钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。     

考虑剪切滑移效应的组合梁等效刚度分析

钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢-混凝土组合梁变形增大。基于弹性理论,在考虑剪切滑移效应情况下,建立了钢-混凝土组合梁刚度计算的解析方法,计算组合梁任意截面的等效刚度。研究表明:截面等效刚度受到拴钉剪切刚度、剪切滑移的影响;在拴钉间距较大时,组合梁刚度和折减刚度之间有不可忽略的差值。按此方法算得的组合梁挠度值与试验结果吻合较好。     

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。     

钢-混组合梁桥力学性能分析

为优化钢-混组合梁剪力键设计,依托某钢-混组合梁桥,使用midas有限元设计软件分析了组合梁桥运营阶段结构变形、抗剪强度、钢梁和混凝土板应力、剪力键应力幅、支座反力等力学性能,结果满足规范要求,在此基础上对剪力键类型和设置间距开展研究,研究表明：剪力键类型和设置间距对组合梁界面滑移影响较大,设置柔性剪力键的方案,结构滑移量较大,剪力键类型和设置间距对挠度有一定影响,但对钢-混组合梁结构应力影响不明显。剪力键刚度越小,设置间距越大,钢-混组合梁成桥变形越大。研究结果可供类似工程设计参考。     

大跨度连续刚构桥施工期0号块温度效应分析

为了研究混凝土箱梁桥的温度效应问题,以一座大跨度预应力混凝土连续刚构桥为工程背景,在施工过程中,进行了温度效应观测.在实测数据的基础上,提出了一种适合该桥所在地区的混凝土箱梁温度梯度模式.运用有限元方法,对该桥的温度效应进行了理论计算,计算了温度作用所导致的温度应力和变形,计算值与实测值的比较结果说明了该温度梯度模式的...     

陕西地区混凝土无伸缩缝桥梁的温度作用及其区划

为研究混凝土无缝桥温度作用取值的地域差异性，对一整体式无缝桥开展了长期温度测试，基于实测数据验证有限元温度场模拟方法的准确性；调研陕西省及周边省份46个国家基准气象站1993~2015年气象数据，对其中缺失太阳辐射数据的站点进行了补充，并将气象站日值数据分解为逐时数据用于温度场分析；利用气象数据进行了23年长期温度场模拟，并基于新西兰规范温度梯度模式，进一步通过广义帕累托模型计算了有效温度和温度梯度作用具有50年重现期的代表值；采用空间插值方法绘制了温度作用等值线地图，并对等值线地图进行简化得到了温度作用分区地图；考虑不同梁高和铺装厚度参数对温度作用模式进行了修正，并最后给出一个分区地图的应用案例，计算了陕西各分区内整体桥的跨径总长限值。研究结果表明:陕西地区有效温度分区地图分布趋势与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)基本吻合，但关中和陕南部分地区取值较规范更为不利，而对于温度梯度顶部温差，陕北和陕南的大部分地区均超过规范统一取值14 ℃；在梁高小于1.4 m时，不存在新西兰规范温度梯度模式中的等温段，修正后的温度梯度模式能准确反映不同梁高下的温度分布规律；沥青铺装厚度仅对顶部温差影响较大，不同铺装厚度情况下的顶部温差可按线性插值进行修正；整体桥主梁纵向变形量随桥长线性增长，可在自由伸缩变形的基础上通过过引入纵向伸缩量折减系数进行简化计算；桥长可通过考虑升温时的桥台弯曲破坏和降温时的桩低周疲劳破坏进行控制，根据实际合龙温度计算；在提出的3种温度分区中，最优合龙温度下的理论桥长最大值分别为290、240和220 m。      

考虑界面相对滑移的钢-混凝土组合梁力学性能分析

根据钢和混凝土的应力应变关系,提出该组合梁考虑钢与混凝土界面相对滑移的力学性能分析方法,并由此编制计算分析程序,求解竖向集中荷载作用下组合梁的承载力、荷载-挠度曲线以及钢与混凝土的相对滑移分布,并通过与试验对比,表明按该文分析方法得出的结论与试验吻合较好。     

钢-混凝土组合梁的温度骤变效应分析

对自然环境内钢-混凝土组合梁截面内温度进行了测试,以温差梯度为计算模型,基于弹性理论,推导了不同温差模式下组合梁交界面上的剪力、剪应力、相对滑移应变与变形以及弯曲变形曲率计算公式.分析结果表明:在自然温变情况下组合梁截面内存在温差,同时混凝土翼板内温度分布不均匀;界面剪力最大值在跨中部位,向梁端部逐渐递减为0;剪应力、相对滑移应变与变形在梁端部达到最大值,向跨中逐渐递减为0;界面内力及变形与温差大小呈线性正比,斜率与混凝土板内温度分布模式有关;混凝土板内温度分布模式及厚度是截面内力和变形的主要影响因素.     

