波形钢腹板-桁式弦杆连续梁桥受力分析——以深圳马峦山公园高架桥为例

以深圳马峦山公园高架桥为工程背景,详细分析波形钢腹板-桁式弦杆连续梁桥的受力性能。首先,介绍了波形钢腹板-桁式弦杆连续梁桥的基本构造;之后,建立了该新型组合梁的实体及杆系模型,对比了两种模型计算结果的差异;最后,基于杆系模型分析了该组合梁桥的受力行为。分析结果表明:杆系模型及实体模型可以获得相近的弹性分析结果;该桥满足正常使用状态下变形及应力的要求;钢管中混凝土可以有效提高组合梁的刚度,降低组合梁的变形;杆系模型便于进行承载能力验算,满足承载力设计要求。     

波形钢腹板-桁式弦杆组合梁桥静动载试验研究

以波形钢腹板-桁式弦杆组合梁桥为研究对象,对其进行成桥静动载试验.首先,采用MIDAS/Civil软件建立波形钢腹板-桁式弦杆组合简支箱梁空间梁格模型,通过有限元模型计算实桥在试验荷载下的变形、应变、频率,并通过与实测值的对比考察实桥的静、动力性能.试验结果表明:挠度校验系数介于0.36～0.71之间,满足刚度要求;应...     

波纹腹板H形钢组合梁扭转性能试验研究

设计了扭转试验装置,对T形截面波纹腹板H形钢组合梁进行了扭转性能试验,研究波纹腹板H形钢组合梁在扭转作用下的扭矩-扭率特征曲线、各组成部分的应变发展及分布规律、混凝土翼板裂缝的发展与分布规律以及组合梁的受扭破坏形态。研究表明:由于波纹腹板具有褶皱效应,且其上、下部所受混凝土翼板与下翼缘的约束强弱不同,导致上、下部波纹腹板的变形不一致,在截面高度范围内剪应变分布不均匀,这与平钢腹板组合梁腹板剪应变分布均匀明显不同;波纹腹板容易发生翘曲变形,但翘曲应变较小;混凝土翼板裂缝小于45°,与钢筋混凝土构件受扭接近45°显著不同;通过理论分析推导出波纹腹板H形钢组合梁弹性抗扭刚度的计算公式,并与试验结果进行了对比。     

体内预应力波形钢腹板组合梁预应力导入效率研究

研究一种新型的体内预应力波形钢腹板组合梁的预应力导入特性。通过设置一种钢包混凝土构件,在波形钢腹板组合梁下翼缘引入体内预应力,设置的波形钢腹板使预应力更大限度地导入上、下翼缘,形成一种新型体内预应力波形钢腹板组合梁。提出的新结构与现有的波形钢腹板组合结构对比,受力性能大幅改善,梁体重量显著降低,避免了体外索的频繁更换。基于卡氏定理,根据波形钢腹板组合梁截面刚度协调特性,推导波形钢腹板的预应力导入效率计算方法,并针对提出的新型体内预应力波形钢腹板组合结构开展预应力导入效率数值分析,通过理论计算结果与有限元对比,发现两种方法获得的导入效率系数变化一致,验证了该文提出的反对称波形钢腹板的预应力导入效率计算方法。     

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。     

波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁有限元分析

利用ABAQUS有限元程序对波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板试验梁进行有限元模拟分析,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。分别以下弦管内混凝土填充范围、下弦钢管壁厚、波形钢腹板厚度为参数,分析各参数对该组合梁受力性能及结构承载力的影响。     

波形钢腹板组合刚构桥墩-梁结合部受力性能试验研究

由波形钢腹板组合梁和钢筋混凝土桥墩所构成的组合刚构桥,可以综合组合结构与刚构桥的优势,具有跨越能力强、长期性能好和施工方便等优势,是适用于高烈度地震区大跨桥梁的一种新型结构形式。本文对波形钢腹板组合梁刚构桥墩梁结合部以及墩顶位置组合梁负弯矩区的受力性能进行了试验研究。试验表明,此类墩-梁固结节点具有良好的承载力、刚度、耗能能力、延性以及变形恢复能力,抗震性能良好;波形钢腹板组合梁负弯矩区开裂荷载较高,裂缝分布较均匀,抗剪连接件性能可靠,正应力横向分布均匀。同时,还分析了腹板内衬混凝土对截面正应变分布的影响以及波形钢腹板在不同荷载水平下对组合梁抗剪强度的贡献,并建议了波形钢腹板在节点区混凝土内的锚固深度。     

