钢-LUHPC组合梁抗裂性能试验研究

设计并制作了3片钢-LUHPC(轻质超高性能混凝土,Light Ultra-High Performance Concrete,简称LUHPC)组合梁和1片钢-混凝土组合梁,通过跨中两点对称反向加载的方式开展试验,得到了试验梁的开裂荷载、极限荷载、跨中挠度、截面应力等参数和变化曲线。结果表明:钢-LUHPC组合梁与普通混凝土组合梁相比,抗裂性能提升3倍以上;裂缝宽度减小、发展缓慢、扩展范围小;反向加载极限承载能力相当;在弹性阶段抗弯刚度提升41.1%,极限状态下跨中截面挠度降低14.1%,说明LUHPC能够显著提升组合连续梁的抗裂及抗弯性能。     

PC多梁式梁的横向受力非线性分析

为研究破坏全过程中预应力钢筋应力变化、主梁和横隔板裂缝发展及其对荷载横向受力分布的影响,建立PC多梁式梁的计算模型,利用弥散裂缝模型等来描述混凝土的材料非线性性能,根据PC多梁式梁的结构受力机理和受力特点,设计了中载加载和偏载加载工况,并对横向受力性能指标进行相应的计算分析和综合评价.研究表明:建立的PC多梁式梁力学计算模型是正确的,主梁和横隔板开裂顺序与荷载布置方式有关,中载作用下横隔板先于主梁开裂,偏载作用下主梁先于横隔板开裂;横隔板开裂削弱整体横向联系,使主梁协同受力性能减弱,荷载横向分布趋于不利变化;预应力钢筋应力在结构处于弹性阶段增长缓慢,其后应力迅速发展直至屈服.     

波形钢腹板PC组合箱梁受扭全过程分析

为了揭示波形钢腹板PC组合箱梁的受扭作用机理,根据薄壁结构理论分析了截面扭矩分配及受扭变形协调条件,采用USTMT模型对波形钢腹板PC组合箱梁进行了受扭全过程计算,并在其基础上对混凝土抗压强度、波形钢腹板厚度和屈服强度、预应力钢束初始预应力及普通钢筋配筋强度比进行了参数分析,发现以波形钢腹板PC组合箱梁中混凝土板和钢腹板扭率相同为变形协调条件较为合理;开裂扭矩、屈服扭矩和极限扭矩均随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,但波形钢腹板承担的扭矩几乎不变;波形钢腹板厚度对混凝土板承受的扭矩几乎无影响,但使波形钢腹板承担的扭矩增大;波形钢腹板屈服强度f_wy对开裂扭矩和混凝土板承受的极限扭矩几乎无影响,但使屈服扭矩和波形钢腹板承担的极限扭矩增大,混凝土强度越高,能够使波形钢腹板发生屈服的钢材强度等级越高;极限扭矩随配筋强度比ξ的增大而增大,且存在一个ξ的敏感区域,同时随钢束初始预应力的增大而线性增加,但增幅较小,尤其是对波形钢腹板承受的扭矩几乎没有影响。     

预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合连续梁负弯矩区试验

为了研究预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合连续梁负弯矩区的受力性能,设计了3根6.2 m箱形组合截面的两跨连续梁试件,包括2根加固梁和1根对比梁。碳纤维板布置在负弯矩区混凝土板顶面,通过新型装配式预应力锚固系统进行后张有粘结加固,2根加固梁的预应力水平分别为20%和35%。结果表明:采用预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合连续梁的负弯矩区,中支点截面的抗弯极限承载力分别提高了19.4%和28.5%,且抗裂性大幅增强;碳纤维板加固可限制裂缝的形成、发展,减小使用阶段的挠度和裂缝宽度,同时提高极限状态下的变形能力;截面应变符合平截面假定。最后,提出了连续组合梁中支点截面抗弯极限承载力的计算方法。     

再生粗骨料混凝土梁抗弯性能研究

目的研究再生混凝土梁正截面受力变形性能和破坏特征与普通混凝土梁的差别.方法参照普通混凝土配合比设计方法配制再生粗骨料混凝土,对4组截面尺寸及配筋率相同,再生粗骨料取代率分别为0、5%、10%、15%的混凝土梁进行抗弯试验.结果再生混凝土梁正截面受力过程中,同样具有弹性、开裂、屈服和极限4个阶段;再生混凝土梁与普通混凝土梁的受弯破坏机理基本相同.在相同条件下,再生混凝土梁的开裂弯矩略小于普通混凝土梁,极限抗弯承载力接近于普通混凝土梁.结论采用现行《混凝土结构设计规范》公式计算再生粗骨料掺入量为5%~15%再生混凝土梁的极限弯矩、开裂弯矩、最大裂缝宽度依然是可行的,但挠度公式需进行调整,乘以1.20倍的系数.     

