律。     

薄开孔板连接件抗拔性能试验及理论研究

在试验研究基础上,对组合结构索塔中开孔板连接件的抗拔性能进行理论分析。组合索塔中连接件设计主要考虑抗拔性能。为避免剪坏纵向承重钢筋,需要采用薄板。设计了一批34个单孔薄开孔板连接件抗拔试验,通过反力架上方的穿心千斤顶顶升丝杠实现对连接件的拉拔作用,同时千斤顶的反作用也可以将反力架固定在混凝土基体之上。考察了板厚、开孔位置、钢筋在钢板孔中的相对位置、开孔直径、钢筋直径等参数对其抗拔性能的影响;通过对钢筋应变的检测,记录钢筋在薄开孔板连接件受力过程中的应力分布情况。总结薄开孔板连接件拔出过程和破坏形态规律,发现其表现为钢板破坏为主,钢筋在孔中位置对其承载力、刚度、延性等均有一定影响;得到了钢筋在连接件受力过程中的应力分布,发现钢筋在距中心7 cm的位置应力不超过50 MPa,推知并排放置的连接件之间互相影响很小。连接件初始及弹性加载阶段荷载-位移曲线特征研究表明,该连接件具有足够的初始刚度,为其工程应用提供了理论指导。最后,总结薄开孔板连接件受力机理,建立预测其抗拔承载力的计算公式,适用于开孔板连接件钢板部分的抗拔承载力,计算结果与试验符合良好。     

空间倒三角形管桁架组合梁有限元分析及设计参数研究

为研究设计参数对空间三角形管桁架组合梁受力性能的影响,依据管桁架组合结构试验模型参数,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,以混凝土板的材料等级、板宽及板厚、弦杆的材料等级、壁厚以及桁架节间宽高比、倾斜桁架间夹角等为参数对其极限承载力的影响进行了分析。结果表明:混凝土强度、板宽、板厚增加66.7%、66.7%、100%,其极限承载力则相应提高了5.6%、1.5%、16.2%;当弦杆采用Q345B、Q390B级钢时,其极限承载力相对于采用Q235B级钢增加了17.8%、18.6%,下弦管壁厚增加50%时,其极限承载力提高6.1%;当倾斜桁架节间宽高比接近于1时,其极限承载力最高,而两倾斜桁架间的夹角大小对极限承载力基本无影响。     

混合梁桥大规格开孔板剪力键受力性能试验研究

为研究混合梁桥大规格开孔板剪力键(PBL剪力键)的荷载~滑移特性和承载能力,制作11种不同开孔直径(40,60,80mm)和贯穿钢筋直径(0,16,22,28,32mm)的PBL剪力键试件进行承载力试验,研究试件的荷载~滑移特性、极限承载力及开孔直径和贯穿钢筋直径对承载力的影响,并根据试验结果拟合承载力计算公式。结果表明:对于大规格PBL剪力键,贯穿钢筋直径较大时,PBL剪力键的荷载~滑移曲线分为弹性段、弹塑性段和强化段3个阶段;无贯穿钢筋和贯穿钢筋直径较小时,PBL剪力键的荷载~滑移曲线分为弹性段、弹塑性段、下降段和残余承载力段4个阶段;PBL剪力键的承载力随开孔面积的增大而增大,随贯穿钢筋面积的增大线性增大;拟合的承载力计算公式具有较高的安全余量和保证率,计算结果与试验结果吻合较好。     

HRB500钢筋混凝土桥墩承载能力及延性性能研究

为研究剪跨比、钢筋强度及箍筋间距对混凝土桥墩承载能力及延性性能的影响,设计了4个混凝土实心墩试件(3个试件配置了HRB500钢筋、1个试件配置了HRB335钢筋),采用拟静力加载方案进行恒定轴压力作用下的低周往复加载试验,分析试件破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线及耗能能力。研究表明:剪跨比较大的试件呈弯曲破坏形态,剪跨比较小的试件呈弯剪破坏形态;对于剪跨比较大的桥墩,配置HRB500钢筋的试件比配置HRB335钢筋的试件具有更高的承载能力和延性性能,配置HRB500的钢筋能够改善试件的滞回性能;增加箍筋间距能够提高配置HRB500钢筋试件的承载能力和延性性能。     

连续配筋混凝土路面温度场研究及设计参数敏感性分析

针对现有研究较少关注温度场形成条件对连续配筋混凝土路面(CRCP)结构设计参数影响的不足,依托南方某实体路面结构,以工程传热理论和有限元(FE)方法为指导,利用Fortran语言编制的热力学边界条件子程序拓展有限元软件Abaqus的主程序功能,对CRCP的温度场进行了仿真模拟,对钢筋埋置位置的温降幅值和正、负温度梯度等设计参数的敏感性进行了分析。计算结果表明:①CRCP板厚越大,正、负温度梯度越小;②钢筋埋置位置越深,温降幅值越小;③水泥混凝土的热传导率越大,正温度梯度越大,负温度梯度减小,温降幅值变化不大;④两个温度参数(温降幅值、温度梯度)均随水泥混凝土比热容的增大而减小。     

