装配式波形钢腹板工字型组合梁试设计

结合工程实例,对一种新型的波形钢腹板工字型组合梁结构进行了分析,提出了改善组合结构墩顶负弯矩区混凝土桥面板受力性能的方法,并简要介绍了装配式波形钢腹板工字型组合梁的施工过程,指出了装配式波形钢腹板工字型组合梁在实际应用中的优势。     

国际期刊导读

1部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究 摘要：针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。     

部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究

针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。试验结果显示与普通的工字梁相比,混凝土外包组合工字梁的剪切屈曲因受外包混凝土的限制而有了更好的抗剪强度。由于组合截面的抗剪刚度是基于波形钢腹板和破裂前外包混凝土平均厚度的总和,且其抗剪强度决定了由钢腹板和外包混凝土共享的抗剪强度比。此外,根据试验中的破坏模式和应变分布,提出部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的预估抗剪强度。试验结果验证了之前分析得出的弹性阶段的抗剪刚度和抗剪比。且之前计算得出的钢腹板与组合梁的抗剪强度也与试验结果一致。通过对比可知文中提到的分析方法可以应用到部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁结构的抗剪刚度预估和抗剪强度设计中去。     

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。     

大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁抗扭性能研究

以某波形钢腹板组合箱梁桥为工程背景,建立三维有限元模型,以结构形式、墩高、墩高差以及波形钢腹板的厚度布置方式为变量,研究了这些变量对波形钢腹板组合箱梁桥抗扭性能的影响。研究结果表明扭转正应力的最大值主要出现在跨中截面附近,在桥墩截面附近也有较大的扭转正应力;波形钢腹板连续刚构桥的桥墩不高时,抗扭性能接近于波形钢腹板连续梁桥;波形钢腹板连续刚构桥的抗扭性能与墩高、墩高差成反比;波形钢腹板变厚度布置相比于采用最大厚度等厚度布置可以有效保证桥梁抗扭性能的同时减小桥梁运营过程中的挠度,另外还可以节省钢材。     

波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯性能研究

针对波形钢腹板组合板梁桥,为研究负弯矩区关键设计参数和极限抗弯承载能力计算方法,以某三跨波形钢腹板组合板梁桥为背景,采用ABAQUS软件建立有限元模型,探讨波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区的受力性能,基于参数敏感性分析明确了负弯矩区钢梁设计参数的合理取值范围,揭示了波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯特性,提出适用于波形钢腹板组合板梁桥的负弯矩区抗弯计算方法。结果表明：支点波形钢腹板厚度由抗剪及屈曲强度控制,负弯矩区受压下翼缘板宽厚比不宜大于28,波形钢腹板抗弯贡献仅约5.7%,实际工程中负弯矩区抗弯承载力计算可忽略波形钢腹板影响。     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁受力性能试验与有限元分析

为了研究负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力及相关受力性能,对4根组合梁试件进行了试验研究和有限元分析。结果表明,负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力明显降低,洞口区域应变不再符合平截面假定;通过增加混凝土板厚度可以提高其承载力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献;洞口形状对其受力性能有较大的影响。     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁极限承载力有限元分析

通过有限元软件ANSYS建立了非线性有限元模型,对负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力进行了分析计算。将有限元结果与试验结果进行了对比,吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性。分析表明:负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,通过增加混凝土板厚度可以显著提高其承载力,而增加混凝土板配筋率能有效提高其变形能力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献。     

外包钢-混凝土连续组合梁内力重分布的试验研究

为探讨外包钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的工作性能,对两根外包钢-混凝土连续梁试件进行了静力加载试验研究。试验结果表明:外包钢-混凝土组合梁负弯矩区钢筋和外包钢梁通过抗剪连接措施能有效地共同工作,整体工作性能良好。配筋率是影响梁塑性转动能力和弯矩重分布程度的一个重要参数。通过控制配筋率,在承载能力极限状态,外包钢-混凝土组合梁在负弯矩及正弯矩最大截面的塑性变形均充分发展,具有较好的转动能力和延性,能够保证连续梁形成充分的塑性内力重分布。     

