混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的有限元分析

为研究混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理和受力性能,以某混合梁斜拉桥为工程背景,采用通用有限元软件Ansys建立了该桥钢-混结合段的仿真模型,分析了钢-混结合段内各构件的受力情况。结果表明:在设计荷载作用下,钢-混结合段内各构件应力水平较低,沿纵桥向变化平顺,能有效传递内力,满足结构整体受力性能的要求,且具有较大的安全储备;钢箱梁底板折角与横隔板交接处、加劲T肋尾端及靠近承压板预应力锚固区的混凝土等区域应力变化较大,且存在应力集中现象;抗剪连接件受力不均匀,距承压板最远的剪力钉所受剪力为其他部位剪力钉的2～7倍,距承压板最远的PBL剪力键所受剪力为其他部位PBL剪力键的2～6倍;PBL剪力键所受剪力比剪力钉大,但均远低于其抗剪承载力。     

铁路箱形混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究铁路钢箱混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段的三维有限元模型,分析钢-混结合段中钢壳体和混凝土的受力及轴力分配比例。结果表明:在计算荷载作用下,结构纵向受力板件均处于受压状态,应力水平较低;除承压板处发生突变外,其他部位变化平缓;混凝土各截面应力水平较低,截面发生一定的面外变形;承压板传力作用较大,结合段54%的轴力通过其传递,其余轴力通过PBL键和剪力钉传递;剪力键轴力传递比例呈两头大、中间小的马鞍形分布。     

考虑焊钉非线性作用的钢-混结合部受力性能

无格室-承压板是钢-混凝土结合部的主要构造形式之一,在实际工程中得到了较广泛的应用.利用混合有限元法建立无格室-承压板钢-混凝土结合部计算模型,并根据焊钉连接件性能试验测得单钉荷载一位移曲线及抗剪刚度等基本计算参数,分析了考虑焊钉非线性影响情况下,钢-混凝土结合部焊钉连接件的受力行为、荷载方向焊钉剪力分布状态,钢、混凝...     

混合梁自锚式悬索桥结合部连接件传力机理研究

为研究混合梁钢混结合部连接件的受力特性及轴力分配比例,以某独塔混合梁自锚式悬索桥结合部为研究对象,选取包含结合部在内的主梁节段,运用大型通用有限元软件Ansys11.0建立考虑钢与混凝土间相对滑移的"实-壳"混合有限元模型,并对其进行局部仿真分析。结果表明:在恒载和最不利弯矩工况下,结合部内焊钉顺桥向剪力总体沿着远离端承压板方向依次递增,各部位焊钉承受了约20%的轴压力,其中顶底板焊钉构成了焊钉传力的主体。     

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1 176+490+142) m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4～S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明：方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7～S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4～S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明：结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。     

斜拉桥索塔锚固区剪力钉受力机理试验研究

济宁市梁济运河大桥索塔锚固采用钢锚箱结构,钢锚箱四面均通过剪力钉与塔壁混凝土连接,受力较为复杂,通过制作实桥索塔锚固结构第8节段1∶1节段模型,并施加与该节段斜拉索索力大小及方向一致的荷载进行试验,测试剪力钉的应力.试验结果表明,剪力钉结构能够达到传递剪力的目的,且具有足够的安全储备.锚固区端板剪力钉应力沿竖向表现为上...     

连接形式对斜拉桥组合索塔钢锚箱剪力钉受力的影响

介绍斜拉桥组合索塔中钢锚箱的连接情况,结合具体工程,建立组合索塔锚固区三维实体有限元模型,计算了不同钢锚箱连接情况下的剪力钉受力,通过对剪力钉剪力分布规律的比较,得到钢锚箱节段间全部连接而且最底部钢锚箱和混凝土上的钢垫板紧密结合,是剪力钉受力最合理的一种结构形式.     

