钢-混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法

基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响。利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的。     

体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度分析

体外预应力钢-混凝土组合梁同时具有预应力钢结构、预应力混凝土结构和非预应力组合梁的特点,这使得影响其长期挠度的因素众多。该文作者推得了综合考虑混凝土板中非预应力纵向钢筋、混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛等因素影响的体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度计算模型,并已得到试验结果验证。在此基础上,通过张拉龄期、初始有效预拉力、非预应力纵向钢筋配筋率、混凝土板宽度、钢梁高度、环境年平均相对湿度、混凝土强度等级以及预应力筋种类等因素的不同取值,分析各因素对体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度的影响规律及程度。结果表明:施加体外预应力可以大大减小组合梁附加挠度,当体外预应力抵消全部恒载产生的挠度时,终极跨中附加挠度可以降低28.9%;而且初始有效预拉力值越大,组合梁终极跨中附加挠度越小。该研究成果可为体外预应力钢-混凝土组合梁的设计和挠度控制提供技术依据和参考。     

1年持续载荷下GFRP-混凝土组合梁长期性能试验

玻璃纤维增强树脂(GFRP)-混凝土组合梁由上部混凝土板和下部GFRP型材以及连接二者的抗剪连接件组成。开展了2根GFRP-混凝土组合梁(非预应力及施加体外预应力组合梁各1根)在1年持续载荷下行为的试验研究。考虑混凝土收缩徐变及GFRP型材蠕变耦合的影响,开展了50年的24根GFRP-混凝土组合梁时随有限元参数分析。结果表明:在1年持续载荷下,非预应力与施加体外预应力组合梁长期挠度分别为其初始挠度的1.42倍及2.91倍;非预应力与预应力组合梁中连接件的长期滑移分别为0.230 mm及0.164 mm,相比初始滑移2种组合梁的最终滑移分别增加了53.3%和58.2%;50年后,非预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在1.50~1.56之间;而施加体外预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在3.03~6.08之间。基于以上研究提出了GFRP-混凝土组合梁长期挠度的计算建议。      

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的滑移及其对组合梁变形挠度影响的理论计算进行了研究。利用Goodman弹性夹层假设及弹性体变形理论,推导了简支钢-混凝土组合梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,也体现了界面滑移对组合梁变形挠度的影响。该理论公式将为钢-混凝土组合结构极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论基础。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

钢-混凝土连续组合梁滑移与挠度耦合分析

钢-混凝土连续组合梁界面滑移在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。为定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响,对11根钢-混凝土连续组合梁进行了静力试验,描述了连续组合梁的滑移和挠度分布规律,建立了不同边界条件和不同荷载作用下的简支组合梁滑移挠度联合微分方程组,利用叠加法建立了钢-混凝土连续组合梁滑移和挠度的解析解计算公式。利用解析公式对17根连续组合梁试件进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。计算结果表明,剪力连接程度对挠度有一定影响,当剪力连接度达到完全连接后,增大剪力连接度对挠度影响很小;当剪力连接度在0.6~1.0范围内时,界面滑移引起的挠度增量小于5%;同时,随连续组合梁剪力连接度的降低,连续组合梁界面滑移逐渐趋近于无剪力连接的叠合板滑移值。     

钢-竹组合工字形梁界面滑移及变形分析

基于初等梁变形理论和界面滑移与应变差关系,建立了钢-竹组合工字形梁界面相对滑移微分方程,推导出3种常见荷载作用下的组合梁钢-竹界面滑移和应变差解析解,在此基础上依据虚功原理提出了界面滑移引起的跨中附加挠度理论计算公式,从而形成了钢-竹组合工字形梁考虑滑移效应的跨中挠度计算方法,进一步通过6根梁的模型试验,探讨了界面应变差、界面滑移分布以及组合梁变形,并与试验结果进行了比较。理论分析和试验研究结果表明:钢-竹界面应变差的理论计算值与试验结果吻合较好,受压区和受拉区应变差分布基本相同;组合梁的纯弯区段,界面滑移曲线斜率增大,而弯剪区段则逐渐减小,界面滑移在梁端达到最大值,且在整个弯剪区段保持较大水平,因此在该区域布置连接件,可有效提高组合梁的整体工作性能;考虑界面滑移效应后的理论分析结果与未考虑滑移效应的换算截面法相比,更接近组合梁真实的变形,平均误差由11.5%减小为1.64%,随着变形的增大,基于界面滑移效应的钢-竹组合梁变形分析方法的优越性将更为突出。     

考虑荷载分布的多跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能研究

为量化再生粗骨料掺入对多跨连续钢-混凝土组合板长期性能的影响,基于ABAQUS软件建立组合板的非线性热力耦合有限元模型,模型考虑非均匀收缩、非均匀徐变以及混凝土开裂的耦合影响;利用18组足尺试验数据验证模型的可靠性,并对现有规范方法的适用性进行评述;在此基础上,研究不同荷载分布下再生粗骨料取代率对五跨连续组合板长期性能(挠度及支座弯矩)的影响。研究结果表明:基于龄期调整的有效模量法,通过设置温度梯度模拟组合板中混凝土的非均匀收缩、非均匀徐变特性,可有效预测钢-再生混凝土组合板的长期性能,试件跨中挠度的有限元与试验结果最大相差20.3%;掺入再生粗骨料对多跨连续组合板长期性能的影响显著,且不同荷载分布下的影响规律相似,取代率为50%和100%时,组合板在均布荷载作用下的跨中挠度分别增加22.1%和45.0%,支座负弯矩分别增大5.3%和10.8%;与均布荷载作用相比,考虑非均布荷载的钢-再生混凝土组合板长期挠度和支座负弯矩均有所增大,幅值在10%以内。     

