负弯矩作用下钢-混凝土组合与叠合梁静力性能试验研究

在钢-混凝土双面组合梁(DCB)的基础上,提出了钢-混凝土组合与叠合梁结构(CLB)。给出了CLB截面弯曲刚度、极限弯矩的简化计算方法。为进一步研究CLB结构的受力性能,设计了二根简支CLB和一根简支DCB模型,进行了反向加载试验,得到了完整的荷载-挠度曲线、典型截面正应变分布、钢筋混凝土顶板开裂情况和钢梁与混凝土顶板间叠合界面相对滑移曲线。研究结果表明:CLB结构的塑性极限承载能力低于DCB结构;正常使用阶段,二者的承载能力相当,但CLB结构的抗裂性能却远优于DCB结构:前者混凝土顶板开裂呈弯曲型,裂缝宽度窄,而后者混凝土顶板开裂基本呈轴拉型,裂缝宽度较大。CLB结构更适用于连续组合梁桥的负弯矩区。     

曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)为参数,对2片钢-混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究,得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:在负弯矩与扭矩共同作用下,曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低;切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明：带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比-剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。     

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。     

钢-混凝土双面组合连续梁承载能力研究

双面组合梁是一种新型组合结构。首先根据双面组合截面的工作特点,得出双面组合截面的开裂弯矩和弹性极限弯矩的计算公式;考虑钢材和混凝土的材料塑性,得出双面组合截面的受弯承载力计算公式。根据正、负弯矩区弯矩比与刚度比的关系,确定负弯矩区长度范围,据此可确定不同截面刚度的梁段长度,进行弹性内力分析;介绍采用塑性极限分析法分析双面组合梁内力的条件和方法。最后,介绍2×2.9 m双面组合连续梁的模型试验概况,给出对称、逐级加载时得到的试验梁荷载-挠度曲线,并将试验结果与理论计算结果进行比较,验证理论计算公式的准确性。研究结果可为双面组合连续梁的设计提供参考。     

钢-活性粉末混凝土简支组合梁正截面破坏模式

针对钢一普通混凝土组合梁由于混凝土材料缺陷所导致的一些局限性,将砒RPC引入到组合梁领域,形成钢-活性粉末混凝土组合梁.采用对比分析,采用ANSYS软件对钢-普通混凝土简支组合梁进行分析,将计算结果与试验结果进行比较,时有限元模型进行验证,然后在其他参数不变的条件下,将混凝土板更换为RPC板,用ANSYS对钢-RPC组合梁进行全过程非线性分析,并对RPC板厚、钢梁屈服强度和钢梁截面尺寸进行参数分析.定义了正弯矩作用下钢-RPC组合梁正截面破坏的弹性模式和塑性模式,研究了不同参数下2种计算模式的差别,认为正弯矩作用下钢-RPC组合梁的正截面抗弯承栽力仍然可以按照简单塑性理论进行计算.     

通过外包活性粉末混凝土型钢梁抗弯性能试验研究

基于三榀外包活性粉末混凝土型钢简支梁的抗弯性能试验,观察试件的破坏过程、裂缝的分布与开展情况、挠度的变化特点和试件的破坏形态,得到外包活性粉末混凝土型钢梁试件的承载能力、典型荷载-挠度曲线和混凝土及型钢沿梁跨中截面高度的应变值;分析试件的的承载能力特征、荷载-挠度曲线发展的阶段性特点和梁跨中混凝土及型钢应变的分布规律,推导外包活性粉末混凝土型钢梁开裂荷载及正截面抗弯极限承载能力的计算公式。研究结果可为外包活性粉末混凝土型钢梁正截面抗弯的有关进一步理论计算提供试验数据和理论依据,为外包活性粉末混凝土型钢梁构件的进一步精细化研究打下基础。     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

布置筒芯的现浇混凝土空心板受弯性能试验研究

通过一组纵、横向布置筒芯的现浇混凝土空心板荷载试验,研究了该空心板抗弯承载力、裂缝分布与发展、变形及破坏形态等。试验结果表明:纵、横向布置筒芯的现浇混凝土空心板的抗弯刚度、抗弯承载力和破坏形态非常相似,筒芯的布置方式对现浇混凝土空心板的受弯性能没有明显影响;利用现行规范计算其开裂弯矩和极限弯矩是偏于安全的。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯性能试验,研究普通钢筋高强混凝土梁掺入钢纤维后的破坏特征和受力性能,分析纵筋配筋率和钢纤维体积率对钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯极限承载力、抗裂弯矩、最大裂缝宽度及截面刚度的影响。试验结果表明:与普通钢筋高强混凝土梁相比,钢纤维的掺入可以有效约束裂缝发展,显著提高梁的抗弯承载力、整体刚度和极限变形能力。结合本文试验结果以及现行规范计算方法,提出抗弯承载力计算公式和最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考。     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

二阶弯矩对钢-混凝土组合梁变形的影响

推导了任意边界条件下承受轴力及横向荷载的钢-混凝土组合梁的耦合变形微分方程,对组合梁的变形挠度进行了理论分析,研究了混凝土板与钢梁介面滑移的影响,同时探讨了因轴力而产生的二阶弯矩(p-δ弯矩)对组合梁变形的影响,可为钢-混凝土组合结构稳定性及极限承载力研究提供理论基础。     

