预应力钢-混凝土施加预应力时的滑移效应分析

报道了9个预应力钢--混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉翼缘施加预应力的模拟试验结果,对此阶段预应力钢--混凝土组合梁的工作性能、钢-混凝土界面滑移规律及主要影响因素进行了较深入研究,建立了相应的界面滑移经验计算公式,并与有限元结果进行了比较.     

钢-混凝土组合梁的非线性性能分析

本文对9根钢—混凝土组合梁进行了竖向加载试验,测出了该组合梁的极限荷载、钢与混凝土界面的相对滑移分布以及荷载-挠度曲线,并由此提出了根据钢与混凝土应力-应变关系,考虑钢与混凝土界面相对滑移的组合梁非线性性能分析方法,进而求解了竖向集中荷载作用下组合梁的极限荷载、钢与混凝土界面的相对滑移分布以及荷载-挠度曲线等非线性参数,通过试验对比,表明本方法分析结果与试验吻合较好.     

预应力钢-混凝土组合梁非线性有限元解法

为了研究预应力钢-混凝土组合梁受力全过程的力学性能,编制了预应力组合梁非线性有限元程序,考虑了材料非线性及几何非线性,模拟了连接件传力机理,能较精确地预见和分析加载受力过程中预应力增量、界面相对滑移、组合梁极限承载力等受力性能,并进行了算例验证,结果表明,该有限元程序正确。     

多损伤钢-混组合梁桥力学性能有限元分析方法

为了研究钢-混组合梁桥多损伤状态有限元分析方法,探明不同损伤类型和程度对钢-混组合梁桥力学性能的影响规律,首先,研究了钢-混组合梁桥多损伤组合有限元模拟方法及损伤等级量化评定方法;然后,基于车-桥耦合振动分析了不同车速和不同损伤等级下钢-混组合梁桥跨中动力响应和车体加速度响应;最后,研究了不同损伤等级下钢-混组合梁桥关键截面挠度、板梁间相对滑移与应力的变化规律。结果表明：多损伤组合模拟方法能够有效表征钢-混组合梁桥的多构件损伤交织状态,可实现钢-混组合梁桥多损伤状态的定量描述;随着损伤等级的增加,跨中竖向振动位移和加速度响应峰值增大,车体的竖向、侧倾和俯仰振动加速度也表现出相同的变化规律,与无损伤状态相比,其峰值的最大增幅分别为2.16倍、92.5倍、205倍、565倍和235倍;关键截面的挠度、滑移亦随之增大,钢梁下缘应力变化不明显,混凝土板上缘应力显著增大。     

新老混凝土组合梁界面黏结性能研究

为了解新老混凝土组合梁在预应力作用下的界面黏结性能,采用测量界面间应变的试验方法和有限单元法研究了箍筋间距和混凝土的开裂对界面间黏结性能的影响.结果表明,在预应力作用下,黏结面上下应变差值较小,界面间无明显滑移.在静载作用下,破坏模式为剪跨区局部发生黏结破坏之后受压区混凝土压碎,黏结面上下应变差值为5.06×10-4～9.19×10-4,界面间滑移较明显.箍筋间距从200 mm变化到100 mm后,界面滑移值由2.757 mm减小至1.518mm,增加了组合梁的整体性和刚度.有限单元法计算出的组合梁界面应力、应变及滑移,与试验值吻合良好.     

双层连续组合梁弹塑性状态的界面滑移

考虑了上层混凝土开裂及钢筋与混凝土之间滑移对梁变形的影响.根据剪力连接件的实际力学特性,采用简化后的线弹性弹簧来模拟钢筋 混凝土界面以及钢梁 混凝土界面的剪切滑移,并结合内力-变形关系推导出双层钢 混凝土组合梁的上下层界面滑移微分方程.在分析过程中偏保守地假设负弯矩截面上缘混凝土板抗拉刚度降为零.为验证该解析法的合理性,采用非线性较强的有限元软件Abaqus建立了空间模型,模型考虑了剪力连接件和材料的非线性.有限元计算结果表明,通过2种方法所得的界面滑移数值和趋势比较吻合,该解析法用于分析双层连续组合梁的滑移变形是可行的.     

钢-混凝土组合梁的固有频率及其振型

为准确分析考虑剪切滑移效应的钢-混凝土组合梁频率及其振型,根据经典动力学的基本思想和粘结滑移理论,提出了钢-混凝土组合梁考虑剪切滑移效应的位移函数,基于能量法推导了考虑剪切滑移效应的组合梁自由振动方程并得出固有频率及其振型,解决了考虑钢-混凝土组合梁交界面剪切滑移的难题。通过室内试验对试验梁的频率及其振型进行测试,并基于ANSYS对钢-混凝土组合梁进行了仿真模拟分析,将试验梁的测量值、ANSYS仿真模拟分析值与理论解进行对比,结果表明:考虑剪切滑移效应求解钢-混凝土组合梁频率和振型的解析解是正确的,在实际组合梁工程中考虑剪切滑移效应十分必要。     

