简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。     

部分外包混凝土组合梁负弯矩区翼缘板裂缝试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在负弯矩作用下混凝土翼缘板裂缝分布及发展情况,对6根部分外包混凝土组合梁和两根普通钢-混凝土组合梁进行了静力加载试验研究。通过对比试验发现:与普通钢-混凝土组合梁相比,部分外包混凝土组合梁负弯矩区截面刚度较大,混凝土翼缘板的裂缝开展比较缓慢,且具有较大的开裂弯矩值;随着组合梁负弯矩区综合力比的增加,混凝土翼缘板的平均裂缝间距与最大裂缝宽度均有减小的趋势。在试验研究的基础上,提出了部分外包混凝土组合梁负弯矩区混凝土板开裂弯矩和裂缝宽度计算公式,对开裂截面混凝土翼缘板的塑性发展与钢筋应变不均匀现象进行了探讨,为部分外包混凝土组合梁在实际工程中的应用提供参考和理论依据。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板徐变效应研究

针对混凝土徐变易引起钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土桥面板开裂问题,运用Midas/Civil建立6×85m港珠澳大桥钢-混组合连续梁桥有限元模型,分析负弯矩区混凝土桥面板徐变对主梁结构影响的规律。结果表明:混凝土徐变作用下,成桥前3年负弯矩区混凝土桥面板压应力下降较快,10年时最大压应力为-3.2 MPa;成桥10年边跨主梁最大挠度为-17.67mm,其中前3年主梁变形达到93.04%。说明徐变对港珠澳大桥钢-混组合梁桥成桥前3年影响最为显著,成桥10年内负弯矩区混凝土桥面板一直处于受压状态。     

钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

超高性能混凝土翼板-窄幅钢箱组合梁双重组合作用试验与有限元分析北大核心CSCD

对于部分填充混凝土式窄幅钢箱连续组合梁裂缝控制问题,对3根混凝土翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁进行了静力加载试验。试验结果表明:组合梁负弯矩区承载性能得到明显改善,但翼板裂缝控制效果不明显。基于超高性能混凝土(UHPC)良好的裂缝控制能力提出将部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁翼板替换为UHPC翼板,形成UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁。采用ABAQUS有限元软件建立了5种组合梁的精细化模型,分析了组合梁全过程受力性能。结果表明,UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱组合梁的开裂弯矩与截面承载能力显著提高,各组合梁翼板与钢梁交界面间的滑移差距不大。考虑到经济因素,为提升组合梁负弯矩区截面的开裂弯矩,应适当增加UHPC的板长,减小板厚。     

钢-混凝土双面组合连续梁裂缝试验研究

在3片试验梁模型试验的基础上,对钢-混凝土双面组合梁负弯矩区的裂缝问题进行了研究,给出了裂缝最大宽度计算公式,并将试验实测值与理论计算值进行了对比,结果表明二者吻合良好。同时,计算了模型梁的开裂弯矩,并提出了有效控制钢-混凝土双面组合梁裂缝的措施及今后的研究重点建议。     

部分预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度试验研究

本文根据18根部分预应力钢-混凝土组合梁负弯矩区的受力性能试验研究结果,探讨了负弯矩区裂缝产生与发展的规律。试验表明,影响裂缝宽度的主要因素为负弯矩区综合力比Rp、剪力连接件间距p和钢梁与混凝土板的相对高度比hs/hc:Rp和hs/hc越小,裂缝宽度越大;p越小,裂缝宽度越小。根据试验结果,本文建立了部分预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度的经验计算公式,形式上与现行的混凝土结构设计规范建议的受弯构件裂缝宽度计算公式统一。     

波形钢腹板组合刚构桥墩-梁结合部受力性能试验研究

由波形钢腹板组合梁和钢筋混凝土桥墩所构成的组合刚构桥,可以综合组合结构与刚构桥的优势,具有跨越能力强、长期性能好和施工方便等优势,是适用于高烈度地震区大跨桥梁的一种新型结构形式。本文对波形钢腹板组合梁刚构桥墩梁结合部以及墩顶位置组合梁负弯矩区的受力性能进行了试验研究。试验表明,此类墩-梁固结节点具有良好的承载力、刚度、耗能能力、延性以及变形恢复能力,抗震性能良好;波形钢腹板组合梁负弯矩区开裂荷载较高,裂缝分布较均匀,抗剪连接件性能可靠,正应力横向分布均匀。同时,还分析了腹板内衬混凝土对截面正应变分布的影响以及波形钢腹板在不同荷载水平下对组合梁抗剪强度的贡献,并建议了波形钢腹板在节点区混凝土内的锚固深度。     

钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区受力改善措施对比

钢-混凝土组合连续梁在负弯矩区桥面板易开裂,影响其刚度和耐久性。为研究改善负弯矩区受力性能的措施,文章以某(33+44+33) m钢-混凝土组合连续梁桥为研究对象,采用Midas/civil软件建立全桥梁单元模型,模拟该桥施工过程。分别采用桥面板整体浇筑、改变混凝土浇筑顺序、支点强迫位移、预压等施工方法,计算四种施工方法下施工阶段钢梁应力、成桥阶段混凝土桥面板应力和混凝土裂缝宽度。结果表明:桥面板整体浇筑、改变混凝土浇筑顺序两种方法在施工过程中钢梁应力较小,但成桥后负弯矩区混凝土桥面板受拉,裂缝宽度较大。支点强迫位移和预压两种方法在施工过程中钢梁应力较大,但在成桥后使负弯矩区混凝土桥面板受压,并能减小其裂缝宽度。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区锈蚀规律试验研究