UHPC双向板抗冲切性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）双向板在局部荷载作用下的抗冲切性能,以UHPC强度、板厚、配筋率、局部加载面积和加载位置为试验参数,对9块四边简支UHPC双向板进行抗冲切破坏试验,分析UHPC双向板的冲切破坏机理和各试验参数对板抗冲切性能的影响规律。结果表明：试件均发生钢筋屈服后的冲切破坏,板底出现环形裂缝且板内形成冲切锥体;冲跨比小于7时,冲切破坏面倾角和名义抗冲切强度均随冲跨比增加而减小,而冲跨比大于7时,则其基本不变;UHPC强度等级从120 MPa提高到150 MPa时,板的抗冲切承载能力提高5.5%;当板厚由60 mm增加至80 mm和100 mm时,板的抗冲切承载能力分别提高69.7%和1.883倍;相较于1.31%配筋率的试件,2.57%配筋率的试件的抗冲切承载能力提高14.9%;与方形加载板边长为70 mm的试件相比,边长为90 mm试件的抗冲切承载能力提高9.8%;与中部加载试件相比,边部和角部加载试件的抗冲切承载能力分别提高15.3%和13.1%。为避免UHPC双向板发生钢筋网格内的冲切失效,板底受拉钢筋间距不应大于加载板边长与1.15倍有效板厚的和。基于试验结果和相关文献,评估了现有抗冲切承载力计算公式的适用性,并引入冲跨比考虑局部荷载偏置的影响,提出了适用范围更宽的UHPC板抗冲切承载能力计算公式。     

波形钢腹板改进型埋入式剪力键受力性能试验研究

为确定波形钢腹板箱梁改进型埋入式剪力键的抗剪承载力及其影响因素,设计制作了6组试件进行推出试验,研究改进型埋入式剪力键在加载过程中的荷载~滑移特性、破坏形态,分析混凝土强度、波形钢板开孔直径和贯穿钢筋强度及直径等参数对抗剪承载力的影响,并采用MIDAS/FEA软件建立试件有限元模型,计算不同参数下剪力键的承载力,根据计算结果拟合承载力计算公式。结果表明:改进型埋入式剪力键的滑移过程可分为弹性、弹塑性和破坏3个阶段;波形钢板开孔直径和混凝土强度是影响埋入式剪力键极限承载力的主要因素,贯穿钢筋直径和强度及波形钢板厚度对承载力的影响相对较小;根据提出的承载力拟合公式计算的试件承载力和试验值基本吻合,且偏于安全。     

开孔板连接件初期抗剪刚度试验

为建立组合结构桥梁使用的开孔板连接件抗剪刚度计算方法,以开孔板孔径、混凝土强度和弹性模量及孔中钢筋直径、强度和弹性模量等为变化参数,进行了60个模型试件的抗剪刚度试验;分析各试件剪力-相对滑移曲线的切线与割线的斜率比值变化,提出了以相对滑移0.2mm对应的割线斜率为开孔板连接件抗剪刚度的取值方法;采用弹性地基梁法分析了孔中混凝土及钢筋的抗剪机理,推导了开孔板连接件抗剪刚度的理论计算表达式;基于理论分析和123个模型试验提出了开孔板连接件抗剪刚度的计算式。研究结果表明:计算式反映了孔中混凝土、孔中钢筋及其对混凝土约束的作用,物理意义明确,可用于钢-混凝土组合结构考虑结合面开孔板连接件作用的计算分析。     

公称直径为38mm的CST参数优化设计

为获得微型汽车中螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置(CST)的最优参数,以公称直径为38 mm的CST为研究对象,应用单因素分析方法,以螺纹牙厚、螺纹牙高、剪切位置及螺距为设计参数,基于VPG、LS-DYNA软件分别建立有限元模型进行仿真试验,以碰撞加速度为考核因子,利用曲线拟合方法,分别拟合加速度与各设计参数之间的单因素函数...     

钢筋与超高性能混凝土粘结锚固试验研究

通过钢筋的中心拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度及超高性能混凝土(UHPC)材料对钢筋与UHPC间粘结性能的影响,得出各参数对试件粘结锚固性能的影响规律,并对钢筋在UHPC中的锚固长度提出设计建议。试验结果表明:钢纤维的存在大大提高UHPC的抗拉性能和整体性,其不会发生劈裂破坏;UHPC材料对粘结锚固强度影响不大;粘结锚固强度随着钢筋直径的增大而减小;大于25mm钢筋直径,在设计锚固长度时,应考虑颈缩效应的影响。     

配筋超高性能混凝土梁有限元分析研究

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)作为一种新型的水泥基复合材料,在力学性能上具有高抗压强度、高抗拉强度、高弹性模量、高耐久性且徐变特性良好的优点。通过ABAQUS有限元分析,主要研究了在普通钢筋UHPC-T梁方案下,钢筋直径(配筋率)、钢筋强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变对UHPC-T梁抗弯性能的影响。根据参数分析结果,对于普通钢筋配筋的UHPC梁,钢筋直径(配筋率)和钢筋强度等级的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显,钢筋强度等级的改变可以显著提高屈服荷载值,而UHPC抗拉强度的提高对于开裂荷载影响较大,UHPC极限拉应变主要影响梁体的延性。     

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...     

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。