波形钢腹板箱梁桥剪力键形式的优化设计

随着我国高速公路建设的不断发展,一些新结构新工艺在国内得到了应用和推广,特别是波形钢腹板组合箱梁桥已成为国内科研、设计、施工、监控等部门的研究重点。但该类桥梁存在剪力键处应力集中的问题。鉴于此,在现有剪力键的基础上对其进行了优化设计,以消弱应力集中对钢-混凝土结构造成的不利影响。     

波形钢腹板PC桥剪力键部位密实度分析

波形钢腹板箱梁底板剪力键通常存在上翼缘,上翼缘的存在及配筋密集导致混凝土浇筑不密实。基于超声CT(计算机断层扫描)测试技术,考虑延时修正,采用迭代重构算法(SIRT算法)识别不同区域的波速,测试波形钢腹板组合箱梁底板角钢剪力键部位的混凝土密实性。研究结果表明,超声CT测试技术能够图形化显示测试区的混凝土波速场,可直观判别测区混凝土缺陷的分布范围;采用A1~A10共10个发射测点和B1~B10共10个接收测点,单个测区测得100组数据的超声CT测试方案,能有效反演测区的混凝土波速场,即能有效识别混凝土材质的不均匀性;4个测区的测试结果表明所测桥梁的相应部位混凝土浇筑较为密实,无混凝土浇筑不密实现象。研究可为波形钢腹板组合桥梁的施工质量评估方法提供参考。     

考虑横向预应力效应的钢-混组合梁桥PBL剪力键试验研究

为研究钢-混组合梁桥PBL剪力键的抗剪承载能力及其影响因素,以兰州小砂沟大桥为工程背景,设计3类13组共33个试件,采用推出试验的方法进行试验研究,对比分析了PBL剪力键的破坏形态、破坏机理以及抗剪承载能力的影响因素,提出了考虑横向预应力效应的PBL剪力键抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:贯穿钢筋直径、钢板开孔孔径以及钢板厚度的增加均能有效提高PBL剪力键的抗剪承载能力;横向预拉应力的存在促进了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度无法得到充分发挥,从而降低了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力降低可达10%;横向预压应力的约束作用延缓了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度得到充分发挥,提高了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力提高可达20%;考虑横向预应力效应的公式计算结果与试验结果吻合较好.      

预应力PBL剪力键的承载能力试验研究

大跨度波形钢腹板箱梁桥中波形钢腹板与顶板混凝土之间PBL剪力键有其独有的构造、受力及应力环境特点,为了研究这类剪力键的荷载-滑移曲线特征和承载能力,对13组三孔模型共33个试件进行了静载破坏试验,分别通过千斤顶和精扎螺纹钢筋对试件施加横向预拉和压应力,提出了设计承载能力的概念、取值方法、设计承载能力和极限承载能力的拟合计算公式.研究结果表明:当荷载小于设计承载能力时,剪力键处于弹性工作阶段,且滑移量不超过规定的限值;荷载-滑移曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段,部分存在强化阶段;以集中荷载方式加载时,按3个孔所承担荷载平均值得出的承载能力明显偏小;横向预拉应力对设计承载能力和极限承载能力的降低值分别为0.020、0.043 k N,横向预压应力使剪力键的承载能力提高并起有利作用,预应力对承载能力的影响可单独考虑.     

PBL剪力键试验研究及有限元分析

针对PBL剪力键力学行为,设计制作了2组6个PBL试件进行实验研究.结合国内外的经验和有限元分析,研究PBL剪力键荷载-滑移曲线、弹性阶段力学性能、传力机理及最终破坏方式.为组合结构PBL剪力键的设计提供参考.     

组合梁桥剪力连接件浅析

剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘板共同工作的关键元件,合理安全地确定其抗剪承载力对组合梁的设计和保证其整体工作性能至关重要。重点介绍了组合梁桥连接件中的栓钉和开孔钢板连接件的性能、应用情况与抗剪能力的计算。     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

有机聚合物剪力键的破坏机理及承载能力研究

为了解决金属剪力键存在初始裂缝、焊接残余应力、剪应力传递不均匀等缺陷,进行了有机聚合物非金属剪力键代替传统金属剪力键的研究.采用推出试验方法,设计、制作并测试了8组试件(共24个试件),在考虑有机聚合物剪力键的粘结厚度、弹性模量及界面处理工艺等影响参数的基础上,研究了这类剪力键的破坏机理和极限承载能力,同时,提出了预测界面极限抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:有机聚合物与混凝土共同被剪坏是主要的破坏形式;非金属剪力键界面极限剪应力分布在1.10~2.47 MPa之间,非金属剪力键与金属剪力键具有同等能力的界面抗剪水平.     

连续斜交箱梁桥剪力滞效应分析

斜交箱梁桥在我国应用广泛,其剪力滞效应不能简单的采用正桥的相关理论。利用有限元软件ANSYS建立连续斜交箱梁桥三维实体单元模型,系统地分析了斜交箱梁桥横向剪力滞效应的变化规律和斜度、宽跨比的参数变化以及不对称加载对剪力滞系数的影响,并编制了剪力滞计算表格,为工程实际和设计研究提供了参考。研究结果表明,斜交箱梁桥横向剪力滞效应变化明显,斜度、宽跨比、不对称加载对剪力滞系数影响很大,生产实践中应充分重视斜交箱梁桥的剪力滞效应。     

