变腹板高度组合梁刚度及承载力研究

为确定变腹板高度组合梁的受力性能和变形特点,本文利用有限元软件ANSYS对简支组合梁在均布荷载作用下的受力特征进行了详细的分析,得到了不同跨度时组合梁的应力分布云图,将变腹板高度组合梁的刚度和承载力与等截面组合梁进行对比,确定了刚度和承载力的简化计算公式。计算结果表明:变腹板高度组合梁中钢梁的塑性区较长,几乎达到跨度的2/3,当楔率在0.4~0.6范围内时组合梁的承载能力较大;变腹板高度组合梁的荷载-挠度曲线处于腹板最大高度和腹板最小高度等截面组合梁之间,与腹板最大高度组合梁更加接近;与相同用钢量的等截面组合梁相比,变腹板高度组合梁的刚度和承载力均有显著提高。     

钢-OSB板T形截面带肋组合梁受弯性能研究

为研究以OSB板作为翼缘、OSB-钢板作为组合腹板形成的T形截面梁(简称为钢-OSB板T形截面带肋组合梁)的受弯性能,设计了3根钢-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对其进行三分点加载试验,考虑了端部采用盒形锚固及腹板拼接的影响。试验结果表明:承载力极限状态下,各梁的钢板均达到屈服应变;盒型锚固构造措施使梁后期刚度提高;腹板跨中拼接对梁的受力性能有较大影响。建立了钢-OSB板T形截面带肋组合梁的非线性有限元分析模型,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,利用有限元模型分析了钢板厚度对组合梁受力性能的影响,分析表明,随钢板厚度增加,组合梁的承载力及变形能力均提高。通过对已有的组合梁挠度计算式进行修正,建立了钢-OSB板T形截面带肋组合梁极限挠度计算式,跨中极限挠度的计算结果与试验及有限元分析结果基本吻合。     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁受力性能试验与有限元分析

为了研究负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力及相关受力性能,对4根组合梁试件进行了试验研究和有限元分析。结果表明,负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力明显降低,洞口区域应变不再符合平截面假定;通过增加混凝土板厚度可以提高其承载力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献;洞口形状对其受力性能有较大的影响。     

波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁有限元分析

利用ABAQUS有限元程序对波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板试验梁进行有限元模拟分析,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。分别以下弦管内混凝土填充范围、下弦钢管壁厚、波形钢腹板厚度为参数,分析各参数对该组合梁受力性能及结构承载力的影响。     

波形钢腹板体外预应力组合梁正截面承载力及应力分布特征研究

为研究预应力状态下波形钢腹板组合梁的截面应力分布特征,设计制作2根波形钢腹板组合梁,在预应力筋张拉过程中研究了预应力对组合梁受弯截面应力分布特征的影响,通过正截面受弯试验对试件塑性承载力先进行测定;对体外预应力组合梁正截面承载力进行了理论分析;利用有限元分析软件,对与试件同类型的波形钢腹板体外预应力组合梁的塑性受弯承载力进行了参数分析,研究了腹板高度和混凝土强度对正截面承载力的影响。结果表明：预应力对此类构件的翼缘应变变化量影响较波形钢腹板的大约2~3倍;预应力损失对截面中性轴位置变化影响可忽略不计;施加预应力将使波形钢腹板组合梁的受弯承载力提高约30%,腹板高度等参数与此类结构跨中截面承载力呈线性关系;理论值与有限元模拟结果吻合良好,验证了所提出正截面承载力理论的准确性。     

预应力腹板开洞组合梁非线性有限元分析

为研究预应力腹板开洞组合梁在静载作用下的受力性能,以通用有限元程序ANSYS为平台,提出了用于模拟预应力腹板开洞组合梁非线性全过程受力行为的精细有限元模型,并对预应力腹板开洞组合梁的承载力影响参数(预应力筋布置形式、预应力筋初始张拉力、混凝土板配筋率、栓钉布置)进行了分析。研究结果表明:施加预应力能明显提高腹板开洞组合梁的刚度和承载力,而且扩大了组合梁的弹性承载力;增加混凝土板的配筋率能有效提高组合梁的变形能力并减少混凝土板的裂缝;增加栓钉的数量能减小组合梁的界面滑移,并能提高预应力腹板开洞组合梁的刚度和承载力。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

