梁桁体系钢-混组合梁有限元分析及设计参数研究

为研究设计参数对梁桁体系钢-混组合梁受力性能的影响,依据梁桁体系钢-混组合梁试验模型参数,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,以典型无桁架的钢-混组合梁、混凝土板厚、混凝土强度、钢梁强度等级、混凝土板宽、桁架角度和高跨比等为参数,对其极限承载力的影响进行了分析。结果表明:相比典型的无桁架的组合梁,梁桁体系钢-混组合梁承载力提高了17%;混凝土板厚的增加,提高了组合梁的抗弯刚度;钢梁强度的提升对组合梁的承载力有显著提高;混凝土板宽实际应用时应确保有效板宽的宽度以提高工程的经济性;组合梁高跨比对其刚度及承载力影响均比较大。     

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一.为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响.首先建立了三维车桥耦...     

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.     

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。     

高强钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

为研究Q460高强工字型钢-混凝土组合梁的抗火性能,采用ABAQUS建立了组合梁有限元模型,研究了初始残余应力、端部约束及钢材强度等关键参数对高强钢-混凝土组合梁抗火性能的影响规律。结果表明,初始残余应力主要通过影响高强钢组合梁截面纵向应力分布从而改变梁的抗弯刚度,当残余应力对梁截面抗弯刚度产生有利贡献时,梁的抗火性能得到一定提升;约束高强钢组合梁升温后期产生的悬链线效应减缓了梁跨中挠度的增加速率,组合梁临界温度提高;随着温度的升高,采用Q460高强钢的组合梁跨中挠度下降速率更为缓慢,临界温度较Q235钢-混凝土组合梁提高了约11%。     

UHPC-NC组合结构抗弯性能试验及有限元分析

提出了一种超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)组合结构,以解决传统中小跨径桥梁的不足。①为了研究所提出的UHPC-NC组合梁抗弯性能,设计了一根1∶2的缩尺模型,并进行了试验研究和有限元分析,结果表明试验模型的名义初裂应力为23. 4 MPa,承载能力极限状态的名义应力为62. 9 MPa,能够满足工程正常使用极限状态和承载能力极限状态下的抗弯承载力要求。②建立了试验梁的ABAQUS有限元模型,计算结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型具有一定的准确性和适用性。③通过有限元模型分析了纵向主筋配筋率、UHPC抗拉、压强度及现浇桥面板强度等级对组合梁抗弯性能的影响。结果表明提高主梁配筋率、UHPC抗拉强度能够显著提高组合梁的极限承载能力,而UHPC抗压强度和现浇桥面板的强度等级对组合梁的极限承载能力影响不大。     

桁肋钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的参数研究

以跨度308m的钢管混凝土桁架拱桥计算模型为例,应用考虑双重非线性影响的计算方法探讨了这类结构在平面内的稳定特性以及截面设计对它的影响。结果表明,第一类稳定和仅考虑几何非线性影响的第二类稳定强度远高于考虑双重非线性影响的计算结果;改变钢和混凝土等级对拱桥平面内极限强度提高作用不大,截面含钢率是影响极限承载力的重要参数。     

可恢复组合梁中高强螺栓连接件抗剪性能试验

为探究高强螺栓连接组合梁的功能可恢复性，通过更换失效螺栓对栓接组合推出试件进行了多次损伤-修复，并对滑移前钢-混凝土界面摩擦性能和滑移后螺栓杆抗剪性能展开了详细研究。以滑移失效和承载力破坏失效为临界点，共对24个推出试件开展了力学性能恢复测试，考虑了重装配次数、螺栓预拉力、螺栓强度、螺栓直径和螺栓孔间隙等因素的影响。最后，通过拟合得到了与螺栓预拉力相关的钢-混凝土界面摩擦因数计算公式和螺栓抗剪承载力计算公式，并提出了单个螺栓的荷载-滑移曲线实用公式，可为考虑滑移的组合梁设计提供基础。试验及分析结果表明：若混凝土板没有开裂，则更换螺栓再装配后，磨损的钢-混凝土界面摩擦性能有一定提高，螺栓抗剪承载力不会降低，可以达到原设计要求，证明螺栓连接的组合结构具有较好的可恢复性能；钢-混凝土界面摩擦因数不是定值，界面处理相同情况下，摩擦因数随螺栓预拉力的增加而非线性增大，其极值为0.53～0.56;增大螺栓直径和强度等级可以显著提高抗剪承载力和承压抗剪刚度，但混凝土板破损严重，不利于重复利用；螺栓直径小于20 mm时，螺栓与混凝土强度适配良好，可以充分发挥钢材强度；随螺栓预拉力的增加，混凝土局部压损...     