钢-混凝土组合连续梁抗弯性能

为了准确分析钢-混凝土组合梁的抗弯性能,考虑到钢-混凝土组合梁交界面处通过剪力连接件部分相互作用的特点,基于接触理论推导了一种新的复合梁单元有限元刚度方程。考虑到钢-混凝土组合梁交界面处的剪切滑移效应,在交界面上采用两种位移模式以模拟钢梁上缘和混凝土下缘的位移差。通过将计算结果与试验结果对比,表明该计算公式是合理可信的。利用复合梁单元能够有效计算在竖向荷载作用下组合梁的挠度、应变和交界面处剪切滑移应变差等指标沿梁纵向的分布,并且能直接分析栓钉对组合梁抗弯性能的影响,还可以将复合梁单元推广到变截面钢-混凝土组合梁和预应力钢-混凝土组合梁的计算中。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度数值计算模型

为得到较为准确的钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度分析模式,综合考虑钢筋和混凝土间黏结应力-滑移关系、钢梁与混凝土界面的滑移效应、混凝土收缩应变以及拉伸硬化效应,基于黏结-滑移理论建立了静力荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度的数值计算模型,并将模型预测值与相关文献数据和规范公式计算结果进行了对比分析.结果表明:在组合梁达到屈服荷载前,模型计算值能够较好地模拟裂缝宽度的发展过程,不考虑钢梁与混凝土板之间界面滑移效应时得到的裂缝宽度比考虑界面滑移效应时增大10%左右;按照规范推荐公式得到的结果与试验值偏差较大,而采用数值模型所得结果与试验值吻合度较高,离散系数极小,进一步验证了模型的准确性和适用性.     

开孔钢板连接件在梁桁体系组合梁中的性能

为了研究开孔钢板连接件在梁桁体系钢-混组合梁中的连接性能,通过粘贴应变片和架设位移计测得组合梁跨中截面应力和滑移,分析开孔钢板连接件对组合梁性能的影响。研究表明:开孔钢板连接件使得混凝土与钢桁架交接面的相对滑移量极小,组合梁跨中截面基本符合平截面假定,具有较优的连接性能。     

无粘结预应力钢板夹心混凝土组合板滑移性能分析

目的钢板与混凝土界面相对滑移是影响组合板承载力和刚度的主要因素,明确界面相对滑移分布规律及影响因素.方法利用弹性理论,建立考虑预应力钢筋内力增量和滑移刚度影响的界面相对滑移微分方程,给出对称集中荷载作用下的滑移计算公式.结果组合板最大滑移发生在组合板端部,并沿组合板纵向向跨中逐渐减小,跨中滑移为零,组合板的滑移随着连接刚度增加、含钢率增加及混凝土强度等级提高而减小.结论连接刚度是影响预应力组合板界面滑移的主要因素,混凝土强度等级、含钢率影响相对较小,预应力钢筋内力增量对滑移影响很小,可以忽略其影响.     

钢-高强有机聚合物纤维混凝土组合连续梁力学性能试验研究

针对钢-混组合连续梁桥负弯矩区易开裂难题,采用高抗裂的高强有机聚合物纤维混凝土代替普通混凝土,在跨中对称荷载作用下,试验研究钢-高强有机聚合物纤维混凝土组合连续梁的力学性能,探明高强有机聚合物纤维及其掺量对组合梁抗裂性能的影响作用。结果表明,高强有机聚合物纤维对钢-混组合梁抗裂性能和结构延性的提升影响较大,对承载能力的影响较为有限;高强有机聚合物纤维掺量增高,结构抗裂性能提升,开裂弯矩增大,裂缝发展受到抑制;通过荷载-纤维掺量关系曲线,获得了高强有机聚合物纤维的最佳掺量取值4kg/m3。研究成果为高强有机聚合物纤维混凝土在钢-混组合连续梁桥中的应用提供了技术支撑。     

考虑纵向滑移的组合梁随机有限元可靠度分析

针对钢-混组合梁构造复杂、材料多样、不确定性强的特点,从随机不确定性的角度来研究钢-混组合梁,基于Newmark几何模型,将钢-混组合梁的混凝土板、钢梁以及剪力连接件作为整体单元考虑,通过采用T.L列式增量法,提出并推导了考虑纵向滑移效应的非线性组合梁单元模型。结合直接微分法,对组合梁的结构响应梯度进行了计算分析;并由FORM法计算得到可靠度指标,对钢-混组合梁算例进行了随机有限元可靠度分析。计算结果表明:在实际工程中,并不需要完全刚性连接来保证结构的可靠性;在保证安全方面,考虑几何非线性来计算结构的可靠度是有必要的。     

预应力钢-混凝土组合梁抗震性能试验研究

对普通钢-混凝土组合梁的钢梁和混凝土板施加预应力,即形成了预应力钢-混凝土组合梁.基于5根梁的低周反复荷载试验,对预应力钢-混凝土组合梁的破坏形态、滞回曲线、变形恢复能力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能进行了较为系统的研究,重点探讨了预应力度和剪力连接程度对其抗震性能的影响.研究表明,预应力钢-混凝土组合梁具有良好的抗震性能.     

