桁架组合梁负弯矩区剪力滞效应分析

为了研究剪力滞效应对空间管桁架组合连续梁负弯矩区翼板应力的影响,对桁架组合梁模型进行反位试验,并将试验结果与ABAQUS有限元进行对比分析。结果表明,空间管桁架组合连续梁的墩支座负弯矩区翼缘板顶面存在着明显的剪力滞效应,且有限元分析值与试验值吻合较好。     

不同抗剪连接程度的钢—砼连续组合梁性能分析

运用ANSYS12.0建立5个不同抗剪连接程度钢-砼连续组合梁有限元非线性分析模型,分析正、负弯矩区不同抗剪连接程度对组合梁极限承载力、挠度、界面滑移及开裂荷载的影响。结果表明,抗剪连接程度对钢-混组合梁的滑移及变形均有一定程度的影响,其中负弯矩区抗剪连接程度对钢-砼组合梁承载性能的影响较大。     

钢-混连续组合梁的徐变等温法

为了研究钢-混连续组合梁徐变,考虑永久荷载作用下的徐变效应与负弯矩区混凝土开裂效应之间的耦合效应,采用了徐变等温法,将徐变效应等效为与时间无关的温度梯度作用效应,避免了有限元徐变非线性分析中的显式隐式积分选择、迭代不收敛等困难,为工程实用计算提供了一种简单方便的方法。基于力法截面分析建立了平衡和变形协调方程组,基于曲率等效原则推导了钢-混组合梁永久作用徐变等效温度梯度的解析和简化两套计算公式,能够用于静定组合梁和超静定组合梁分析,对强迫位移等其他荷载类型解析解推导起到了借鉴作用。徐变后超静定连续梁的内力和变形转化为"按照材料和结构力学方法计算温度梯度作用超静定结构内力(截面重分布内力和超静定支座次内力)和变形"。对永久作用下超静定连续梁,提出正弯矩区徐变等效温度梯度的抛物线加载方式。结果表明:等效温度梯度模型应用便洁、精度较好,约束系数是徐变效应的关键影响参数;连续组合梁负弯矩区开裂之后应力释放,在挠度增加不大的情况下出现有利的弯矩重分布(负弯矩减幅达20%以上,正弯矩增幅约16%),而徐变会缓解开裂重分布弯矩和应力释放程度;徐变会显著地加重开裂后的跨中挠度;缓解或加重作用程度与型钢大小等因素有关。     

均布荷载作用下波形钢腹板简支箱梁的挠度

基于波形钢腹板组合箱梁的特点,在其承受均布荷载作用下,运用能量变分原理推导了波形钢腹板简支箱梁考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切效应下的挠度计算公式.结合室内模型试验梁的实测值和ANSYS三维有限元的计算值,对该公式的正确性进行了验证,同时分析了这2种影响因素对波形钢腹板简支箱梁挠度的影响程度.结果表明:该公式的计算结果与实测值及有限元计算值吻合良好;在承受均布荷载作用下,与初等梁理论计算的挠度相比较,剪力滞效应和波形钢腹板的剪切效应分别增大波形钢腹板简支箱梁挠度的1.82％和36.36％,因此在实际计算中必须考虑波形钢腹板剪切效应对挠度的影响,而可以忽略剪力滞对挠度的影响,研究结论可为今后波形钢腹板箱梁桥的设计计算提供参考.     