鄂东长江大桥混合梁结合段受力分析

鄂东长江大桥为主跨926 m的混合梁斜拉桥,混合梁结合段采用有格室后承压板形式,钢与混凝土间通过焊钉和开孔板连接件结合。为得出连接件受力分布和内力分担比例,校核连接件布置,对该结合段局部格室建立空间有限元模型,并考虑相对滑移、承压接触和连接件作用进行受力分析。研究结果显示,连接件和承压板各分担约50%的轴压力。焊钉作用最大剪力约为40kN,开孔板连接件约为130 kN,开孔板传力作用明显。沿主梁轴向,钢格室应力平缓减小,混凝土轴向压力线性增加,结合段应力过渡平滑。计算结果与模型试验结果较为吻合。     

钢-混组合梁剪力钉抗剪性能试验研究

为研究钢—普通混凝土与钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪强度及破坏形式,根据某实际钢—混组合桥梁结构,设计2种钢—混组合梁剪力钉试件进行极限抗剪强度推出试验,根据试验结果拟合试件荷载～滑移曲线,并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行比较分析.结果表明:钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪承载力较钢—普通混凝土组合梁剪力钉高约16％;其极限承载力对应的滑移值约为钢—普通混凝土组合梁剪力钉的2～2.5倍;钢—钢纤维混凝土组合梁破坏特征为剪力钉全部被剪断,钢—普通混凝土组合梁破坏特征为混凝土被压裂.由各公式得到的试件抗剪承载力均偏于保守.     

斜拉桥钢-混凝土组合索塔锚固区焊钉剪力分布

结合上海长江大桥工程,采用空间有限元模型,计算在斜拉索索力作用下钢-混凝土组合索塔锚固区焊钉的剪力,分析焊钉竖向剪力、横向剪力和合剪力分别在索塔竖桥向和横桥向的分布规律.结果表明各剪力沿索塔竖桥向和横桥向分布相当不均匀,在竖桥向塔顶焊钉剪力大、塔底剪力小,在横桥向外侧焊钉剪力大、中间焊钉剪力小.对焊钉横向间距的调整,能有效改善焊钉剪力在横桥向的不均匀程度.焊钉刚度对焊钉最大剪力有很大影响,在设计中需予以重视.     

体外预应力钢-混结合梁桥温度效应分析

针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。     

集束式长短剪力钉抗剪承载力计算方法

为给新型预制拼装钢-混组合梁桥设计施工提供参考,针对该类桥采用集束式长短剪力钉的布置特点,考虑剪力钉不同直径、长度、强度和混凝土强度等因素,开展集束式长短剪力钉的抗剪性能、极限承载能力有限元分析和试验研究。采用推出试验的方法,设计制作18个剪力钉推出试件,考察剪力钉长度和直径对集束式长短剪力钉抗剪极限承载力的影响,提出集束式长短剪力钉的群钉荷载-滑移曲线公式。同时,考虑混凝土、剪力钉、钢梁和钢筋的材料非线性,采用ANSYS软件建立推出试验的有限元模型,分析混凝土强度、剪力钉强度、剪力钉相对位置、混凝土板厚等参数对集束式长短剪力钉抗剪力学性能的影响规律,提出集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式。研究结果表明：短剪力钉的直径和抗拉强度、混凝土强度对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度有明显影响;而短剪力钉的长度、长短剪力钉的相对布置位置和混凝土板厚对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度影响较小;提出的计算公式计算值与试验值吻合较好。     

不同剪力连接度下装配式钢-混组合箱梁受力性能试验研究

采用预制桥面板和集簇式栓钉连接的装配式钢-混组合梁桥,可减少现浇工序,加快施工速度。文中为研究剪力槽孔间距及剪力钉数量对组合梁共同工作程度的影响,制作4片采用不同簇钉群连接参数的钢-混组合箱梁,进行抗弯弹塑性全过程加载试验,研究剪力连接度对组合梁结构受力性能的影响。结果表明,当组合梁剪力连接度由1降低到0.65时,组合梁受弯承载力减少17%;当组合梁剪力连接度大于1时,受弯承载力基本未增加,而结构延性有所下降。在界面滑移方面,随剪力连接度增大,界面滑移量则明显减少。在破坏模式方面,剪力连接度越大,预制混凝土板的纵向劈裂及局部压溃,可能成为破坏控制条件;反之,栓钉剪断及钢梁破坏易成为结构失效控制条件。     

