钢主梁拱桥组合桥面系力学性能分析

钢-混凝土组合结构桥面系近几年开始在拱桥结构中使用,拱桥中组合桥面系受力复杂,其力学性能受钢与混凝土是否连接、是否张拉系杆以及混凝土的浇注顺序等影响。该文采用空间有限元模型,开展了钢主梁拱桥组合桥面系的力学性能研究。研究表明:在钢主梁拱桥结构中混凝土桥面板与钢主梁是否结合对桥面系的整体受力影响甚微,只对桥面系局部位置的混凝土桥面板应力分布有所影响;拱桥中是否安装系杆对桥面系的受力影响较大,而且桥面系的受力与系杆张拉力有密切关系;对于组合桥面系的拱桥采用一次浇筑混凝土桥面板施工方法的桥面系受力要明显优于采用分段浇筑混凝土桥面板的方法。     

带开孔板剪力键的钢-UHPC组合板受弯性能试验研究及数值模拟

研究了一种采用开孔板(PBL)剪力键的钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板，可用作大跨度桥面板或楼板。基于某特大跨度组合梁斜拉桥的桥面板设计，完成了3块钢-UHPC组合板和1块钢-C60组合板的足尺模型试验，探究剪力连接件种类、数量和混凝土材料对组合板受力性能的影响。试验结果表明:在集中荷载作用下，钢-UHPC组合板发生典型的弯曲破坏，而钢-C60组合板发生冲切破坏；钢-UHPC组合板的承载力、刚度和延性均远优于相同厚度的钢-C60组合板；在3块钢-UHPC组合板试件中，含较多开孔板剪力键的试件表现出最佳的受力性能。基于ABAQUS建立钢-UHPC组合板的精细有限元模型，模型的预测结果与试验得到的荷载-位移曲线吻合良好，进一步利用有限元模型开展了参数分析。     

波形钢腹板-混凝土组合箱拱面内受力全过程试验研究

波形钢腹板-混凝土组合箱拱是一种新型的组合拱结构.进行了该组合拱模型的面内两点非对称加载试验.建立了考虑材料与几何双重非线性的有限元模型,对模型拱面内受力全过程进行了分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好.研究表明,波形钢腹板-混凝土组合模型拱在弹性阶段的截面纵向应变满足"拟平截面假定",挠度计算中需考虑波形钢腹板剪切...     

钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能对比试验研究

采用超高性能混凝土（UHPC）板与钢梁结合的钢-UHPC组合梁,具有自重轻、抗裂性和耐久性好的优点,对于钢-混凝土组合梁的发展具有重要意义。为了解钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能的差别,本文以某钢-普通混凝土简支组合梁桥为工程背景,进行了钢-UHPC组合梁桥的试设计,在此基础上,制作钢-UHPC组合梁和钢-普通混凝土组合梁模型进行抗弯性能的对比试验研究。结果表明,两种组合梁的受力特点类似,破坏模式均表现为钢梁底板先屈服,然后桥面板顶部混凝土被压碎。在极限抗弯承载力相等的情况下,钢-UHPC组合梁的桥面板厚度可以减小28%,且延性更好。钢-UHPC组合梁桥面板的剪力滞效应、钢梁与桥面板间的水平相对滑移均小于钢-普通混凝土组合梁。此外,钢-UHPC组合梁弹性阶段抗弯刚度与钢-普通混凝土组合梁相差不大,但由于组合梁总高度减小,后期刚度小于钢-普通混凝土组合梁刚度。研究结果可为钢-UHPC组合梁的进一步研究与工程应用提供参考。     

斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能试验研究

斜拉桥钢-混凝土结合主梁的受力特点与常规结合梁有所不同。针对江津观音岩长江大桥钢-混凝土结合梁,设计并制作了1∶2大比例试验模型,对其进行了单项荷载与承载力极限状态荷载组合的加载试验,测试了试验模型主要断面的应变分布情况;结合有限元分析,对斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能进行了研究。结果表明:斜拉桥结合梁承受较大弯矩时,截面上的应变并非线性分布,不满足平截面假定;轴力作用的加入能够有效抑制斜拉桥结合梁在弯矩作用下的滑移趋势,相比于常规结合梁,其钢与混凝土交界面的相对滑移量会更小;有限元分析结果与模型试验结果吻合较好,具有足够的工程精度;在该文所研究的斜拉桥主梁中,轴力主要由混凝土板承担,弯矩主要由钢梁承担。     

加大截面加固混凝土偏心受压柱的非线性全过程分析

本文针对实际工程中非完全卸荷加固的特点，使用计算机模拟试验方法，对加大截面加固混凝土偏心受压柱的受力全过程进行了计算分析，在分析中测定组合截面纤维就应增量线性分布，新旧混凝土采用不同的本构模型，六根柱的电算结果与试验室实测结果吻合良好。     

钢板-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究

为研究钢板-混凝土组合桥面板在疲劳荷载下的受力性能,该文完成了10块钢板-混凝土组合桥面板试件的等幅疲劳试验研究。试验主要考察栓钉布置、开孔钢板连接件数量及疲劳荷载幅值等3个因素对组合桥板的疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合桥面板各个主要时刻的动挠度、混凝土应变、底部钢板应变、残余挠度及剩余承载力进行测...     