同时考虑滑移和纵向剪力重分布时组合梁挠度变形的理论分析

以均布荷载作用下的简支组合梁为研究对象,同时考虑滑移效应和纵向剪力重分布的影响,将界面受力全过程划分为3个工作阶段,通过建立截面曲率函数,推导了组合梁挠度变形的计算公式,并将根据本文公式得到的计算结果与按我国钢结构设计规范建议的折减刚度法得到的计算结果进行了比较。研究表明:当荷载超过0.5倍的极限荷载时,按本文方法得到的挠度结果普遍大于根据规范得到的计算值。     

钢-轻骨料混凝土简支组合梁承载及变形能力研究

为了确定轻骨料混凝土组合梁的性能,以对称集中荷载为加载方式,同时考虑栓钉间距、钢梁尺寸等影响组合梁承载及变形能力的因素,研究了钢-轻骨料混凝土组合梁结构的承载及变形能力。根据剪切滑移的挠曲线方程,提出组合梁在集中荷载作用下跨中挠度的简化计算公式,并选用ANSYS软件进行了有限元对比模拟分析,计算结果吻合良好。算例表明,轻骨料混凝土组合梁相比于相同尺寸的普通混凝土组合梁,应力值偏小5%左右,跨中挠度偏大10%左右,钢-轻骨料混凝土组合梁承载力及变形能力可满足实际应用,同时验证了计算公式应用的可行性。     

考虑全截面剪切变形效应的波形钢腹板箱梁挠度计算

为了分析计算波形钢腹板箱梁在竖向荷载作用下的弯曲挠度,考虑波形钢腹板和混凝土顶、底板在其自身平面内的全截面剪切变形,引入符合力学规律的波形钢腹板和混凝土顶、底板在其面内剪切变形的位移函数,利用能量变分原理,推导出波形钢腹板箱梁挠度计算的解析解。结合单箱单室和单箱双室波形钢腹板箱梁算例,与仅考虑波形钢腹板剪切变形的挠度计算方法和ANSYS有限元解进行了比较分析。结果表明:该解析解的计算结果比仅考虑波形钢腹板剪切变形的计算结果更加精确,与有限元分析结果吻合良好,误差在5%以内,满足挠度计算的精度需求,且跨径越小,全截面剪切变形效应对挠度的影响越明显;针对单箱单室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为36. 12%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为34. 46%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为1. 66%;而对于单箱双室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为40. 91%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为36. 03%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为4. 88%;在相同的工况下,波形钢腹板箱梁的箱室越多,全截面剪切变形效应对挠度的贡献越大,挠度贡献值的最大增幅为4. 79%,在不同的工况下,集中荷载作用下全截面的剪切变形效应较为明显。     

竖向集中荷载作用下钢-混凝土组合梁的解析解

为了准确分析钢-混凝土组合梁的抗弯性能,基于接触理论和弹性力学基本思想推导了钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下考虑剪切滑移效应的微分方程,给出了解析解。计算了竖向集中力作用下组合梁的各部分应变和位移状态,分析了钢梁和混凝土顶板交界面处的剪切滑移应变差,并与试验结果进行了对比。结果表明:计算值与试验值有较好的一致性,挠度相对误差不超过2%;该计算公式是合理的、可信的,为工程设计提供了一种简便的计算方法,具有较强的实用价值。     

考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的矩阵分析

为了更精确地研究考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的力学性能,首先运用有限元分析方法,在综合考虑剪力滞与剪切变形双重效应影响的基础上,通过能量变分原理导出了波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程并给出了解析解;之后在该解析解的基础上进一步推导了单元刚度矩阵及结点荷载列阵,还根据相关方程编制了FORTRAN有限元程序;最后将室内模型试验梁对波形钢腹板简支梁和连续梁的实测结果与所提理论的计算结果、ANSYS实体单元模型的计算结果进行对比分析。结果表明:所提理论和模型试验、有限元模拟3种方法所得剪力滞系数和挠度值吻合良好,且理论计算值与模型试验实测值所得跨中剪力滞系数、挠度值更接近;简支梁在承受集中荷载作用比承受均布荷载作用同一截面处的剪力滞效应影响大,连续梁在承受集中载荷作用时,在支座附近处截面的剪力滞效应的影响比跨中要大,并在靠近弯矩零点的一部分区域内表现出负剪力滞现象;波形钢腹板简支梁、连续梁的剪力滞系数随跨宽比的增大而呈曲线减小。研究成果可将波形钢腹板考虑双重效应的复杂计算问题,方便地纳入普通杆系结构矩阵位移结构体系中,可直接得到用于结构设计的剪力、弯矩,从而避免建立复杂的ANSYS有限元模型。     