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土（UHPC）组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.     

负弯矩作用下预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

为了研究负弯矩作用下预应力钢-混凝土组合梁的受力性能,对3根组合梁试件进行了单调静力试验,其中包括非预应力组合梁、体内预应力组合梁和体外预应力组合梁各1根.试验结果表明:负弯矩作用下,3根试件的破坏均始于钢梁的受压屈服,在达到极限承载力时钢梁均发生了屈曲;与非预应力试件相比,体内预应力试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了120％、35.1％和18.7％;体外预应力试件的开裂荷载较非预应力试件提高了24％,但屈服荷载和极限荷载略有降低;施加体内预应力可以有效地提高组合梁的极限变形能力,但对延性不利;施加体外预应力对组合梁的延性有一定的提高作用.     

单索面斜拉桥活载作用下主梁剪力滞研究

目的 研究单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大正弯矩加载情况下,截面的受力特性和剪力滞效应.方法 以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型进行分析.结果 在车辆荷载作用下,主梁各板产生横向弯曲正应力及剪应力,引起截面应力发生变化,对控制截面最大正弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为1.28～1.49.结论 偏载作用下使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计.对于大跨径混凝土斜拉桥,恒载所占比例偏高,仍是主要影响因素.     

活性粉末混凝土连续梁塑性性能试验

为了研究活性粉末混凝土连续梁的塑性性能,制备了5根钢筋活性粉末混凝土两跨连续梁,完成了单跨单点加载试验.考察了试验梁在加载过程中的开裂、中支座控制截面受拉纵筋屈服、跨中控制截面受拉纵筋屈服和极限破坏状态等阶段的受力特征,基于试验结果提出了在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,以及以中支座控制截面相对塑性转角和中支座相对受压区高度为自变量的弯矩调幅计算公式.     

GFRP-RPC组合双层交通梁桥的弹性性能试验研究与有限元分析

设计了一种面向双层交通的GFRP-RPC组合梁桥，该梁桥由GFRP材质的两榀桁架及带肋平板通过胶栓混合连接而成，通过浇筑自密实RPC混凝土形成组合梁桥整体。对组合梁桥缩尺模型（1:8）进行多工况的拟静力加载试验和有限元分析，并对其弹性工作性能进行研究。结果表明：浇筑RPC后，梁桥的刚度约提高2.6倍，表明此类GFRP、混凝土组合形式有利于结构合理受力，下部加载时，梁桥变形约增大10%，对结构较不利；弦杆受力符合平截面假定，组合结构受力合理；上、下弦杆分别为压弯、拉弯受力状态，上、下部加载时，下弦杆拉应力分别约为上弦杆的1.5倍和2.5倍，下弦杆为薄弱弦杆；斜腹杆受拉，直腹杆基本呈受压状态，上、下加载方式影响直腹杆的受力形式，下部承载设计时需考虑局部拉、压应力较大的情况；顶板侧面混凝土受压，底板侧面混凝土受拉，腹杆设置有利于板面混凝土均匀受力。     

新型双向钢筋桁架叠合板底板受力性能试验研究

装配式建筑中,钢筋桁架叠合板作为主要受力构件应用广泛,然而,其底板在工地安装前经常出现开裂现象,导致叠合板无法使用。提出一种新型双向钢筋桁架叠合板,即在传统钢筋桁架叠合板上安装横向附加钢筋支架,从而提高叠合板的抗弯承载力。为了考察安装的横向钢筋支架对叠合板底板开裂状态和受力特性发挥的作用,分别对双向钢筋桁架叠合板底板和普通单向钢筋桁架叠合板底板进行静力加载试验,得到底板的开裂弯矩、裂缝分布及跨中挠度、应变等随荷载的变化规律。研究结果表明：在相同荷载作用下,相比于传统的单向钢筋桁架叠合板,双向钢筋桁架叠合板底板的开裂弯矩更大,裂缝发展更缓慢,跨中挠度、应变均较小,双向钢筋桁架能显著提高叠合板底板的抗裂性能,有效控制裂缝的开展。     

