部分剪力连接预应力组合箱梁受弯性能试验研究

为研究剪力连接程度对预应力钢与混凝土组合箱梁的界面相对滑移、挠度及受弯承载力的影响,设计制作了4根不同剪力连接程度预应力钢与混凝土组合箱梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行了受弯性能试验研究。研究表明,随着剪力连接程度的降低,变形及界面滑移明显增大,承载能力有所降低,但并不与剪力连接程度成正比关系,连接程度为0.5的组合箱梁承载力较完全连接组合箱梁降低不到30%。结合国内外7根部分剪力连接组合梁试验资料, 运用最小二乘法,对欧洲规范EC4中关于部分剪力连接组合梁承载力计算公式进行了修正。结果表明,修正值与实测值吻合良好,满足工程精度要求。     

箱形钢-混凝土组合梁的复合弯扭试验研究

为研究钢-混凝土组合梁的弯扭性能,完成了6根箱形组合梁的纯扭和弯扭试验,详述了在不同扭弯比下箱形组合梁的受力性能及破坏形态,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析,揭示了箱形组合梁在弯扭复合作用下,极限扭矩和极限弯矩会相应提高的机理。对组合梁扭型破坏和弯型破坏进行了对比分析,指出了根据传统的弯剪扭相关方程而得到的相关公式的不合理性,并给出了在复合弯扭和弯剪扭下的相关公式,得到的结论能为组合梁计算和分析设计提供参考。     

Nonlinear analysis of composite beams subjected to combined flexure and torsion

There are situations in which a composite steel-concrete beam is subjected to torsion, such as members that are curved in plan or straight edge beams in buildings or bridges. The composite action of the steel beam and concrete slab in torsion is usually ignored in design codes of practice. Therefore, a three-dimensional (3D) finite element model is introduced in this paper to simulate composite steel-concrete beams subjected to combined flexure and torsion with the influence of partial shear connection using a commercial software ABAQUS. Brick and truss elements were used with the incorporation of nonlinear material characteristics and geometric behaviour in the model. This is coupled with an extensive parametric study using the validated finite element model using different parameters such as the span length and the level of shear connection. From the analytical study, a new phenomenon has been uncovered, which was validated by the test observation. This phenomenon called torsion induced vertical slip is an important issue, which would make the assumption plane sections remain plane invalid. In addition, difference in span length greatly affected the flexure-torsion interaction relationship of the composite steel-concrete beams, whilst the partial shear connection did not affect the relationship. Design models for readers to take away at the end of this paper are also proposed.     

钢-混凝土组合梁的简化非线性模拟

建立有效的宏观模拟方法,研究钢-混凝土组合梁的非线性性能,考虑了材料非线性和混凝土板与钢梁之间的表面滑移。通过组合梁宏观模拟和试验的对比,分析了这种方法的有效性。对单调正、反弯曲下的4根足尺组合梁进行了试验研究。结果表明:通过宏观模型能获得组合梁的非线性荷载-位移性能的重要特征。宏观模拟方法对简化形式和准确度做了权衡,是进行有限元分析的可行方法。采用数值宏观模型,进行负弯矩下钢-混凝土组合梁的参数研究,包含:混凝土板的受压强度、型钢翼缘和腹板的屈服强度、剪切连接程度。最后,对加载过程中的滑移和其对组合梁性能的影响进行了分析。     

弯扭作用下组合梁的非线性分析

对扭矩作用下型钢-混凝土组合梁的性能进行研究,如建筑或桥梁中的曲杆。设计规范和实际设计中常忽略扭矩作用下钢梁与混凝土板的组合效应。采用有限元软件ABAQUS,建立三维有限元模型,考虑部分剪力连接的影响,模拟弯扭作用下型钢-混凝土组合梁性能。考虑材料非线性和几何非线性,选用块单元和桁架单元进行模拟。以跨度、剪力连接水平等为参数,进行参数研究。分析发现了一个新现象,并通过试验验证。这个现象称为"扭转引起竖向滑移",它使假定平面构件发生弯曲。跨度对型钢-混凝土组合梁的弯曲-扭转效应的影响很大,而部分剪力连接却没有影响。最后,提出了设计模型。     