钢—混组合连续梁负弯矩区开裂弯矩的研究

通过对钢-混凝土之间应变差的计算分析,求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,该方法考虑了钢梁和混凝土之间剪切滑移的影响,能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算结果与试验结果进行比较,证明这种计算方法是可行的。     

钢-混组合连续梁负弯矩区开裂弯矩的研究

通过对钢-混凝土之间应变差的计算分析,求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,该方法考虑了钢梁和混凝土之间剪切滑移的影响,能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算结果与试验结果进行比较,证明这种计算方法是可行的。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

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。     

均布荷载作用下型钢砼梁滑移及变形的理论计算

利用弹性体变形理论,对均布荷载作用下简支型钢砼粱的界面滑移以及考虑滑移效应影响的变形计算进行了理论分析,推导建立了简支型钢砼梁的界面相对滑移和挠度变形的微分方程.该微分方程既能描述型钢砼梁的界面相对滑移规律,也能体现界面相对滑移对型钢砼梁变形挠度的影响,可为型钢砼梁极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论依据.     

预应力连续钢梁负弯矩区受力性能分析

为研究预应力连续钢梁负弯矩区受力性能,对开口截面三跨连续钢梁进行六点加载抗弯性能试验。利用有限元软件Ansys建立试验梁非线性分析模型模拟其抗弯过程,模型计算所得梁体挠度值和应力值与试验结果吻合良好,进而对负弯矩区进行进一步受力性能及影响因素分析。结果表明:试验梁处于弹性工作状态时,负弯矩区截面变形符合平截面假定;相较于普通连续钢梁,施加预应力使支座附近截面正应力明显减小;普通连续钢梁及预应力连续钢梁支座底板先达到屈服应力,随着荷载增加,梁体因挠度过大超过限值而不能继续承受更大荷载;当预应力不超过135kN时,合理增大预应力可提高预应力连续钢梁负弯矩区抗弯承载力;随着负弯矩区支座截面处钢束上调,支座附近顶板及底板正应力减小,顶板应力变化略明显,且越靠近支座位置减小值越大,顶板受拉段长度有所减小。     

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验

为解决钢-混组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题,以桥面连续钢-混组合梁为研究对象,负弯矩区桥面板采用超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete,UHPC）代替传统普通混凝土,对其抗裂性能展开研究,并设计3根不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁,采用一种独特的转角加载方式进行全过程静力加载试验,获得转角、临界开裂荷载、应变等关键试验数据;基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型,并对试验过程进行模拟。研究结果表明：钢-混组合梁负弯矩区采用UHPC,能明显提高负弯矩区的开裂性能、有效解决了负弯矩区桥面板的开裂问题;建议了合理的负弯矩区接口形式及负弯矩区UHPC纵向铺设长度取0.1L;采用黏结滑移理论,提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

钢—混组合梁桥动力性能及滑移效应试验研究

对钢—混组合梁桥的动力性能和滑移效应进行综合试验研究和理论分析,并对桥梁的动力性能、滑移效应以及行车的舒适性进行了评价。现场实测钢—混组合梁桥在汽车活载作用下结合面处相对滑移情况,以及桥梁的脉动效应和跑车的自振特性、动挠度、阻尼比等动力响应值,再将现场实测值、规范计算值和有限元计算值进行比较分析。试验结果表明,在最大设计活载作用下,结合面处纵向滑移量平均值小于0.02mm,滑移效应对结构受力性能影响很小,可以忽略不计;钢—混组合梁桥的振动频率较低、柔性较大,阻尼比相对较小;汽车活载作用下,钢—混组合梁桥的结构动力响应和动力特性均良好,能够满足道路行车舒适性的要求。     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。