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

沉管隧道接头剪力键抗震性能及减震措施

为提高沉管隧道接头的抗震安全性,设计了一种减震装置,完成了有无减震装置2组1/4大比例尺的接头剪力键模型往复加载拟静力对比试验.通过试验揭示了沉管隧道接头剪力键模型在水平循环荷载下的力学行为及抗震性能,并验证了新型减震装置在沉管隧道接头减震中的可行性.试验结果表明：无减震模型在循环剪切荷载下,凹槽端部率先出现裂缝,随后剪力键端部开始出现裂缝,随着加载位移的增大,剪力键出现较大塑性变形后失效;减震模型在循环剪切荷载下减震装置先出现局部屈曲,随后剪力键出现剪切破坏,减震装置可延迟剪力键的开裂时间;与无减震模型相比,减震模型在输入相同的加载位移时,其开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载及破坏荷载分别提高了45.2%、37.33%、26.8%和29.2%;减震装置对模型初始刚度影响相对较小,且能满足规范限定的接头容许位移;单圈滞回耗能最大可提高55.1%,累积滞回耗能提高了31.9%,该减震装置可较好地提高剪力键的整体抗震性能.     

刚构一连续组合单箱室桥剪力滞效应分析

为了分析刚构一连续组合单箱室桥的剪力滞效应,以三股线刚构一连续组合桥为工程背景,利用空间有限元程序ANSYS建立箱梁空间网格模型,通过模型对剪力滞效应进行分析,最终得出空间网格法可以很好地分析刚构一连续单箱梁桥的成桥跨中、支点剪力滞效应;箱梁的剪力滞效应为：顶板的剪力滞效应较底扳显著;剪力滞效应沿纵向是变化的,总体上边跨截面的剪力滞比跨中截面要突出,相关结论可为同类桥梁的设计和加固提供参考。     

车道荷载作用下公路多主梁桥剪力计算方法

考虑荷载横向分布系数m沿桥跨方向的变化,采用积分法对车道均布荷载引起的支点最大剪力进行了计算.其次根据函数极值原理推导了车道集中荷载引起的支点最大剪力计算公式及相应最不利荷载布置;提出了采用支点最大剪力计算判别式进行简便、准确计算支点最大剪力的方法.最后结合我国2004年公路桥规,以公路桥涵标准设计为算例,对本文计算方法和传统经验方法的结果进行了误差分析,说明本文提出的方法对桥涵设计及结构分析具有一定的指导意义.     

曲线箱梁斜腿刚构系杆拱桥剪力滞效应分析

利用SAP通用有限元分析软件，采用三维板壳单元模拟连续曲梁及横隔板，用实体单元模拟桥墩，三维梁单元模拟扇形吊杆及直线拱肋，对一曲线连续箱梁斜腿刚构系杆拱组合体系桥进行三维分析，连续弯箱梁剪力滞现象比较突出，应引起工程师的重视。     

新型翼缘型开孔折板剪力键抗剪性能试验

在传统Twin-PBL键和翼缘型开孔波折板抗剪连接件基础上研究一种新型抗剪连接件-新型翼缘型开孔折板剪力键,对8组共24个剪力键做抗剪承载力推出试验,研究折板间距对承载力影响,并将新型翼缘型开孔折板剪力键与相应Twin-PBL对比。结果表明:折板间距对承载力影响较大,间距20 cm的剪力键承载力最大,比相应间距25 cm的增加8.76%,比相应间距30 cm的增加11.24%;新型折板剪力键抗剪切性能明显高于相应结构尺寸的直板剪力键,最高增加92.1%。说明该新型翼缘型开孔折板剪力键具有承载力高、抗疲劳性能好、加工制作方便、不易发生突然破坏、安全性能好等特点。     

宽翼缘梁桥剪力滞效应的解析解

本提出了宽翼缘梁桥剪力滞效应的一种通用解析解法，将梁分解成单独的平面应力板和柱条，用弹性力学理论求得其解析解，在献[12]的基础上，本考虑了梁桥腹板与翼缘联接处的加强和缓变厚度的影响。使得分析模型较献[12]更完善，更准确。     

剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响

为探究剪力连接度对钢-混凝土组合梁桥力学性能的影响,以某跨径40m的简支钢-混凝土组合箱梁桥为依托,分析剪力连接度对结构的抗弯承载力、相对滑移和破坏模式的影响。结果表明:当剪力连接度＜0.75时,组合梁桥的抗弯承载力与弹塑性阶段的抗弯刚度随剪力连接度的增大而增大,相对滑移随剪力连接度的增大而减小;当剪力连接度≥0.75时,剪力连接度的增加对组合梁桥受力影响较小。调研统计发现,目前国内钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值较为保守,综合考虑工程结构的受力性能与经济性,建议钢-混凝土组合梁桥剪力连接度的取值范围为0.75~1.25。     

腹板倾斜角度对连续-刚构组合梁桥剪力滞效应的影响

基于空间有限元法,以湘府路湘江大桥为背景,利用有限元结构程序Midas Civil和Midas FEA分别建立了连续-刚构组合体系桥的全桥杆系模型和局部三维实体模型,通过改变连续-刚构桥斜腹板倾斜角度,分析了箱主梁在恒载工况下的关键截面剪力滞效应的变化规律。计算结果表明：在单箱三室宽箱梁中,腹板倾斜角度的变化对墩梁截面顶、底板剪力滞效应的影响大于跨中截面顶、底板剪力滞效应的影响。     

钢筋混凝土连续箱梁剪力滞效应研究

利用空间有限元法分析了单箱双室钢筋混凝土连续箱梁剪力滞效应,分别计算了自重作用及活载作用下跨中截面与支座处截面的正应力分布规律及剪力滞系数,并将采用有限元分析得到的翼缘有效宽度与规范中的有效宽度规定进行了比较,以期为同类桥梁设计提供参考。