钢-混凝土组合梁考虑界面滑移的振动模态试验研究

为研究钢与混凝土的界面滑移效应对钢 混凝土组合梁基本动力性能的影响程度和规律,进行了5根跨度3.8m的简支钢 混凝土组合梁的静载和振动模态试验,其中4根采用抗剪栓钉,剪力连接度分别为0.6、0.7、1.0和1.4,另1根采用能提供刚性抗剪连接的开孔钢板连接件。试验结果表明：在静载作用下,随剪力连接度的提高,组合梁的界面滑移减小,抗弯刚度显著增加。竖弯模态试验中,剪力连接度小于等于1.0的3根梁,其前4阶竖向弯曲模态频率与采用开孔钢板抗剪连接件的试验梁相比均有减小,最小减幅为9.8%,最大减幅达26%;剪力连接度为1.4的梁较开孔钢板连接件的试验梁,基频减小了6.1%,第2~4阶自振频率减小幅度均在10%以上,与连接度为0.6的梁相比,其基频增大了13.2%;试验梁的模态阻尼比随着剪力连接度的增大而减小。扭转模态试验中,各阶扭转模态频率差异程度在7%以内,变化规律不明显。由此可见,钢与混凝土板的界面滑移效应对组合梁竖向弯曲自振频率的影响不容忽视,在设计计算中须予以考虑。试验结果可为工程动力分析提供参考。     

Static behaviour of a steel-concrete composite beam with an innovative horizontal connection

A new connection device, based on horizontal shear connectors and avoiding welding, has been studied through a steel-concrete composite beam subjected to a static bending test. Experimental results show a behaviour similar to steel-concrete composite beams with classical connectors: elastic and yield domains, great ductility, flexural failure mode (plastic hinge), low relative movements at steel-concrete interface. Consequently, this study allows to validate the proposed connection device under static loading and shows that it suits structural modern codes requirements.     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

钢-混凝土组合梁加宽混凝土旧桥技术中组合横梁界面受力性能研究

在钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中,旧桥混凝土边梁与新加宽的钢-混凝土组合梁间的横向连接采用钢-混凝土组合横梁的形式,这种横梁形式较为新颖,目前相关试验研究尚未有报道。对6个钢-混凝土组合横梁进行试验研究,通过采用目前已有的新老混凝土植筋界面承载力计算方法对试验结果进行对比计算。研究结果表明:组合横梁界面的破坏模式为新老混凝土界面破坏,钢-混凝土界面没有任何破坏特征;新老混凝土界面黏结破坏以前,新老混凝土之间几乎没有滑移,整体性很强;新老混凝土界面黏结破坏以后,界面剪力主要由植筋承担,试件延性良好。针对钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中组合横梁的破坏模式,采用合理的材料本构关系,提出三阶段界面受力模型,理论方法计算结果与试验值吻合良好。通过理论分析确定界面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土强度,界面粗糙程度和摩擦系数共同确定,界面正应力的存在有利于极限抗剪强度的提高;新老混凝土界面的残余抗剪强度主要由界面植筋提供,植筋率和植筋屈服强度是主要影响因素。最后,提出适用于实际工程的设计方法。     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。     

钢-混凝土组合梁截面组合抗剪性能的试验研究

对4根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部采用简支,跨中两点对称单调静力加载,考虑抗剪连接程度及正负弯矩的影响。试验结果表明,组合梁负弯矩区的界面滑移规律与正弯矩区的不同,其大小对组合梁的抗剪承载能力影响较小。不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守。按叠加法建立了计算组合梁抗剪承载能力的计算式,计算值与实测值吻合良好。     