FRP-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究

在静力试验研究基础上,对一新型FRP-混凝土组合桥面板试件进行了高周疲劳试验研究,在疲劳试验各主要时刻停机进行了静载试验研究.疲劳试验研究主要考察了组合桥面板在疲劳循环荷载下组合板刚度、底板FRP应变、混凝土应变以及裂缝形态等受力行为发展过程,并采用光纤位移传感器对疲劳试验过程中组合板试件的最大动挠度、最小动挠度及各主...     

钢-STC轻型组合桥面大跨径钢箱梁步行廊桥结构分析

步行廊桥布孔形式为(58.6+110+58.6)m,上部结构为变截面连续钢箱梁,采用钢-STC轻型组合桥面结构。用有限元软件建立桥梁空间模型对其进行了整体分析;并建立局部模型研究钢-STC轻型组合桥面结构对正交异性钢桥面板应力的影响。结果表明该桥强度刚度均满足规范要求,钢-STC轻型组合桥面结构可以提高桥面板局部刚度,且可减少桥面板应力,应力降幅约23.2%～40.5%,为类似的梁桥设计提供参考依据。     

剪力墙的型式、设计理论研究进展

该文回顾了近几十年来剪力墙在材料和截面型式上的发展历程。由于剪力墙体系在承载性能、抗震性能以及建筑布局上的优势，其已经越来越多地被应用到多高层建筑和住宅结构中。剪力墙经历了钢筋混凝土、纯钢、钢-混凝土组合的发展历程。随着材料和截面型式的不断更新，剪力墙逐步体现出高性能、装配化的发展方向，符合目前中国住宅建筑的发展需求。该文着重介绍了多种型式的波形钢板剪力墙的受力机理、设计理论研究过程及其在单调荷载作用和水平往复荷载作用下的试验研究成果，并阐述了波形钢板混凝土组合墙的受力机理和装配化加工过程，说明了针对波形钢板混凝土组合墙的截面强度承载力、整体稳定承载力、墙肢稳定承载力和抗震性能等问题的研究过程、试验结果以及设计理论，给出了部分关键设计公式。该文还介绍了《波形钢板组合结构技术规程》的适用范围和编制内容，也简要说明了波形钢板混凝土组合墙-钢管混凝土异形截面柱框架结构体系中异形柱的设计方法。     

钢-超高性能混凝土组合箱梁静力性能试验研究与数值模拟

以云南红河特大桥为工程背景,设计2个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合箱梁节段模型试验,主要关注组合箱梁的承载力、破坏模式和抗裂性能等。基于通用有限元软件ABAQUS建立组合箱梁的精细有限元模型,通过试验结果验证模型并开展参数分析,研究UHPC板厚度、配筋率、栓钉间距以及箱梁横隔板厚度对组合箱梁受力性能的影响,给出各参数的设计建议取值范围。研究结果表明:钢-UHPC组合箱梁承载力高、抗裂性能好;按最大裂缝宽度进行验算,等效为180 mm厚UHPC桥面板的承载力超过车辆荷载标准值的8倍;UHPC板厚度以及钢箱梁横隔板厚度对组合箱梁破坏模式影响较大;综合考虑经济性及受力性能,建议实际工程中UHPC桥面板厚度不宜超过210 mm,配筋率不宜超过1.4%,栓钉间距最大不超过450 mm。     

大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理的有限元法

在斜拉桥索塔锚固区的钢-混凝土组合结构中,钢锚箱是通过剪力钉把大部分的斜拉索竖向分力传递给混凝土塔柱的,但两者之间的竖向传力机理相当复杂。在引入了连续化的分析方法后,使分析问题得到了简化,推导了体现组合结构竖向受力特性的基本微分方程,利用有限元方法的基本理论得到单元刚度矩阵与荷载矩阵。该文还考虑了钢-混凝土索塔锚固区施工过程的收缩与徐变效应,更好地反映了结构的实际受力特性。为验证该方法的有效性,通过工程实例与复杂的三维有限元方法进行比较,其计算结果非常相近,但该方法比三维有限元方法简单而省时,能够为实际设计提供参考。     

钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合结构纤维梁模型的开发及应用

在大量已有研究成果的基础上,基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序UMAT开发了一组适用于组合结构构件的单轴材料滞回本构模型,并编制了可用于组合截面纤维自动离散的前处理程序,由此集成了钢-混凝土组合结构纤维梁模型,可用于完全剪力连接的组合框架体系在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内外大量试验的对比结果表明,该文开发的钢-混凝土组合结构纤维梁模型具有较高的精度和较为广泛的适用性。纤维梁模型虽然不能考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应,但与试验结果的对比表明是否考虑滑移效应对结构体系整体计算结果的影响不大,但建模工作量大大减少,计算效率显著提高,在分析组合框架体系在地震往复荷载作用下的受力性能时具有较大的优势。     