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区局部屈曲分析与试验研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁主要由钢筋混凝土翼板、下箱室充填混凝土的窄幅钢箱梁和抗剪连接件组成。通过2根部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁弯曲性能试验研究,对比考察了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力全过程,分析了组合梁钢板的局部屈曲特征,给出了钢梁腹板屈曲应力的简化计算模型。试验结果表明,钢箱内部分充填混凝土可以有效地提高负弯矩区的抗弯性能、梁的整体延性性能和受压区钢梁的稳定性,能够显著地改善钢板的局部屈曲性能。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

波纹钢腹板连续刚构桥抗震性能研究

根据箱梁截面抗剪能力相等原则,建立了波纹钢腹板连续刚构桥和相应的混凝土腹板连续刚构桥有限元模型,对二者的动力特性和抗震性能进行了对比分析。结果表明:混凝土腹板刚构桥的竖向1阶频率、纵向1阶频率均高于波纹钢腹板刚构桥,横向1阶频率相差不大。无论在横桥向还是纵桥向,梁体质量的减小均使得梁体的地震作用减小。在横向地震作用下,波纹钢腹板刚构桥矮墩的内力、高墩墩顶剪力均小于混凝土腹板刚构桥,而高墩墩顶弯矩、墩底内力均大于后者;在纵向地震作用下,波纹钢腹板刚构桥矮墩及高墩墩顶内力均小于混凝土腹板刚构桥,而高墩墩底的内力大于后者,所以在设计中应对非规则桥型布置方案中的高墩引起足够重视。     

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。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度,预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度和预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形,并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

抗拔不抗剪栓钉连接件抗拔性能试验研究

钢-混凝土组合梁是组合结构中最常见的构件形式,而栓钉连接件是混凝土与钢梁发挥组合作用的关键,也是组合梁研究的重点。随着组合梁的广泛应用,改善其负弯矩下受力状态成为推动组合梁进一步发展的关键。针对可用于改善组合梁负弯矩区受力性能的抗拔不抗剪栓钉,本文进行了7组不同参数的抗拔不抗剪栓钉试件的拉拔试验,获得了混凝土锥体冲切破坏和栓钉径缩拉断两种破坏形态。根据试验结果,对抗拔不抗剪栓钉抗拔性能与栓钉尺寸的关系进行分析,提出了抗拔承载力的设计公式及构造要求。研究表明,抗拔不抗剪栓钉具有良好的抗拔性能,栓钉尺寸是影响其抗拔性能的主要因素。     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象，开展抗扭性能试验和理论分析，并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比；研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响，并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明，波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂，且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法，提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态，提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法，并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比，误差不超过8.5%。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

通过8根跨度为3.0m和4.2m的钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的受力性能试验,研究了端部弯矩、跨度、H形钢的腹板高厚比、抗剪连接栓钉数量、设置横向加劲肋等因素对组合梁失稳破坏模式、受弯承载力及转动能力的影响。试验结果表明：对两端部作用数值相等的负弯矩工况,组合梁发生畸变失稳,其受弯承载力小于组合梁全截面塑性弯矩,转动能力偏小,而对其他接近实际结构的负弯矩工况,组合梁发生局部失稳或局部与畸变耦合失稳,其受弯承载力大于组合梁全截面塑性弯矩,转动能力较大;随着腹板高厚比减小或者在腹板上设置横向加劲肋,组合梁的受弯承载力和转动能力都有明显提高。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

大跨度波形钢腹板PC组合梁桥设计与分析

波形钢腹板PC组合箱梁桥由于其上部结构较轻,当其应用于大跨度梁桥时往往具有良好的经济效益。文章结合某主跨130m变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥工程实例,介绍了大跨度波形钢腹板PC组合梁桥主梁结构、预应力体系、波形钢腹板设计、抗剪连接件的设计,并结合该桥特点,在主梁墩顶位置处建立了空间有限元模型,对该位置处的混凝土及波形钢腹板应力进行了分析,为波形钢腹板PC组合箱梁在大跨度梁桥中的应用提供一定的参考意义。