连续组合梁的结构性能分析与设计

本文介绍了对组合梁高阶有限元分析模型研究的最新进展。对用来模拟、分析、设计连续组合梁的通用有限元模型进行了深入的介绍、分析及实验论证。本文还检视了栓钉的变形特性对于连续组合梁的结构性能的影响,证明了栓钉的变形特性不仅对组合梁的整体刚度有着重要的影响,还会很大程度上影响组合梁的整体极限承载力。本文对组合梁的结构特性提出了新的认识,为组合梁的性能化设计提出了可行的分析及设计方法。因此,这些模型是用来详细研究组合梁的有效研究工具,它们还是进行组合梁性能化分析及设计的高效手段。合理地使用这些模型还能够对开发更加准确且合理的设计规范产生非常正面的影响。     

钢-混凝土组合梁的抗扭特点

钢-混凝土组合梁能充分发挥混凝土抗压强度高、钢材抗拉性能好的优势,近年来,在我国已得到了越来越广泛的应用。相比抗弯曲性能,目前对组合梁扭转性能的研究还很少。然而,在建筑及桥梁结构中,组合梁受扭转作用是不少的。本文介绍了开口截面组合梁和箱形组合梁的极限抗扭特点及已有的研究成果,并指出了需要进一步研究的问题。     

钢-混凝土组合梁纯扭及复合受扭性能

为了研究钢-混凝土组合梁的扭转性能,对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验,研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝开展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝开展之间的相互关系.通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了在组合梁纯扭及复合受扭作用下的开裂扭矩计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式.结果表明:理论公式计算结果与试验结果吻合良好,为评估结构的安全性及稳定性提供了依据.     

箱形钢-混凝土组合梁简介

介绍了箱形钢-混凝土组合梁的提出及箱形钢-混凝土组合梁的结构形式，探讨了箱形钢-混凝土组合梁的理论研究及应用现状，提出了箱形钢-混凝土组合梁研究中需要解决的问题，以促进箱形钢-混凝土组合梁的应用。     

新型钢-混凝土组合梁抗剪性能试验

提出了一种新型钢-混凝土组合梁,即取消传统钢-混凝土组合梁钢部件的上翼缘,在腹板上开洞,并在混凝土翼板中布置蛇形钢筋;对3根不同剪跨比的新型钢-混凝土组合梁的抗剪性能进行了试验研究,并与1根普通栓钉组合梁进行了对比;分析了剪跨比对新型钢-混凝土组合梁的破坏形态、变形能力及抗剪承载力的影响,并对新型组合梁的破坏机理和受力特点进行了详细阐述。结果表明：新型钢-混凝土组合梁相对于栓钉组合梁具有较高的抗剪承载力和变形能力。     

钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁弯曲刚度研究

完成了8个钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的静力试验,对组合梁弯曲刚度计算方法进行研究。分别介绍了换算截面刚度法、考虑滑移的刚度折减法及修正折减刚度法这三种目前常用的组合梁刚度计算方法,并采用刚度折减法和修正折减刚度法计算了8个组合梁试件的刚度及跨中变形,并与试验结果进行比较分析,最终根据分析结果对组合梁的刚度计算方法提出建议。     

体外预应力钢-混凝土组合梁

在钢-混凝土组合梁中采用体外预应力技术,具有提高组合梁的刚度以及承载能力,减小混凝土的收缩徐变开裂,提高结构的耐久性等优点。近年来,国内已相继建造了采用体外预应力组合梁的城市桥梁和结构,但在体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能、施工和使用阶段的受荷机理以及设计和应用方面仍存在许多有待解决的问题。回顾了国内外体外预应力组合梁研究及应用进展,对一些关键技术进行了论述,可供研究及设计人员参考。     

组合梁截面尺寸优化分析

组合梁桥是未来桥梁的发展趋势。针对最大限度地发挥组合梁材料性能、组合梁截面尺寸最优化问题,采用有限元软件建立组合梁参数化有限元模型,分析了钢梁腹板高、腹板厚、翼缘板厚及混凝土板厚对组合梁受力的影响。该方法在满足受力要求的前提下可进一步优化组合梁截面尺寸,避免不必要的浪费。     

钢-混凝土高托座组合梁设计中的若干问题

本文对钢-混凝土高托座组合梁进行了较全面的分析。特别是对组合梁的挠度进行了研究,对组合梁截面设计采用优化方法,即在满足强度、刚度要求的情况下,使造价最低。作者进行了10个抗剪推力试件及3根钢-混凝土高托座组合梁的破坏试验。试验表明,托座具有较好的抗剪强度,本文提出的组合梁挠度计算公式在弹性范围与试验结果吻合较好。     

新型外包钢-混凝土组合梁扭矩计算

在对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验的基础上,研究了这种新型组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝发展分布的情况,比较分析了新型外包钢-混凝土组合梁的扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝之间的相互关系.通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式,理论公式计算结果与试验结果吻合良好.为评估结构的安全稳定性提供了依据,丰富了组合梁受扭性能的研究方法和内容.     