部分抗剪连接钢-混凝土组合梁抗弯极限承载力的实用计算方法

在承载力和变形许可的条件下,钢-混凝土组合梁采用部分抗剪连接可以方便施工、降低造价.由于没有考虑界面纵向滑移及竖向掀起效应的影响,钢结构设计规范中,部分抗剪连接组合梁抗弯强度的计算值在某些情况下将偏于不安全.通过对规范中部分抗剪连接和完全抗剪连接组合梁抗弯强度计算的对比分析,并结合国内4根部分抗剪连接组合梁的试验研究结果,建立了考虑界面纵向滑移及竖向掀起影响的部分抗剪连接组合梁受弯极限承载力的计算方法.计算结果表明,按照该方法得到的计算值与实测值吻合良好.     

简支组合箱梁在横向对称荷载作用下的解析解及剪力滞研究

对于上下翼缘宽度都较大的钢-混凝土组合箱梁,分别考虑了钢梁底板、混凝土顶板和悬臂板由剪力滞效应引起的纵向翘曲,以及钢梁与混凝土板之间的相对滑移,在线弹性阶段采用位移叠加的概念,根据能量变分原理建立了钢-混凝土简支组合箱梁平衡微分方程,得到了均布荷载和集中荷载作用下的应力和挠度的解析解,并将解析解与试验结果及ANSYS软件的计算结果进行了相互验证.通过对组合梁荷载效应的参数研究,发现剪滞效应和钢梁与混凝土板之间的滑移效应存在耦合关系,滑移效应的增大使剪滞效应缓解,但使滑移变形和组合梁的挠度增大.结果还表明,不同荷载类型所产生的剪滞系数沿梁轴的分布有明显差别.     

大跨度组合梁斜拉桥极限承载力影响因素

为探讨斜拉索断裂、组合梁界面相对滑移和桥面板剪力滞效应对结构极限承载力的影响,以在建的重庆江津观音岩组合梁斜拉桥为工程背景,考虑结构的几何非线性、材料非线性、体系转换、位移和应力的累积效应,按第二类稳定理论对桥梁全过程极限承载力进行了研究.结果表明,考虑斜拉索断裂、组合梁界面相对滑移和桥面板剪力滞效应的影响后,结构承载力安全系数最大变化分别达23.0%,19.0%和42.4%;斜拉索断裂对极限承载力的影响是一个先增大再逐渐减小的过程,而界面滑移和桥面板剪力滞效应对结构极限承载力的影响主要表现在短悬臂阶段.     

大跨钢-混凝土结合梁斜拉桥传力机理

为探讨大跨结合梁斜拉桥中钢主梁与混凝土板的传力机理,采用梁段模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对观音岩长江大桥主梁的受力性能进行了研究.用有限元软件ANSYS建立标准梁段的空间有限元模型,对不同组合荷载作用下结合梁的应力分布进行了弹性分析;考虑材料的非线性特性和剪力钉荷载-滑移的非线性关系,对设计荷载组合下结合梁的力学行为进行了弹塑性分析.在此基础上,采用1:2的缩尺比例进行模型试验研究,测试了不同荷载组合下结合梁截面的应力.研究结果表明:在设计荷载组合作用下,混凝土板与钢主梁间的相对滑移较小,剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;结合梁截面应力基本满足平截面假定,钢主梁以抗弯为主,混凝土板承担较大截面压力.      

Simulation of Temperature Field in Original Segment of Concrete Box-Girder Bridge

Temperature field and its variation with time are necessary for analyzing the thermo-mechanical performance of mass concrete structures at their early ages. This paper carries out a temperature field simulation analysis for an original segment of a real box girder bridge with the finite element software ANSYS. Two representative exothermic rate models are used to describe the heat-releasing process caused by the cement hydration in concrete. The exothermic rate model that conforms to reality more closely is recognized by comparing the simulation results with the data gathered from the optical fiber temperature sensors pre-embedded in the original segment. The air temperature and wind velocity that constitute thermal boundary conditions are determined in the light of the local meteorological department and correlative research achievements of recent years. Moreover, the consideration for the steel formwork acting as a barrier to heat loss is also proved to be beneficial to improve the simulation effect.     