通过试验研究钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下,混凝土板内裂缝的开展机理。采用盐水喷雾、干湿循环的方式加速带裂缝的组合梁内栓钉以及钢筋的锈蚀,研究了组合梁负弯矩区混凝土板的裂缝对栓钉、钢筋锈蚀分布的影响。结果表明:混凝土面板的横向裂缝往往发生于存在横向钢筋的薄弱位置处,而该位置处钢筋和栓钉的锈蚀率均较大。     

采用混杂纤维ECC的叠合板#br# 组合梁负弯矩受力性能试验研究

基于一种新型混杂纤维ECC材料研发一种钢 混凝土-ECC组合桥面结构,用于连续组合桥梁的负弯矩区以提升其抗裂性能,可代替其他复杂的工程措施。完成2根钢-混凝土-ECC叠合板组合梁和1根钢-混凝土叠合板组合梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度与裂缝发展的分析,初步论证混杂纤维ECC用于钢-混凝土组合梁的可行性和优势。试验表明：在纵向受拉钢筋配筋率相等的情况下,采用ECC后浇层的叠合板组合梁在正常使用阶段的承载力略高于对比梁,刚度则高于对比梁且裂缝数量减少、宽度减小;在采用界面拉毛处理后,后浇ECC与混凝土之间的黏结性能良好,界面未出现滑移破坏。基于试验数据和规范方法,提出了含ECC构件的受弯裂缝宽度计算公式,公式计算值与相关试验吻合较好。     

钢-压型钢板混凝土组合梁裂缝的试验研究

为研究钢 混凝土组合梁在负弯矩作用下混凝土翼缘裂缝的发生和发展情况 ,对 8根钢 压型钢板混凝土组合梁进行了试验研究。结果表明 ,影响组合梁裂缝的因素比较复杂 ,需要采取有效的措施加以控制。同时 ,结合试验和理论分析 ,进一步完善了钢 混凝土组合梁混凝土翼缘最小配筋率、开裂弯矩和最大裂缝宽度的计算方法 ,计算结果与实测值吻合良好     

钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度,预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

钢-混结合连续梁墩顶负弯矩区应力控制措施研究

采用TDVRMV8i建立钢-混结合连续梁有限元模型,对比分析其墩顶负弯矩区桥面板分别采用普通钢筋混凝土和预应力混凝土2种材料,以及桥梁顶推到位后先浇筑墩顶负弯矩区桥面板和先浇筑跨中桥面板2种施工顺序对钢-混结合连续梁成桥后墩顶负弯矩区钢箱梁和桥面板受力的影响情况。结果表明:钢-混结合连续梁墩顶负弯矩区桥面板采用预应力混凝土并采用先浇筑跨中桥面板法施工较为合理。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度和预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形,并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

装配整体式预应力钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂刚度研究

为量化连续组合梁负弯矩区由于混凝土板开裂而逐渐退出工作导致梁截面的抗弯刚度下降,对4根装配整体式预应力钢-混凝土组合梁、2根装配整体式钢-混凝土组合梁以及2根现浇预应力钢-混凝土组合梁进行静载试验,将试验得到的刚度值与折减刚度法以及采用美国《钢筋混凝土房屋建筑规范》中相关规定计算的刚度进行对比,结果表明:对于装配整体式预应力钢-混凝土组合梁以及现浇预应力钢-混凝土组合梁,由于预应力的存在提高了试件的开裂荷载,减小了混凝土在正常使用荷载作用下的开裂程度,从而导致开裂对其刚度的影响并不明显,采用仅考虑界面滑移的未开裂折减刚度计算值与试验值吻合较好;对于装配整体式钢-混凝土组合梁,美国《钢筋混凝土房屋建筑规范》中的相关规定考虑混凝土受拉刚化效应以及界面滑移效应的刚度计算值与试验结果吻合较好。     

钢-混凝土双面组合连续梁截面刚度试验研究

钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。当采用连续组合梁时,负弯矩区会出现钢梁受压、混凝土翼板受拉的不利情况,使混凝土桥面板因承受较大拉应力而开裂,引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响结构的承载能力和耐久性。而双面组合梁(在传统的单面组合梁的内支座负弯矩区设置下翼缘钢筋混凝土板)能够很好地改善单面组合梁的这种不利受力状态。通过采用简化计算方法对双面组合梁截面刚度进行计算,与试验实测值进行了对比分析。     

体外预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究及有限元分析

与承受正弯矩的简支梁不同,连续梁中支座部分承受负弯矩,组成组合梁的钢板件受压力作用,其力学性能受稳定控制,不考虑稳定影响的规范简化塑性算法会带来不安全的结果.以Ⅱ类、Ⅲ类组合梁和是否配置预应力筋为参数,进行了两组共四根连续组合梁的单调加载对比试验.试验结果表明:无论预应力连续组合梁或是普通连续组合梁,最终破坏特征均为负弯矩区混凝土开裂,钢腹板局部屈曲,整个截面畸变失稳,正弯矩区混凝土板压碎;正弯矩区的承载能力可由简化塑性计算方法计算,而负弯矩区的受力性能由稳定控制,影响其承载能力的主要因素为板件的宽厚比所表征的截面种类,考虑屈曲的承载力计算方法与试验结果吻合.对各组合梁进行了有限元数值分析,分析考虑界面滑移、预应力、稳定等影响,结果和试验吻合较好.