基于截面应力法的钢-UHPC组合板初裂荷载计算方法研究

负弯矩作用下钢-超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)组合板结构层的局部受拉开裂问题,是该类新型组合桥面板结构体系应用和发展的基础性研究课题。基于平截面假定和双折线UHPC拉伸本构模型,提出了能够描述UHPC结构层实际应力分布的截面应力法,用于计算这种新型结构在纯弯曲作用下的开裂荷载。通过2组4个模型试验并结合相关文献试验结果对所提出的计算方法进行了验证,研究结果表明:利用截面应力法能够较为准确的描述钢-UHPC组合板在纯弯曲作用下的开裂行为,计算给出的开裂荷载与实测值比值平均为0.95;UHPC的开裂强度仅取决于其自身材料特性,钢-UHPC组合板开裂荷载的提高不会影响UHPC层的开裂强度;UHPC层在可视裂缝出现时的应变硬化高度是组合效应及配筋对其约束的直观体现;减小纵筋保护层厚度或提高配筋率能够提高UHPC应变硬化区域高度,提高钢-UHPC组合板抗弯性能。     

预应力组合箱梁抗弯能力计算分析

预应力钢-混凝土组合梁作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用,准确计算其抗弯承载能力是工程上最为基本也是最重要的要求。该文以弹性分析理论为基础,推导了考虑交界面相对滑移和预应力增量的预应力组合梁弹性承载能力和挠度计算公式;以完全协同作用和平截面假定为前提,采用简化的塑性理论,推导了考虑预应力增量的极限抗弯承载能力计算公式。公式能够反映预应力组合梁的受力特点,计算结果与试验值吻合良好,满足工程精度。     

环氧沥青铺装对钢桥面板受力影响试验研究

某悬索桥钢箱梁采用正交异性钢桥面板,运行数年后钢桥面板构件连接部位出现了4种疲劳裂纹,为考察新换环氧沥青混凝土铺装对疲劳敏感部位受力影响,建立了有限元模型,开展了长达6年的现场试验,试验涵盖原铺装、铺装铲除、新铺装三种状态,测试了疲劳敏感部位的受力及构件变形规律,开展了考虑温度影响的疲劳寿命改善效果分析研究。结果表明:6年试验期内环氧沥青混凝土铺装与钢桥面板组合受力处于稳定状态,在低温环境下,疲劳敏感部位1~4应力改善效果分别为80%、14%、32%、46%;4个疲劳敏感部位应力与温度线性关联,线性速率分别为?4.00、0.64、1.89、1.91;将实测应力统一至年均温度后,新铺装对部位1疲劳寿命相对改善较大,约提高了2.95倍,对部位4疲劳寿命改善次之,约提高1.64倍,对于部位2、3疲劳寿命改善效果不明显,高温环境下部位2、3开裂可能性仍较大。     

钢-混凝土组合与叠合双重作用梁负弯矩区刚度和叠合面滑移研究

钢-混凝土组合连续梁由于其负弯矩区混凝土板的开裂制约着组合结构的发展。该文提出一种钢-混凝土组合与叠合双重作用梁,在负弯矩区钢梁上翼缘与混凝土顶板底面的叠合面使用抗拔不抗剪连接件连接,使叠合面在不发生分离的条件下产生自由滑动效应,以释放混凝土板拉应力、降低混凝土板开裂风险。得到了考虑叠合面摩擦抵抗的截面抗弯刚度;采用基本力学原理分析叠合界面在均布荷载和集中荷载分别作用下的滑移和滑移应变,得到了界面滑移和滑移应变沿梁长的分布规律。     

界面剥离钢-混凝土组合结构应力波传播谱元法模拟研究

建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过对比分析表明界面剥离的存在对弹性应力波场以及模型上不同位置的位移响应产生影响。通过改变界面剥离程度,得到测点位移的变化规律。通过模拟,谱元法可以有效模拟钢-混凝土组合结构中弹性波的传播规律,为研究基于应力波测量的钢-混凝土组合结构界面缺陷检测机理提供帮助。     

建筑结构用再生混凝土水平受力构件研究进展

建筑结构水平构件混凝土用量较大,且对混凝土力学性能要求相对不高,更适合再生混凝土的结构化应用。本文总结分析了国内外学者及笔者所在课题组近年来在再生混凝土材料性能、钢-再生混凝土黏结性能以及钢筋再生混凝土板、梁和钢-再生混凝土组合板、组合梁等水平受力构件力学性能方面的研究成果。结果表明:研究学者针对再生混凝土的材料性能进行了三十余年的试验研究与机理分析,积累了充足的试验数据,并提出了相对可靠的预测模型,为其在建筑结构中的应用奠定了基础;通过对钢筋再生混凝土板与梁的受弯、受剪以及长期性能的试验研究与理论分析,提出了成套的钢筋再生混凝土水平受力构件设计方法,现已纳入了再生混凝土结构技术规程;近十年来,研究学者对钢-再生混凝土组合板与组合梁的受弯、受剪以及长期性能进行了试验研究与有限元分析,发现再生混凝土在组合结构中的应用是可行的,但相关研究尚待深入。未来仍需对再生混凝土水平受力构件设计方法的可靠度进行系统研究,并拓展再生混凝土水平受力构件的疲劳性能、耐久性能及抗火性能等研究。