三主桁连续板桁组合桥空间计算方法研究

针对三主桁连续板桁组合桥的构造特点,通过构造结合梁单元的位移模式,利用势能原理推导结合梁单元的刚度矩阵,提出2种结合梁法,结合梁法一的特点是把桥面板作为主桁架弦杆的上翼缘并与主桁架弦杆形成钢-混结合梁,结合梁法二的特点是把桥面板作为纵、横梁的上翼缘并与纵、横梁形成钢-混结合梁;而常规的板梁组合法的特点是桥面板为连续各向...     

再生混凝土U型叠合梁抗剪性能

通过3根再生混凝土U型叠合梁和1根再生混凝土整浇梁的抗剪性能对比试验,研究了U型叠合梁和整浇梁的裂缝发展、破坏形式和抗剪承载力.试验结果表明:再生混凝土U型叠合梁的抗剪破坏形式和受力机理与整浇混凝土梁类似,再生混凝土U型叠合梁的抗剪承载力计算可参照整浇梁的抗剪承载力计算方法.     

Experimental study of prestressed steel-concrete composite beams with external tendons for negative moments

Four groups of prestressed steel-concrete composite beams with external tendons in negative moment regions were tested, and the cracking behaviours and the ultimate negative moment resistances of the composite beams were investigated experimentally. It is found that in hogging moment regions, on adding prestressing to the composite beams with external tendons, the cracking resistance of the beams can be effectively increased; however, the incremental internal tendon forces of the prestressed composite beams are rather small, and therefore can be neglected in the evaluation of the negative moment resistance of the beams. In hogging moment regions, the ultimate resistance of a composite beam prestressed with external tendons is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode composed of the two bucklings. For a beam with a compact section, the negative bending moment can reach the plastic moment when the steel section is fully plastic, and for a non-compact section, the negative bending moment is limited to the yield moment at which the compression steel flange initiates yield. The method for evaluating the buckling resistance of the composite beams is discussed, and a tentative design method based on BS5400: Part 3 is proposed to assess the buckling resistances of the prestressed composite beams.     

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。     

采用纤维梁单元分析钢-混凝土组合结构地震反应的应用

将用于钢-混凝土组合结构地震反应分析的纤维梁单元应用于各种类型构件的非线性分析中,包括普通钢筋混凝土构件（钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土受弯剪力墙）、钢-混凝土组合梁构件（承受正、负弯矩的简支组合梁、连续组合梁和往复荷载作用下的组合梁）以及钢管混凝土构件（圆形、方形以及矩形轴心受压短柱构件、纯弯构件、压弯构件和往复荷载作用下的压弯构件）,数值模拟结果和试验结果均吻合良好,证明了该模型具有良好的精度以及广泛的适用性。通过对关键截面关键纤维的应力-应变发展过程进行分析,对这些构件的内在受力机理和破坏规律进行了深入的讨论。经过验证可知,开发的纤维梁单元不仅能充分兼顾准确性、通用性以及高效性,同时还具备求解速度快、数值稳定性好以及前后处理强大方便的特点,为组合结构体系的地震反应分析提供了可靠的手段。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

新型外包钢-高强混凝土组合梁的试验研究

针对普通混凝土组合梁在理论及工程应用上存的问题,首先提出了新型外包钢-高强混凝土组合梁,进行了8根足尺简支梁的试验研究,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等,分析了外包钢-高强混凝土组合梁试件荷载-位移曲线,荷载-应变关系和应变沿截面高度的分布,认为外包钢-高强混凝土组合梁具有较优越的力学性能和良好的工程应用前景.与一般的组合梁比较,其抗弯承载能力更高,延性好,施工方便,耐久性更高,整体经济效益优良,适用于跨度较大的结构.采用三维实体模型,对外包钢-高强混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合.     

Bending and rotational behaviour of semi-continuous composite beams

Stresses and deflections were measured in various semi-continuous composite beams. The bending and rotational capacities of the composite connections were measured in terms of beam curvatures and deflections by using two full-scale semi-rigid composite frames with monotonic loadings. The effect of semi-rigid connections on the performance of composite beams with various loadings was compared with predictions and codes. The tests show that the semi-continuous composite beams are more economic and effective than the simple or continuous composite beams. The semi-rigid connections affect the bending capacities and beam deflections, so the connection behavior should be considered in the design of composite beams. Yielding analysis of the steel beam bottom flange has some influence on the deflection calculation of composite beams.     

型钢-混凝土组合梁在改造加固中的理论研究

本文对梁底采用型钢加固的混凝土组合梁的抗弯性能进行了理论分析,并与用加大截面法进行加固的梁进行了比较,提出了采用型钢加固梁的实用计算公式,为今后在改造加固工程中采这种钢组合梁提供了试验和理论依据。     

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.