波形钢腹板钢管混凝土梁受弯试验研究

提出了一种新型的组合结构--波形钢腹板钢管混凝土梁,进行了3根模型梁的受弯试验。对试验梁的变形、应变、破坏模式和极限承载力等进行了分析,比较了上下弦管填充混凝土对梁受力性能的作用,并与钢管混凝土桁梁的试验结果进行了对比。结果表明,与钢管混凝土桁梁相比,波形钢腹板钢管混凝土梁避免了节点破坏问题,其抗弯刚度和极限承载力得到较大的提高;上弦钢管填充混凝土对提高极限承载力作用很大,下弦钢管填充混凝土也能提高梁的极限承载力,但作用小于上弦管;"拟平截面假定"的计算方法可以用于波形钢腹板钢管混凝土梁的极限承载力计算。     

组合梁的抗扭刚度分析

为研究钢-混凝土组合梁的抗扭刚度,在试验结果基础上,对钢-混凝土组合梁的抗扭刚度进行研究,分 别导出开、闭口组合梁在开裂前、从开裂到极限破坏、极限破坏三阶段的抗扭刚度计算公式;利用空间桁架模型理论,分析影响抗扭刚度的主要参数,并对计算值和实测值进行对比分析.     

波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁的受弯性能分析

为研究波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁受弯性能,推导其在弹性和塑性状态下理论计算公式,建立了钢管混凝土翼缘刚度相关参数。利用有限元分析,对此类构件的受弯承载力进行了模拟计算,分析了钢管管壁上应变集中特性规律。结果表明:波形钢腹板高度及钢管混凝土翼缘刚度相关参数(钢管管壁厚度)对减小弹性阶段组合梁跨中截面薄弱位置应变,最大可使应变减小59%;组合梁截面含钢率对于提高其受弯承载力影响显著,最大可提高78%;有限元模型结果与试验和理论结果拟合较好,所采用的材料本构模型及边界条件假定可较好地反映此类组合梁的弯曲受力性能,理论方法能有效预测管壁纵向应变值。结合有限元分析结果,对跨中附近波形转角处的钢管管壁应变集中与波形角关系进行了分析,结果表明计算时需要引入与波形角有关的应变集中系数,以合理预测跨中附近波形角部位的应力集中。     

波形钢腹板组合槽型梁静载试验与有效预应力分析

波形钢腹板组合槽型梁是一种新型下承式开口薄壁桥梁结构,对4片按照1/4相似比进行设计的试验梁进行两点对称加载和有限元分析,研究两组试验梁在对称荷载作用下的荷载位移关系、截面应变分布、裂缝发展规律和破坏形态等,分析张拉预应力和释放预弯力后试验梁底板混凝土的有效预压应力。研究表明：竖向荷载作用下试验梁符合平截面变形规律,应忽略波形钢腹板对抗弯刚度的贡献和底板混凝土对抗弯承载力的抵抗作用;试验梁混凝土受压区受限于上翼缘板,其应变分布为梯形而非常规的三角形分布;下承式槽型截面的中性轴偏低,波形钢腹板预弯钢梁反弹能够有效地对混凝土施加预压应力;采用波形钢腹板能有效提高槽型梁的预应力施加效率,文中建议的波形钢腹板组合梁预应力等效荷载法,能准确计算此类结构的混凝土有效预压应力;两组试验梁由于配筋量的不同分别发生塑性和脆性弯曲破坏;波形钢腹板组合槽型梁的自重轻、抗弯刚度较大、具有较好的延性和抗裂性能。     

初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁承载力试验研究与理论分析

通过外挑钢-混凝土组合梁的单调加载试验和有限元分析,研究负弯矩区腹板开洞对其受力性能的影响,并基于弯剪承载力相互作用的准则,提出承载力理论计算方法。结果表明：截面开洞显著降低了组合梁的承载能力和刚度;最终破坏形式为洞口上方混凝土板的剪切破坏;组合梁承载能力随着截面削弱的加大而降低;洞口补强板可减轻洞口区域应力集中,进而提高组合梁的承载力;承载力随着洞口中心线与支座距离减小（即弯剪比的增大）而减小。应用建议的负弯矩区腹板开洞组合梁承载力计算方法得到的承载力计算结果与试验及有限元分析结果吻合较好。     