为研究腹板开洞对负弯矩区组合梁受力性能的影响,对三根腹板开洞外挑组合梁和一根对比梁进行了试验研究,考虑是否开洞、洞口大小、洞口补强等参数的影响.试验结果表明:腹板开洞后,组合梁开裂荷载减小,且初始裂缝出现在洞口上方混凝土板中;洞口区域截面纵向应变分布不再满足平截面假定;组合梁最终表现为洞口上方混凝土板的剪切破坏,承载力降低;洞口补强可显著改善梁的受力性能,提高其承载力.     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁承载力试验研究与理论分析

通过外挑钢-混凝土组合梁的单调加载试验和有限元分析,研究负弯矩区腹板开洞对其受力性能的影响,并基于弯剪承载力相互作用的准则,提出承载力理论计算方法。结果表明：截面开洞显著降低了组合梁的承载能力和刚度;最终破坏形式为洞口上方混凝土板的剪切破坏;组合梁承载能力随着截面削弱的加大而降低;洞口补强板可减轻洞口区域应力集中,进而提高组合梁的承载力;承载力随着洞口中心线与支座距离减小（即弯剪比的增大）而减小。应用建议的负弯矩区腹板开洞组合梁承载力计算方法得到的承载力计算结果与试验及有限元分析结果吻合较好。     

带腹板开洞组合梁的非线性分析

腹板开洞钢-混凝土组合梁在国外工程中已广泛应用,它能够充分利用净空从而降低成本,但腹板开洞使得组合梁计算变得复杂。为研究腹板开洞组合梁的受力性能,采用有限元软件ANSYS建立模型,计算和分析洞口大小、位置、形状对组合梁塑性极限承载力的影响,总结其变化规律。     

初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

腹板开洞压型钢板组合梁静力试验研究

为了研究腹板开洞压型钢板组合梁在静载作用下,洞口截面弯剪比M/V、洞口上部栓钉连接件数量以及洞口上部混凝土板对组合梁受力性能的影响,对4根腹板开洞的压型钢板组合梁和1根腹板开洞钢梁及1根普通压型钢板组合梁进行了静载试验,试验结果表明:组合梁的承载力随着洞口截面弯剪比M/V的增大而增大,但洞口两端的相对挠度随弯剪比M/V的增大而减小,呈反比关系;腹板开洞压型钢板组合梁的极限承载力随洞口远端到组合梁支座间栓钉连接件数量的增多而提高;洞口上方组合板对压型钢板组合梁洞口截面的抗剪和抗弯承载力有较大贡献。     

体内预应力波形钢腹板组合梁预应力导入效率研究

研究一种新型的体内预应力波形钢腹板组合梁的预应力导入特性。通过设置一种钢包混凝土构件,在波形钢腹板组合梁下翼缘引入体内预应力,设置的波形钢腹板使预应力更大限度地导入上、下翼缘,形成一种新型体内预应力波形钢腹板组合梁。提出的新结构与现有的波形钢腹板组合结构对比,受力性能大幅改善,梁体重量显著降低,避免了体外索的频繁更换。基于卡氏定理,根据波形钢腹板组合梁截面刚度协调特性,推导波形钢腹板的预应力导入效率计算方法,并针对提出的新型体内预应力波形钢腹板组合结构开展预应力导入效率数值分析,通过理论计算结果与有限元对比,发现两种方法获得的导入效率系数变化一致,验证了该文提出的反对称波形钢腹板的预应力导入效率计算方法。     

梁桁体系组合梁静力性能试验研究及有限元分析

梁桁体系组合梁是一种新型钢-混凝土组合结构,通过对其结构的静力试验研究,分析了其沿截面高度纵向应变、混凝土翼板纵向应变、钢梁腹板应变、腹杆轴向应变随荷载的发展变化及跨中截面挠度变化规律和破坏机理。试验结果表明:组合梁从开始受荷到最终破坏整个过程经历弹性、弹塑性及破坏3个受力阶段,其破坏模式为典型的弯曲破坏;混凝土顶板剪力滞效应较明显,沿截面高度纵向应变发展仍符合平截面假定,在纯弯段内中和轴有明显上移趋势,桁架腹杆为压弯杆件或拉弯杆件;屈服荷载时挠跨比为1/418,极限荷载时挠跨比达到1/54,整体上体现出其具有良好的变形和延性能力。采用ABAQUS软件对与试验梁同尺寸的模型进行有限元分析,验证了试验结果的正确性及有限元模型的合理性;对比分析无倾斜桁架的同尺寸模型,得到梁桁体系组合梁极限承载力相对于无倾斜桁架组合梁提高了20%左右。     