钢-预应力混凝土组合梁滑移规律分析及连接件局部加强设计

为了对预加力阶段组合梁剪力连接件的局部加强设计提供理论依据,采用能量变分法,考虑翼板剪力滞效应和钢梁与混凝土板之间相对滑移的影响,推导了钢-混凝土预应力组合梁在预加轴力作用下荷载效应的解析解,计算结果与试验结果吻合较好,并在解析解基础上分析了预加轴力作用下组合梁结合面的相对滑移规律.分析表明:组合梁在预应力锚固区的界面...     

组合梁在负弯矩作用下的刚度分析

为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%~20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。     

A new model for the analysis of composite steel – concrete slab and beam structures with deformable connection

 In this paper a solution to the bending problem of reinforced concrete slabs stiffened by steel beams with deformable connection including creep and shrinkage effect is presented. The adopted model takes into account the resulting inplane forces and deformations of the plate as well as the axial forces and deformations of the beam, due to combined response of the system. The analysis consists in isolating the beams from the plate by sections parallel to the lower outer surface of the plate. The forces at the interface producing lateral deflection and inplane deformation to the plate and lateral deflection and axial deformation to the beams are related with the interface slip through the shear connector stiffness. Any distribution of connectors along the interface and any linear or non-linear load–slip relationship or partial shear connection for the shear connectors can be handled. The creep and shrinkage effect relative with the time of the casting and the time of the loading of the plate is taken into account. The solution of the arising plate and beam problems, which are nonlinearly coupled, is achieved using the analog equation method (AEM). The adopted model compared with those ignoring the inplane forces and deformations, approaches more reliable the actual response of the plate–beams system. Moreover, it permits the evaluation of the shear forces at the interfaces, the knowledge of which is very important in the design of composite steel–concrete structures. Received: 21 June 2002 / Accepted: 5 March 2003     

组合梁界面滑移的计算分析

钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)的界面滑移总是存在的,滑移的存在会降低组合梁的组合作用和刚度,增大挠度,要计算组合梁界面的滑移及挠度,对于简支梁在简单荷载情况下,还可得到解析解,但对于连续梁要得到解析解是十分困难的,另外简支梁的解析解十分冗长,实际运用十分不便。用有限元法计算组合梁的滑移和挠度将是很有效的,不受荷载及支撑条件限制,而有限元法的关键是单元刚度矩阵,该文用虚功原理推导了组合梁的单元刚度矩阵,并用自编的有限元程序对组合梁的滑移和挠度进行了计算,在简支情况下与解析解进行了对比和验证,误差很小,在1%以内。该文推导的单元刚度矩阵可用于小型的自编有限元软件,为快速经济地解决相关的大量实际工程问题奠定了基础。     

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。     

简谐荷载作用下组合梁动滑移响应分析

由于组合梁在外力作用下钢梁与混凝土板之间会发生相对滑移,进行结构受力计算时须考虑滑移所致影响,基于组合梁基本动力理论,获得集中简谐荷载作用下组合梁挠度响应表达式,据挠度、滑移微分方程获得动滑移响应表达式。经一系列数学变换使动滑移响应表达式的静态分量部分满足级数求和条件。对比分析理论与实测结果表明,二者吻合良好。可将静滑移结果视为动滑移的特殊形式,简谐荷载分量对组合梁有效滑移影响较小,对连接件受力性能影响较大。     

基于整体-局部弯曲模型的钢-混凝土组合梁界面滑移及其效应分析

提出了具有界面滑移的钢-混凝土组合梁截面弯矩由不考虑滑移的整体梁承担整体弯矩和自由滑移的叠合梁承担局部弯矩的整体-局部弯曲模型。基于Bernoulli梁理论和抗剪连接件线性剪力-滑移模型,建立了截面弯矩及剪力分配的计算方法,得到了整体-局部弯曲模型计算界面滑移及考虑界面滑移的截面应力和梁弯曲挠度的公式,并给出了集中荷载作用下简支组合梁的栓钉剪力及界面滑移计算公式。     

再生混凝土梁时变挠度分析与预测

重点考虑收缩和徐变等因素,对再生混凝土梁的时变挠度进行了理论分析。假定收缩和徐变不会相互影响,通过截面时随分析,得到再生混凝土梁时变相对受压区高度表达式。依据现有文献的试验数据,对分析结果准确性进行了验证。结果表明:对于不同的再生粗骨料取代率,时变挠度的计算结果与试验结果相比,大多数误差可控制在19%以内。该文的工作较好揭示了再生混凝土梁时变挠度的演化特点,可以为今后再生混凝土梁的长期挠度预测提供理论基础。