非线性因素对钢桁架拱桥极限承载力的影响分析

利用大型通用软件ANSYS对长江下游某大跨度钢桁架拱桥做几何和材料双重非线性、几何非线性、线弹性等三种情况下的极限承载力对比分析,从而得出非线性因素对钢桁架拱桥极限承载力的影响,以及符合结构实际的极限承载力。     

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。     

波形钢腹板——双管弦杆——混凝土板连续梁桥试设计

提出由混凝土顶板(CS)、哑铃形钢管混凝土(CFST)下弦通过波形钢腹板(CSW)连接组成的新型组合梁结构(简称CSW-CFST-CS-组合梁),可减轻结构自重,同时消除腹杆与下弦杆间连接形成的节点,有助于提高结构承载力.该文以四川干海子大桥为对象,进行波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计研究,其承载能力极限状态与施工阶段的受力计算结果表明:试设计桥梁能满足设计要求,新型结构用波形钢腹板代替钢管腹杆,具备一定的应用前景.     

预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能试验

为掌握预应力钢箱高强混凝土组合梁的受扭性能,以箍筋间距和预应力等级为主要参数设计了3根足尺试验梁,在自行研制的扭转试验装置上进行试验,得到了试验梁的扭矩-扭率曲线、钢筋扭矩-应变曲线、钢梁及混凝土应变分布等重要参数,对破坏形态与工作机理进行了详细分析。采用预应力影响系数,推导出了该类组合梁的开裂扭矩计算公式;基于变角空间桁架模型理论,推导出了极限扭矩计算公式,并将计算值和实测值进行了对比分析。结果表明:计算值与试验值吻合良好;受扭承载力由混凝土翼板和钢箱梁组成的箱形梁承担;预应力等级对试验梁开裂扭矩影响明显,而箍筋间距和预应力等级对试验梁极限抗扭承载力影响不大。     

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁腹板成排开孔后,主要削弱了其抗剪稳定性和抗剪强度。为探明这一新型桥梁结构的力学特点,采用有限元方法对钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能进行了深入研究。对不同边界条件下的开孔腹板进行弹性剪切屈曲分析,考虑孔洞的影响引入径高比和宽高比参数,对实腹板剪切屈曲系数加以修正,并引入约束系数表征约束程度,推导得到了开孔腹板剪切屈曲系数的计算公式。建立开孔腹板抗剪极限承载能力有限元计算模型,考虑材料、几何双重非线性,对不同参数开孔腹板的抗剪承载能力进行了大量的有限元分析,在数据分析基础上量化弹性屈曲荷载和屈曲后荷载对开孔腹板抗剪承载能力的贡献。引入腹板的开孔率参数,提出了开孔腹板抗剪极限承载力的计算公式,同时分析了不同初始几何缺陷对开孔腹板抗剪性能的影响。结果表明:不同边界条件下的开孔腹板剪切屈曲系数公式与有限元值吻合良好;开孔腹板仍可发展一部分屈曲后强度,屈曲后强度可偏保守地表示为开孔腹板塑性强度的30%,开孔腹板抗剪极限承载力计算公式与有限元计算结果吻合较好,且总体偏于安全;不同的初始几何缺陷对开孔腹板荷载-位移曲线形式有较大影响,但对其抗剪承载能力影响很小。     

体外预应力钢-混凝土组合梁受弯过程的数值分析及试验研究

体外预应力钢-混凝土组合梁在桥梁工程中的应用日渐广泛.而确定预应力钢-混凝土组合梁受弯承载能力的困难在于,承载能力极限状态下,钢-混凝土交界面处存在着剪切滑移,预应力钢索的应力大小不确定.笔者考虑钢-混凝土交界面处剪力连接件极限强度,及承载能力极限状态下预应力钢索的应力状态,建立了预应力钢-混凝土组合梁受弯承载能力的有限元数值计算方法.通过试验梁的试验数据对比,说明采用有限元模型对实际工程中的预应力钢-混凝土组合梁进行模拟是可靠的.     