支撑横梁体系钢-混凝土连续组合梁桥地震响应分析

结合工程实例,采用SAP2000建立支撑横梁体系钢-混凝土连续组合梁桥精细化抗震有限元模型,并进行非线性动力时程分析,研究板梁刚度比、支撑横梁根数、剪力钉剪切刚度3个设计参数对该组合梁桥地震响应规律的影响。计算结果表明:增加钢主梁刚度和减少横梁根数有利于降低结构在地震作用下的动力响应;剪力钉刚度大幅折减致梁板界面滑移时,桥梁第一阶自振周期增加26.14%,而墩底纵、横桥向弯矩分别降低47.74%和32.6%,说明剪力钉刚度折减导致界面滑移的同时降低了墩底截面地震力。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁滑移性能的研究

利用ANSYS 有限元程序,考虑材料以及接触非线性,分析了冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁型 钢与混凝土之间的滑移性能． 并建立组合梁的理论计算模型,计算滑移的理论值． 结果表明: 组合梁 的荷载形式对其滑移影响较大; 改变端板的设置情况仅对组合梁靠近端部处的滑移量有一定影响; 在剪切连接件设置间距不同的情况下,组合梁滑移量的ANSYS 模拟结果与理论计算模型积分值较 为接近．     

开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁力学性能

目的研究开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁的静力力学性能和疲劳性能,为提高组合梁的疲劳性能提供依据.方法通过有限元软件ABAQUS对4组不同参数的开孔波折板连接件的静力推出试件进行数值模拟,探讨不同参数对波折板连接件抗剪承载力的影响,结合荷载-滑移曲线得出波折板连接件抗剪承载力近似公式.在静力分析的基础上,考虑波折板单位长度抗剪承载力,采用局部应力法并结合Goodman平均应力修正曲线对不同橡胶掺量的弹性混凝土组合梁进行疲劳寿命分析.结果随着橡胶掺量的增加,开孔波折板连接的弹性混凝土与钢组合梁静力承载力下降、滑移增大、疲劳寿命总体提高,其中10%橡胶掺量的组合梁的疲劳寿命约为等强度普通混凝土-钢组合梁疲劳寿命的2.1倍.结论开孔波折板连接的组合梁承载力高、整体连接性能强;混凝土板中掺入一定橡胶能有效地提高组合梁的疲劳寿命.     

分组集聚式斜拉桥索塔锚固区传力机制

为研究新型分组集聚式斜拉桥锚固形式应力安全及钢-混传剪机理,以某公路大桥为背景,选取分组集聚索塔锚固节段为分析对象,运用有限元软件ABAQUS建立锚固区精细的数值模型.根据桥塔等效杆系模型的分析结果确定节段模型准确的荷载及边界条件,分别计算分析了3种工况下锚固区混凝土及钢横梁应力分布;通过对钢-混界面的各向应力及位移分布研究,探讨在不同程度预应力损失和钢-混界面摩擦系数影响下钢横梁与混凝土桥塔的传剪受力机理.研究结果表明:设计荷载工况下,钢横梁梁端剪力主要由界面静摩擦力承担,塔柱与钢横梁未发生相对滑动,具有足够安全储备;当锚杆预应力损失达到60%或接触面摩擦系数减小为0.2时,钢-混界面处于临界摩擦状态,相对滑移增大,结构处于相对不安全状态.     

钢与高强混凝土连续组合梁非线性分析

目的 研究钢与高强混凝土连续组合梁的受力性能,为组合梁设计提供依据.方法 采用ANSYS通用有限元软件,考虑材料非线性,提出一种钢与高强混凝土连续组合梁从加载到破坏的全过程非线性分析模式,对钢与高强混凝土连续组合梁进行分析.结果 得到组合梁的荷载-变形规律;交接面滑移分布规律;交接面掀起分布规律.结论 钢与高强混凝土连续组合梁的荷载-变形曲线同样经历弹性、弹塑性和塑性三个阶段;滑移最大值发生在两加载点之间,提高混凝土强度、增加连接件刚度可以有效减小连续组合梁交接面相对滑移;在连续组合梁的负弯矩区,交接面的竖向掀起比较平缓,在距两侧梁端L/4(L为单跨长)范围内,连续组合梁的竖向掀起较大,提高混凝土强度,可以有效减小交接面竖向掀起.     

钢-混凝土组合梁截面刚度的分析

建立了考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及截面的塑性发展对钢-混凝土组合梁截面刚度影响的组合梁刚度计算模型,进行了理论推导.应用偏心板单元和偏心连接单元编制了钢-混凝土组合梁非线性有限元分析程序NACB2.0,利用NACB2.0及ANSYS进行了组合梁非线性分析,计算了组合梁在各级荷载下的挠度值,确定了组合梁的弹性截面刚度和塑性截面刚度,得出了截面刚度计算公式,并与规范中的换算截面法和现有的试验结果进行了对比.结果表明:滑移效应及塑性发展在一定程度上使组合梁的截面刚度比按照换算截面得到的刚度低,不可忽略;理论分析和推导与试验结果吻合很好.