考虑界面滑移的剪力钉群等效抗剪刚度研究

针对现有剪力钉抗剪刚度研究中较少考虑混凝土界面滑移,未能体现实际变形的问题,以单塔双索面自锚式悬索桥——朝元门桥为背景,考虑界面滑移,建立了混凝土塔柱与钢结构装饰塔柱间剪力钉群结构有限元模型,并推导出剪力钉群等效剪切刚度简化计算公式。结果表明:有限元计算能模拟钢和混凝土结构界面滑移,群钉抗剪刚度随着滑移的增大逐渐变小;借用板的有效工作宽度计算方法,确定剪力钉群构件中混凝土参与变形的面积,建立的剪力钉群剪切刚度计算公式主要与剪力钉的尺寸和布置等参数有关;推导公式计算值与试验结果、数值分析计算值、实测值一致。     

火灾作用下剪力钉抗拔性能研究

为研究钢-混组合梁中剪力钉在不同温度场下的抗拔破坏模态和承载力,以某铁路桥钢-混组合梁为基础设计剪力钉试件,采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析剪力钉试件在双面受火、混凝土单面受火和钢板单面受火3种形式下的抗拔破坏模态、荷载~位移曲线和承载力,并根据承载力结果拟合不同温度下剪力钉的抗拔承载力计算公式。结果表明:钢-混组合梁在常温下和混凝土单面受火时,其受拉破坏模态为混凝土脆性破坏、剪力钉被整体拉出;在双面受火约10min后,其受拉破坏模态变为剪力钉的延性断裂;钢-混组合梁双面受火时,剪力钉的抗拔承载力在短时间内就会受温度影响急剧下降,30min后下降速度变慢,受火15,30,180min时,其抗拔承载力比常温时分别下降33.2%、59.1%、79.1%;混凝土单面受火时,剪力钉的抗拔承载力随受火时间下降较慢,受火180min时,其抗拔承载力比常温时下降10.2%。     

大跨度钢—混组合梁桥剪力群钉受力分析研究

组合梁仿真分析时将多个剪力钉简化成一个等效剪力群钉进行模拟,不能准确得到每个剪力钉的受力情况.为解决此问题,根据实桥集束式剪力钉布置方式制作剪力群钉推出试件,并进行推出试验,得知群钉中最不利的单个剪力钉承担了32％～37％的总剪力(平均值仅为25％);由大跨度组合箱梁整体模型计算得到剪力群钉受力均值、钢-混凝土相对位移及钢梁与混凝土桥面板的受力状况;根据剪力群钉荷载分配比例对组合梁整体计算得到的剪力钉计算结果进行修正.结果表明,将剪力群钉受力均值换算得到剪力钉受力极值的方法,可实现对大跨度组合梁及其剪力钉的精确仿真分析.     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。     

基于PBL-栓钉组合剪力键的钢-UHPC组合桁式拱桥节点拉拔性能研究

为研究概念设计的1000 m钢-UHPC组合桁式拱桥新结构中拱肋-腹杆节点构造形式、UHPC强度对节点拉拔性能的影响,及新型PBL-栓钉组合剪力键应用于拱肋-腹杆节点的有效性,设计制作缩尺比为1∶5的4种采用不同剪力键形式(1对PBL剪力键+2排栓钉、2对PBL剪力键+3排栓钉、2对PBL剪力键、3排栓钉)的拱肋-腹杆...     

简支组合曲梁与简支组合直梁上焊钉剪力比较

采用ANSYS有限元程序计算了不同荷载、不同焊钉布置形式下简支组合曲梁和简支组合直梁的受力,比较焊钉在组合曲梁和组合直梁中的剪力分布.组合曲梁的焊钉与组合直梁相比,不仅有切向剪力还有法向剪力,法向剪力沿梁长度方向是在梁中间大两端小.当组合曲梁布置单排焊钉时,可以忽略法向剪力分量,用焊钉切向剪力近似代替其总剪力是可行的.当组合曲梁布置双排焊钉时,同一截面的内、外侧两排焊钉受力不均匀,外侧焊钉剪力平均值是内侧焊钉剪力平均值2.52倍以上,在设计时需注意.     

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载～滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明：在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。