预防大跨PC连续刚构桥开裂和下挠技术

针对大跨预应力混凝土（PC）连续刚构桥普遍存在梁体开裂和跨中下挠的问题,从PC连续刚构桥的病害根本成因出发,分析了预应力损失和跨中下挠对结构性能的影响.有针对性地提出预防梁开裂和跨中过度下挠的设计与施工技术,包括临时斜拉索辅助合拢、合拢顶推、施工张拉临时体外束、负弯矩区底板增设劲性钢骨架、超长纵向预应力筋优化以及斜向布置竖向预应力筋.有限元分析结果表明,上述技术能够使大跨PC连续刚构桥跨中下挠减少30%以上,纵向预应力损失减少39.6%,腹板主拉应力大幅降低,改善结构开裂和下挠的效果十分明显.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥腹板平板长度的参数分析

采用混合单元建立波形钢腹板体外预应力混凝土简支箱梁桥的空间有限元计算模型,对腹板剪应力极值、主应力极值和箱梁顶板、底板的正应力极值、主应力极值进行了分析,研究了波形钢腹板平板长度对该种结构受力性能的影响.计算结果表明波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁腹板平板长度与波高之比的合理范围是1.67～2.67.分析结果可以为波形钢腹板箱梁桥的合理设计提供参考.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥面铺装力学特性分析

结合郑州市陇海路主线高架桥工程,针对波形钢腹板PC组合箱梁桥面沥青铺装结构,利用ANSYS软件建立三维有限元计算模型,对铺装层厚度、铺装层弹性模量、车辆荷载、汽车冲击力等影响桥面铺装受力的因素进行敏感性分析,同时分析温度效应对铺装结构的影响。研究结果表明:车辆荷载对铺装层受力影响显著,且各应力与轴载大小基本成线性关系; 铺装层厚度与弹性模量对铺装层受力有一定影响; 汽车冲击力对铺装层受力影响较大; 温度变化会使铺装结构产生较大的温度应力。     

闭口型压型钢板-再生混凝土组合楼板的受弯性能

为了解再生混凝土组合楼板的受弯性能,进行了闭口型压型钢板-再生粗骨料混凝土组合楼板在重复荷载作用下的弯曲性能试验,研究了不同钢筋构造措施和不同厚度的再生粗骨料混凝土组合楼板的受弯性能,并与普通混凝土组合楼板的受弯性能进行了比较,给出了闭口型压型钢板-再生粗骨料混凝土组合楼板的受弯极限承载力计算和挠度验算方法.研究结果表明:与压型钢板-普通混凝土组合楼板相比,再生粗骨料混凝土组合楼板的受弯承载力及刚度降低幅度较小,经过合理设计,可以应用于实际工程结构;在再生混凝土组合楼板中采取钢筋桁架加强构造措施,可以明显提高组合楼板的受弯性能.     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

工字型钢-混凝土连续组合梁腹板局部稳定性分析

对工字型钢-混凝土连续组合梁负弯矩区腹板在复合应力作用下的力学性能进行了研究,提出了工字型组合梁腹板在复合应力作用下的局部稳定性计算模型,建立了相应的临界屈曲应力计算公式;基于组合梁腹板的稳定性特点和偏心受压与剪切作用下的相关方程,计算了工字型组合梁腹板在复合应力状态下的弹性屈曲因数,采用势能驻值原理分析得出了连续组合梁负弯矩区腹板稳定的临界应力,提出了弹性受力阶段腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算结果表明：该计算方法有广泛的适用性,且大部分情况下可以放宽对高厚比的限制,为工字型组合梁负弯矩区腹板的合理优化设计提供了参考。     

泼河大桥的波形钢腹板PC箱梁的构造与施工

简述我国第一座波形钢腹板PC连续箱梁公路桥-泼河大桥实梁的结构及施工,着重从抗剪连接件构造和体外预应力索张拉与封锚等方面,阐述该结构的合理性,为将这种新型组合箱梁结构应用于我国桥梁工程提供经验.     

组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁温度效应

钢-混凝土组合梁桥由于钢和混凝土热工参数的显著差异,使得该类结构在西北高寒、大温差地区受梯度温度影响较突出.以甘肃省某高速公路上一座组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁为背景,考虑组合桥面板有效刚度、子梁微段内力平衡、子梁间变形协调和腹板剪切变形效应,建立组合箱梁桥温度效应解析计算方法;通过精细有限元数值模拟验证了其可靠...     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