钢-混凝土双面组合连续梁自振特性研究

对钢-混凝土双面组合连续梁的自振特性进行分析研究。分析中分为三种特定工况:工况一和工况二假设钢梁与混凝土完全组合,但工况二内支座处上混凝土板受拉开裂;工况三假设上混凝土板受拉开裂,且考虑钢梁与混凝土板间的滑移效应。采用平面梁的集中质量法和三维有限元模拟分析分别得到了一两跨钢-混凝土双面组合连续梁模型在三种工况下的自振频率及振型,二者吻合良好。     

钢-混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析

在模拟组合梁负弯矩区工作性能的单跨倒置简支组合梁试验的基础上,结合普通钢筋混凝土构件的有限元非线性分析方法,引进钢梁单元,采用涂抹式裂缝模型和正交各向异性的混凝土材料模型,建立了针对模拟组合梁负弯矩区的单跨倒置简支组合梁的裂缝非线性模型,以试验梁为对象进行了非线性分析及裂缝模拟,其计算结果与试验结果吻合良好.     

剪力键布置方式对连续组合梁桥受力特性的影响

在连续组合梁桥中,剪力键的类型、布置范围和布置间距的差别将引起结构受力特性的差异。利用通用有限元软件MSC NASTRAN对连续组合梁桥结构进行了数值模拟(主要包括用弹簧单元和MPC单元模拟不同类型和抗剪刚度的剪力键,以及用GAP单元模拟负弯矩区混凝土板的开裂),计算了在不同剪力键布置方式下连续组合梁桥的内力分布和变形。通过对计算结果的分析比较,认为剪力键布置方式的不同导致界面处剪力分布、滑移分布、负弯矩区混凝土板中钢筋应力分布、挠度等的显著变化。尤其在连续组合梁桥负弯矩区配置柔性剪力键,可以大大降低混凝土板中钢筋的拉应力;不过,在柔性剪力键与跨中刚度较大的剪力键相交位置,会在刚性剪力键中产生很大的剪力集中,钢筋中也出现轻微的应力集中。因此,工程人员在连续组合梁桥结构设计过程中可以通过调整剪力键的布置方式,使其结构内力分布和变形更加合理。     

加速锈蚀钢-混凝土组合梁的性能试验研究

通过恒电流加速模拟试验,研究了钢材锈蚀对钢-混凝土组合梁的耐久性影响规律;通过对试验结果的回归分析,得到了栓钉锈蚀后钢-混凝土组合梁抗弯承载力的计算公式。试验结果表明:随着通电时间的增大,栓钉的锈蚀率增大,组合梁的承载力降低;当通电量相同时,末刷防锈漆试件中的钢梁的锈蚀增加,栓钉的锈蚀降低,其承载力较高;随着栓钉锈蚀率的增大,梁刚度降低,在荷载作用下,梁的相对滑移变大。     

钢—混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析

在模拟组合梁负弯矩区工作性能的单跨倒置简支组合梁试验的基础上，结合普通钢筋混凝土构件的有限元非线性分析方法，引进钢梁单元，采用涂抹式裂缝模型和正交各向异性的混凝土材料模型，建立了针对模拟组合梁负弯矩区的单跨倒置简支组合梁的裂缝非线性模型，以试验梁为对象进行了非线性分析及裂缝模拟，其计算结果与试验结果吻合良好。     

钢-混凝土组合梁侧向稳定承载力

鉴于钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下,组合梁中“工”字钢梁的下翼缘受压,在没有侧向支承的情况下,很容易出现整体失稳的现象,根据组合梁整体失稳的形式建立了2种失稳模型,并采用能量法对组合梁负弯矩区的侧向稳定性进行探讨,给出组合梁在弹性受力阶段临界弯矩的计算公式。与现有的方法相比较,给出的承载力计算公式具有更高的可靠性。     

考虑耐久性损伤的钢筋混凝土梁疲劳寿命试验研究

为研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能,对1根钢筋未锈蚀静载对比梁、1根钢筋未锈蚀疲劳加载对比梁、4根钢筋锈蚀疲劳加载试验梁和4根混凝土碳化钢筋锈蚀疲劳加载试验梁进行了试验。试验梁钢筋平均锈蚀率均按6%、8%、10%、12%设计。结果表明:随着试验梁受力主筋锈蚀率增加,试验梁疲劳寿命显著降低,破坏形态由纵筋疲劳断裂演变为受压区混凝土沿梁纵向锈胀开裂,疲劳荷载作用后受压区出现纵、横、竖3个方向裂缝贯通混凝土崩裂并最终受压失效。试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化。通过理论分析和试验结果拟合,提出以分段线性函数描述试验梁疲劳寿命与锈蚀率之间的关系,即以临界锈蚀率为界建立基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。     

CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对6根CFRP筋-低强度珊瑚混凝土试验梁进行抗弯试验,研究不同CFRP筋配筋率的珊瑚混凝土梁的受力性能,分析其破坏形态、裂缝发展情况与挠度变形。试验结果表明:CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁破坏前产生裂缝和大的弯曲变形,有较为明显的预兆,类似于适筋梁破坏,具有较好的延性;在一定范围内提高珊瑚混凝土梁CFRP筋的配筋率,可以提高其抗弯、抗裂性能;试验梁裂缝开展机理与CFRP筋-混凝土梁基本相同,裂缝条数较多且分布均匀;在剪跨区斜裂缝分布较为密集,卸荷后裂缝基本闭合,挠度恢复显著。使用时应注意珊瑚混凝土强度过低不利于CFRP筋强度的发挥,此外,对于CFRP筋珊瑚混凝土受弯构件,应当增加CFRP筋的锚固区长度,避免发生滑移破坏。