波纹腹板H型钢组合梁抗弯性能

为研究波纹腹板H型钢组合梁的受弯性能,制作4根试件进行抗弯试验,并借助有限元软件进行辅助分析。试验结果表明,波纹腹板H型钢组合梁具有较好的塑性变形性能,截面上应力分布基本符合平截面假定,钢梁腹板基本不承受弯曲正应力,腹板上剪应力均匀分布。试验得到的极限破坏弯矩可以达到理论塑性弯矩的150%以上,钢梁腹板局部承压强度高,加载点不需要设置加劲肋。结合试验结果,按照组合梁简化塑性理论,给出了多种情况下,波纹腹板H型钢组合梁抗弯承载力的设计表达式。     

冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱轴压性能有限元分析

为研究在轴压条件下,长细比和腹板高厚比对冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱受力性能的影响,本文利用ANSYS有限元软件对其进行建模分析,并对其极限承载力和最终破坏形态进行对比。研究结果表明:长细比和腹板高厚比对冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱轴压受力性能均有较大影响。随着长细比的增加,其极限承载力逐渐降低;随着腹板高厚比的降低,其极限承载力逐渐增大。     

受负弯矩和压缩作用的组合梁的性能和设计

调查了受负弯矩和轴向压缩共同作用下钢-混凝土组合梁结构的性能。在这项研究中,对6个承受负弯矩作用的足尺寸的组合梁同时进行压缩。轴向压缩的等级由低到高变化。根据试验,构建并标定一个非线性有限元模型来对试验结果进行验证。该模型能够对试验所用梁的非线性响应和最终破坏模式做出预测。所构建的有限元模型对一些常在实际中使用的组合梁可进行一系列参数分析。分析发现,当压缩荷载作用于组合截面时,组合梁的负弯矩承载能力明显降低,钢梁的局部屈曲更显著,影响了截面的延展性。基于截面平衡的刚塑性分析可以合理地预测组合截面的复合强度,因此可适当地使用于设计原理中。在负弯矩区钢梁腹板处使用纵向加劲肋可消除腹板屈曲,并增加组合截面的转动能力。根据试验结果和有限元分析提出一个可应用于工程实践中的简化设计模型。     

腹板开洞压型钢板组合梁的非线性分析

钢-混凝土组合梁下通过的管道会导致建筑层高的增加而减小组合结构的优势。腹板开洞的钢-混凝土组合梁有效的减小了梁下所需的空间,从而在工程上解决了该问题。但是,洞口的存在影响了钢-混凝土组合梁的受力性能。文章利用ANSYS有限元软件对腹板开洞压型钢板组合梁进行了非线性分析,探讨了洞口处弯剪比对腹板开洞组合梁受力性能的影响。分析结果表明,洞口位置靠近加载点或者支座处都会削弱组合梁的承载力,而组合板对腹板开洞组合梁的抗剪承载力贡献很大,在计算中忽略的话是偏于保守的。     

波形钢腹板钢-混组合梁桥RW异步施工主梁受力性能研究

以某波形钢腹板钢-混组合梁桥为工程依托,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立全施工阶段精细化实体模型。基于数值模型分析数据和现场实测数据,得到了不同施工阶段主梁典型截面的应力值与成桥状态主梁各截面的应力值,对比分析了RW新型异步施工法与传统悬臂施工法下主梁的应力。研究表明:波形钢腹板钢-混组合梁连续刚构桥在采用RW异步施工过程中,主梁顶板应力更小,腹板与底板应力更大。在成桥阶段主梁中跨正应力的变化幅值更小,整体结构受力相对更合理。     

冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

基于ANSYS热分析结果,建立冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁在标准火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型,对荷载水平、混凝土强度、槽钢截面几何尺寸、防火涂层厚度、加载位置和加载方式等不同影响因素下的组合梁抗火性能进行有限元分析。结果表明：防火涂层厚度和荷载水平对组合梁抗火性能的影响显著,槽钢截面腹板高度和腹板厚度次之,混凝土强度、加载位置、加载方式和槽钢翼缘厚度等因素对组合梁的抗火性能影响很小,可以忽略不计;防火涂层厚度一定时,组合梁的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,组合梁的耐火极限随防火涂层厚度的增加而呈非线性提高;填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15％~60％。在ISO-834标准火灾作用下,组合梁跨中挠度 δ=l/25 可作为其达到耐火极限的判别标准。