钢-混凝土组合桥梁承载力可靠度分析

根据编制中国<钢-混凝土桥梁设计与施工细则>的需要,对钢-混凝土组合桥梁中组合梁的承载力进行了可靠度分析,其中承载力包括抗弯承载力、纵向抗剪承载力和竖向抗剪承载力.利用最大熵函数构造的凝聚函数,将分段表达的抗弯承栽力和纵向抗剪承载力集成为一个计算公式,进而计算了钢-混凝土组合梁抗力的统计参数.给出了材料分项系数γ5取1.1、1.15和1.2时3种抗力统计参数的计算结果,其中车辆荷载按汽车一般运行状态和密集运行状态2种情况考虑.可靠度分析结果表明:组合梁抗弯承载力和纵向抗剪承载力的可靠指标比较接近,当γ5=1.15时,一般运行状态可靠指标在5.0～5.9之间,密集运行状态可靠指标在5.4～6.5之间;竖向抗剪承载力的可靠指标较小,当γ5=1.15时,一般运行状态可靠指标在4.1～5.0之间,密集运行状态可靠指标在4.0～5.5之间.     

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。     

U 型 Twin-PBL 剪力键极限承载力的数值分析

根据端部承压混凝土可提高Twin-PBL剪力键承载能力的特点,提出一种新型的可用于装配式钢混组合结构的间断式U型Twin-PBL剪力键。通过3组推出试验试件的非线性数值模拟分析,研究了这种新型剪力键的极限承载特点和承载力。结果表明：U型Twin-PBL剪力键极限承载能力较普通承压型Twin-PBL剪力键有显著提高,且提高主要来源于端部混凝土承压面积增大,所以混凝土强度的提高对该剪力键承载能力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋两部分对承载力贡献无明显变化,故而通过修正端承压混凝土面积得到了这种剪力键承载力计算公式。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥的间断式剪力键提供了新的思路。     

预应力高强混凝土梁极限承载力分析

针对高强混凝土材料力学行为的特殊性，考虑材料非线性的影响，通过将普通钢筋均匀“涂抹”于混凝土中，建立综合本构关系矩阵，将由此形成的普通钢筋与混凝土匀质材料整体离散为实体单元，并将预应力钢筋离散为独立的一维单元，用有限元法对预应力高强混凝土T型梁进行了极限承载力分析研究，给出了梁受力全过程矿．厂曲线，分析了其受力变形和破坏特点。为方便结构工程师参考，还对影响预应力高强混凝土梁极限承载力的主要结构参数（配筋率、高跨比等）进行了分析计算，推荐了这些参数的合理取值范围。     

组合梁桥负弯矩区U形连接构造有限元分析

针对钢-混组合梁负弯矩区桥面混凝土病害问题,提出一种半刚性连接构造形式即U形钢铰。采用ABAQUS有限元软件建立组合梁数值模型,对U形钢铰连接形式与现有连接构造形式的力学性能进行对比分析,发现U形钢铰连接形式能较好地缓解钢梁屈曲变形和桥面混凝土开裂;为合理确定U形钢铰设计参数,选定钢板厚度、钢板强度及钢梁间距3个参数进行因素分析,结果表明U形钢面刚度和承载力随着钢板厚度、强度增加而增加,随钢梁间距增大而减小,建议钢梁间距取50 mm、U形钢铰厚度取48 mm、材料强度取Q390。     

装配式混合连接钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了实现小跨径钢-混凝土组合梁桥的快速装配化,在传统装配式钢-混凝土组合梁中引入胶结连接件。为了研究小跨径装配式混合连接钢-混凝土组合梁的力学性能及连接可靠性,设计并制作了2榀10 m跨径组合梁足尺试件,并进行了抗弯性能静力试验。通过对组合梁整体及界面的破坏模式观察,及加载过程中试件的承载力、下挠程度、界面滑移与应变值的测定,得到了荷载-挠度曲线、荷载-界面滑移曲线、应变沿截面高度分布曲线,分析了试件的抗弯承载力、刚度、界面滑移性能和平截面假定的符合性。结果表明,装配式混合连接组合梁具有较好的塑性变形能力,其刚度和强度均满足规范要求,具有较高的安全储备;钢梁与混凝土板连接界面的滑移很小,计算时可不考虑连接界面的滑移影响;在3倍工作荷载内跨中和1/4跨的截面应变符合平截面假定。最后,结合钢-混凝土组合桥梁设计规范(GB 50917—2013)与国外相关文献中的公式,给出了该装配式混合连接组合梁的抗弯承载力计算方法,并通过理论计算与试验结果的对比,验证了该计算方法的合理性。