钢-混凝土组合梁弯扭相关性的试验研究

为研究钢 混凝土组合梁的弯扭性能 ,完成了 4根组合梁的弯扭试验。详述了在不同扭弯比下组合梁的受力性能及破坏形态 ,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析。指出了根据传统的弯剪扭相关方程得到的极限扭矩计算公式的不合理性。根据破坏机理 ,推导出了弯扭复合作用时极限扭矩的计算公式 ,并给出了弯剪扭复合作用时的相关公式及影响因素。计算结果与试验值吻合较好     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54.15%,极限强度提高27.72%。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏形态分析

本文利用LS-DYNA软件对同冲量不同超压峰值不同时间的三种荷载工况下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏模式进行了研究对比,并对梁的变形过程、关键位置点的位移、速度、支座剪力和跨中弯矩进行了详细的分析。结果表明,在爆炸冲击波下,开始阶段混凝土板对钢梁有很好的保护作用,但混凝土易于破碎,钢-混凝土组合梁容易丧失共同工作的能力,剪切破坏是钢-混凝土组合梁的一种重要破坏形式。     

收缩徐变对钢-混凝土组合梁弯曲变形的影响分析

为了研究收缩和徐变应变对长期荷载作用下钢-混凝土组合梁弯曲变形以及界面剪力和相对滑移的影响,提出状态空间法求解得到任意截面处界面剪力和界面滑移沿轴向分布的解析解。对比均布荷载作用下简支梁的计算结果与文献中的解析解,验证所提方法的有效性。着重考察了收缩和徐变效应对均布和集中荷载作用下简支梁界面剪力和界面滑移的影响,并研究了剪力连接键滑移刚度的变化对组合梁挠度的影响。结果表明：剪力连接键滑移刚度越大,挠度随收缩徐变累积的相对增加量越大;界面剪力和界面滑移随加载时间逐渐减小。同时给出了合理抗滑移刚度的建议值。图9参18     

Behavior of steel-concrete composite cantilever box beams under negative moment

Four steel-concrete composite cantilever beam specimens were tested to investigate their mechanical behavior under negative moment induced by concentrated loads at the ends of the beams. The failure modes, serviceability and ultimate bearing capacities of the composite beams with full shear connection were studied. The crack initiation and propagation were investigated with consideration of two types of shear connectors. Three kinds of longitudinal reinforcement ratios were also examined. The experimental results indicate that an increase in the reinforcement ratio is beneficial to the bearing capacity of the composite beams to some extent and that the shear stud connector is superior to the steel block connector with regards to the serviceability of the beams. Two numerical models, which were based on a concrete material model and an elasto-plastic material model, were employed to simulate the behavior of steel-concrete composite beams. The numerical calculation results show that the combination of the two models can be used to predict the longitudinal cracking load and ultimate bearing capacity of composite cantilever beams. Based on the experimental and numerical results, it was found that the ultimate bearing capacity of a steel-concrete composite beam under negative moment can be significantly affected by longitudinal cracks in the concrete slabs. An equation to predict the longitudinal cracking load of a composite cantilever beam under negative moment by concentrated load was proposed and found to have good accuracy.     

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-混凝土组合梁滑移性能的研究与展望

钢-混凝土组合梁的研究和应用近年来发展很快,其兼有钢结构与混凝土结构两者的优点。钢梁与混凝土板界面滑移对组合梁的承载力和抗弯性能有很大影响。它在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。通过总结目前国内外对钢-混凝土组合梁滑移性能研究以及连接件的荷载-滑移曲线公式,对钢-混凝土组合梁的研究提出了问题并进行了展望。     

腹板嵌入式组合梁抗弯性能理论和试验研究

提出了一种新型腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,并对该组合梁的整体抗弯性能和抗剪性能进行了研究.首先阐述了腹板嵌入式钢-混凝土组合梁的构成、受力特点和主要优点,然后介绍了该组合梁的抗弯承载力、钢梁与混凝土翼板之间的滑移以及挠度计算公式.通过竖向荷载作用下的静力加载试验对4个腹板嵌入式钢-混凝土组合梁试件的抗弯承载力、滑移影响...     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。