混凝土箱梁水化热温度损伤修正耦合方法

为了防止混凝土箱梁墩顶块在施工过程中出现早期开裂与温冲现象,研究了混凝土水化热温度损伤模型,综合考虑混凝土弹性模量与边界条件的时变效应,采用线性迭代方法,建立了混凝土箱梁墩顶块水化热温度损伤修正耦合方法,计算了水化热温度损伤场随时间变化的过程,得到了水化热温度损伤时程关系曲线,分析了温度损伤时变效应规律。计算结果与实测结果对比表明:混凝土箱梁水化热温度偏差小于10%,水化热温差峰值比水化热温度峰值滞后约32h,等效应变峰值与温差峰值发生时间相同,水化热温度损伤度与等效应变成正比,时变效应规律一致,因此,此方法可行。     

小半径曲线刚构箱梁桥日照时变温度场与温度效应

应用太阳物理学理论确定了太阳的实时位置, 结合光线跟踪算法实时选取了结构的时变迎光面, 得到了结构的时变热边界条件; 以永顺—吉首高速公路石家寨立交中的一座小半径曲线刚构箱梁桥为工程背景, 参考当地历史气象数据, 以气温最高的某夏日为例, 在考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热和风速等环境条件下, 实现了小半径曲线刚构箱梁桥三维瞬态日照时变温度场的有限元仿真, 通过热-结构耦合分析得到了小半径曲线刚构箱梁桥的日照时变温度效应。研究结果表明: 在日照时变辐射作用下, 由于小半径曲线刚构箱梁桥翼缘板的遮盖作用, 箱梁腹板受太阳直射的时间不同, 箱梁各断面腹板处最大温差为1.3℃; 小半径曲线刚构箱梁桥顶板竖向温度梯度变化规律与《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2015) 中相似, 顶板上下表面间最大温差为14.3℃, 且箱梁顶板下表面温度变化滞后箱梁顶板上表面约3 h; 小半径曲线刚构箱梁桥顶板下表面会出现最大为3.13 MPa的横向拉应力, 顶板上表面、腹板外表面也均会出现超过2 MPa的横向拉应力; 小半径曲线刚构箱梁桥梁端与跨中位移变化趋势相反, 初步揭示了日照时变辐射作用下小半径曲线刚构箱梁桥的蛇形运动规律。      

从WCEE看国内外韧性抗震梁桥研究进展

梳理和总结了第16、17届世界地震工程大会(WCEE)中关于韧性抗震梁桥相关的研究进展;分析了后张预应力摇摆自复位梁桥与其他新型韧性抗震梁桥体系的最新研究进展,总结了高性能材料在韧性梁桥中的应用研究,并介绍了国内外自复位梁桥的工程实践;介绍了自复位耗能装置和限位装置等韧性抗震梁桥结构中的可更换装置研究,讨论了附加可更换装置的梁桥结构抗震性能;总结了单体梁桥和桥梁网络的抗震韧性评估方法,探讨了韧性抗震梁桥结构的研究方向和发展趋势。研究结果表明:附加可更换耗能装置的后张预应力自复位梁桥是研究最为广泛的韧性抗震梁桥结构,且已建成了多座示范工程,该类结构在强震中的表现有待实际地震验证;需要结合高性能材料开发可更换装置新结构与新构造,在此基础上研究其与桥梁的合理连接技术及抗震设计方法;考虑性能退化、需求增加等多因素影响的既有梁桥结构抗震韧性评价方法和能力提升技术及其设计理论,是中国已建梁桥面临的突出问题。      

斜拉-悬索协作体系桥的温度效应分析

对自锚式和地锚式2种斜拉-悬索协作体系桥进行了成桥后的温度效应分析,分别考虑了体系温差、索梁塔温差、索塔日照、索梁日照4方面的影响,并对比了2种体系的结果.结果显示温度效应对2种体系内力和位移的影响都比较大,不同种类的温度效应对2种体系的影响程度也不相同,并对其原因进行了分析.     

波纹钢腹板PC组合箱梁的抗剪连接键分析

波形钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢-砼组合结构,由于其良好的受力性能在日本和欧美得到了广泛应用,其优势在于它充分利用了钢和砼的材料特点.而抗剪连接键是能否为结构提供足够完整的组合作用的一个决定因素,本文介绍了波形钢腹板PC组合箱梁抗剪连接键的受力性能分析与设计计算方法,并介绍了国内首座波纹钢腹板公路桥———大堰河中桥的抗剪连接键的计算实例.     

实用混凝土箱梁温度应力计算方法

骤然降温和日照温差在混凝土桥梁截面上产生非均匀的温度分布,从而产生温度应力,而各国规范给出的温度梯度模式又不能准确反应特定桥梁个体的实际情况。详细介绍了基于ANSYS的温度应力计算方法,可以考虑季节、桥梁地理位置、走向、材料特性、结构尺寸、翼缘板对腹板的遮阴作用等各种因素的影响,计算出一天任何时刻的温度分布,然后根据温度场计算结果用超级梁单元计算温度应力,不仅速度快而且对变截面梁、曲线梁等复杂情况均可取得满意结果。