组合梁的抗扭刚度分析

为研究钢—混凝土组合梁的抗扭刚度,在试验结果基础上,对钢—混凝土组合梁的抗扭刚度进行研究,分别导出开、闭口组合梁在开裂前、从开裂到极限破坏、极限破坏三阶段的抗扭刚度计算公式;利用空间桁架模型理论,分析影响抗扭刚度的主要参数,并对计算值和实测值进行对比分析。     

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。     

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...     

内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能研究

为实现钢材与木材的高效组合,提高钢木组合梁受弯性能,提出了一种内置薄壁H形钢-木组合梁。为研究其破坏过程、破坏形态及组合受力性能,以翼缘木板宽度、抗剪连接栓钉间距、薄壁H形钢厚度、翼缘木板厚度、腹板木板高度和腹板木板厚度等为变化参数开展了受弯试验。并提出了可用于预测内置薄壁H形钢-木组合梁挠度和受弯承载力的计算公式,进行了有限元分析。结果表明：依据内置薄壁H形钢-木组合梁破坏过程及特征,可出现受拉翼缘木板受拉断裂、腹板木板受拉区开裂以及受压翼缘木板受压破坏或薄壁H形钢受压翼缘严重压屈和严重粘胶剥离的受压破坏三种破坏模式;在配置截面面积比约3.5%的薄壁H形钢的情况下,内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力、抗弯刚度、耗能和延性相对于纯木梁明显提高;腹板木板高度、翼缘木板宽度、翼缘木板厚度和抗剪连接栓钉间距等参数影响内置薄壁H形钢-木组合梁受弯性能较为明显,增加腹板木板的高度、翼缘木板的宽度、翼缘木板的厚度和减小抗剪栓钉间距可明显提高内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力;增加薄壁H形钢厚度,可使内置薄壁H形钢-木组合梁受弯承载力和刚度得到一定程度的提高;腹板木板的厚度对内置薄壁H形钢-木组合梁的受弯承载力影响不甚明显。所提出内置薄壁H形钢-木组合梁的挠度及受弯承载力计算式和有限元模型合理有效,计算结果与试验结果吻合良好。     

钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁受力性能试验研究

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,对组合梁受力性能进行了研究。试验中详细考察了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁在不同名义剪跨比、不同栓钉布置形式下的受力过程、裂缝发展、破坏形态和型钢、钢板与混凝土应变发展过程、跨中弯矩与跨中挠度以及型钢与组合板端部滑移发展情况;根据对试验结果与现行规范所建议方法计算结果的对比分析,提出了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁的受弯承载能力以及受剪承载能力计算方法。研究结果表明,钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的破坏形态主要表现为弯曲剪切破坏,组合梁具有较好的承载能力和延性,在80%Pu后,组合梁界面才表现出明显的滑移现象,截面不满足平截面假定。研究还表明,即使组合梁试件按照我国现行规范计算所得连接程度较小时,也具有较高的受弯承载能力。同时,为考察组合梁动力特性,对8个组合梁试件的前三阶自振频率和阻尼比进行了试验测试,测试结果表明组合梁阻尼比较     

外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究

对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律。试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性。有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20%;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏。     

侧扭屈曲的波形钢腹板钢筋混凝土连续组合梁的转动刚度

在负弯矩区,连续组合梁将达到由腹板刚度以及混凝土板和剪力连接刚度所产生的侧扭屈曲的极限状态。这3种刚度构成了组合梁的转动刚度。EC4在平面钢腹板组合梁中定义了这种刚度,但对于波形钢腹板组合梁结构中的刚度尚未有结论性研究。文中提出了一个公式,并基于以下几点来对波形腹板型材组合梁的转动刚度进行评估:1)倒U框架模型的4种代表性的试验结果;2)使用ANSYS有限元软件对数值模型进行构建和标定;3)68个数值模型的计算过程。在这些模型中,研究人员试图改变影响转动刚度的所有参数,例如腹板高度和厚度、平板的大小与类型(混凝土板或组合板)、横截面的剪力连接件的数量以及连接件的纵向间距。