大跨半钢板混凝土组合下的仰拱结构疲劳损伤试验研究

采用疲劳试验,对隧道基底的半钢板混凝土组合仰拱结构试件的疲劳损伤进行了研究。结果表明:在142万次疲劳结束后,试件Z-1沿截面高度钢梁腹板整个被拉裂;在115万次疲劳结束后,试件Z-2腹板全部被拉裂;Z-3试件在疲劳试验循环211万次后,无裂缝产生。试件Z-1、Z-2最小动挠度和最大动挠度随着疲劳加载次数增加有逐渐线性增加趋势,但增加速度较慢,试件Z-3组合梁在达到目标循环200万次前,疲劳破坏未发生。随着疲劳加载次数的增加,试件Z-1的跨中残余挠度先增加后减小再增加,试件Z-2为增加趋势,试件Z-3保持稳定。在临近破坏前,疲劳残余挠度对试件影响较大。试件Z-1、Z-2、Z-3在荷载分别大于100、50、150 k N时,底面钢板应变增加较快。在整个挠度中,试件组合梁最大疲劳残余挠度平均百分比为7.5%,对于隧道基底的半钢板混凝土组合仰拱等承受动荷载结构,由于重复荷载引起组合梁的挠度变形应当重视。     

栓钉锈蚀的钢-混凝土组合梁疲劳性能研究

为研究栓钉锈蚀后负弯矩区钢-混凝土组合梁的疲劳性能,分别进行1个试件的静力试验和5个试件的疲劳试验研究。通过静力试验获得组合梁的极限荷载,为疲劳试验提供依据。通过疲劳试验测试分析了不同栓钉锈蚀率组合梁在经历不同的疲劳循环加载次数后的材料应变、跨中挠度、残余变形及刚度等。试验结果表明,栓钉锈蚀率的增加使组合梁疲劳寿命下降,使负弯矩区组合梁在经历相同疲劳加载次数后的残余变形增加。组合梁刚度在疲劳加载过程中有一定程度的退化,弯曲刚度的退化与栓钉的锈蚀率无明显关系,滑移刚度的退化会随着栓钉锈蚀率的增加而加剧。     

以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁试验研究

为研究以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理,对花纹钢板-混凝土界面受剪试件进行了推出试验,对组合梁试件进行了受弯性能试验,分析了试件的破坏特征、应变分布和荷载-位移曲线。试验结果表明:扁豆型花纹钢板与混凝土界面的黏结强度介于光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土黏结强度之间,混凝土对钢板的包裹作用对界面黏结强度有重要影响;组合梁受弯性能试件的最大挠度达到L/45(L为组合梁跨度),呈现明显的延性破坏特征;钢梁-混凝土翼板处于良好的共同工作状态,达到完全抗剪组合承载力;组合梁抗弯刚度组合作用系数约为0.4,界面滑移对变形的影响不可忽略。根据试验结果,给出组合梁的钢-混凝土界面受剪承载力和界面抗剪刚度计算方法。     

T形钢梁加强负弯矩区组合框架梁的试验研究

针对框架梁在梁端存在较大负弯矩及混凝土不能承受较大拉应力的状况,提出了在框架梁的负弯矩区段采用T形钢梁加强的组合框架梁模型。通过两个组合框架梁单层框架足尺模型的试验研究,得到新型组合框架梁的荷载一挠度曲线,截面应变分布曲线。从组合框架梁与一般组合梁的试验结果对比可看出,T形加强截面能有效提高梁的刚度,使框架梁刚度分布趋于合理。最后,提出并验证了按T形肋截断位置分成三段刚度不同的梁分析组合框架梁的方法。     

港珠澳大桥C60桥面板混凝土配合比设计与性能

钢混组合梁在支座处桥面板有较大的负弯矩,桥面板混凝土因承受较大的拉应力,易出现开裂问题.针对海洋环境钢混组合梁预制桥面板负弯矩区混凝土在疲劳荷载长期作用下容易产生裂缝等影响桥面板的使用寿命问题,采用高强有机聚合物纤维对混凝土进行增强设计,制备出了工作性能、力学性能和耐久性能优良的混凝土,并进行了港珠澳大桥桥面板模型的浇筑试验.     

钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土简支梁试验研究

钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁技术,是建立在钢板-混凝土组合梁基础上的一种加固方法。为了研究其受弯性能,对1根钢筋混凝土对比梁和10根钢板-混凝土组合加固简支梁进行了试验研究。加固试件包括直接加固、损伤后加固及持载加固试件。量测分析了试件的荷载、挠度、应变、裂缝宽度及其发展等。试件的破坏形态包括弯曲破坏和新老混凝土剥离破坏。试验表明,组合加固可以大大提高钢筋混凝土梁的承载力和刚度,试件具有良好的延性。采用弹性方法和塑性方法分析了试件的开裂荷载和极限受弯承载力,计算结果与试验吻合良好;用现有规范方法对试件刚度进行估算存在一定误差。     

框架深肋组合扁梁受弯性能的试验研究

对两根尺寸完全相同但纵向配筋率不同的框架深肋组合扁梁进行了静力单向加载试验研究,得到其荷载-挠度关系,不同荷载条件下截面应变分布,混凝土裂缝的发展和分布特征以及试件的破坏模式。试验结果表明:纵向配筋率对框架深肋组合扁梁的弹性阶段刚度影响较小,对极限承载力有一定的影响,同时配筋的增加改善了负弯矩区的开裂状况;在弹性阶段,钢梁、钢筋与受压区的混凝土在弹性受力阶段能够近似保持平截面,板肋处的混凝土分担的荷载很小。     

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明：在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

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。     

Experimental study on inelastic mechanical behaviour of composite girders under hogging moment

Negative bending moments acting on the support regions of continuous composite girders generate tensile stresses in the concrete slab and compressive stresses in the lower steel profile. As a result, the mechanical behaviour of these girders becomes strongly nonlinear, which needs special study. In this paper, static experimental tests on four half-scale models of steel and concrete composite girders with different shear connectors such as studs and Perfo-Bond Strips (PBLs) under hogging moments are cautiously conducted in order to investigate the reduction of flexural stiffness and the inelastic behaviour after cracking. In the test results, crack development, crack widths and strains of the composite section before and after cracking were observed. The crack width evaluation methods based on design codes for steel and concrete composite girders under negative bending moment were compared. Crack widths should be controlled appropriately within an allowable value in the slab under service load. The strains in reinforcing bars obtained through the static tests agreed well with the values calculated through the application of the existing tension stiffening theory. The test specimens could be assumed to be a full composite section until the ultimate state on the basis of load and slip relationship results of shear connectors. It follows that analytical and experimental studies can be served as a basis for the design of continuous composite bridges.     

Fatigue tests on straight steel–concrete composite beams subjected to hogging moment

This paper describes the fatigue behavior of composite steel and concrete beams subjected to negative bending moment. Fatigue tests with repeated load limited to initial cracking and stabilized cracking, were performed on two steel–concrete composite beam substructures respectively. Test results indicated that when the repeated load was equivalent to the initial cracking load, the fatigue test had only limited influence on beam stiffness or crack patterns. However, when the repeated load was equivalent to the stabilized cracking load, a number of residual cracks occurred in the initial static test and the beam became less stiff as the load cycles increase. Failure of the bond between studs and surrounding concrete was confirmed in intermediate static tests; flexural stiffness of studs became smaller as the increase of load cycles. In addition, final static tests were performed on fatigue test specimens and another specimen without fatigue test. The comparison indicated that when the repeated load was larger than the initial cracking load, fatigue test could decrease beam stiffness and its ultimate load carrying capacity.     

闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳性能试验研究

为研究闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳性能,完成14块闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳试验研究。试验主要考察组合板端部栓钉布置、组合板板厚、疲劳荷载水平及组合板加载剪跨比等4个主要因素对组合板疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合板在各个关键阶段的动挠度、动滑移、压型钢板及混凝土应变、组合板残余挠度及组合板剩余承载能力等参数进行测量和分析。在试验研究基础上,根据组合板疲劳破坏形态及损伤发展情况,着重对组合板的疲劳性能进行较全面研究,初步提出组合板疲劳性能水平评估方法及组合板疲劳设计建议。试验研究结果表明,无栓钉组合板的疲劳性能明显差于带栓钉组合板,布置栓钉可大大提高组合板疲劳性能;无栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为40%的静力极限荷载,而带栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为60%的静力极限荷载。研究结果为闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳设计计算提供有利依据。     

负弯矩作用下钢-混组合梁的疲劳试验

介绍了钢-混组合梁在负弯矩作用下的疲劳性能。在两个钢-混组合梁结构上分别进行循环荷载下的疲劳试验,并只局限于初始开裂和稳定开裂。试验结果表明,循环荷载与初始荷载相等时,疲劳试验对梁刚度与裂缝形态的影响有限。然而,当循环荷载与稳定开裂荷载相等时,在初始静态试验时产生了大量的残余应力,造成了破裂,且梁的刚度减小而荷载周期增加。中期的静态试验证实了栓钉与周围混凝土的连接失效,栓钉的承载力随着荷载周期的增加而减小。此外,对经过疲劳测试的样本与未经过疲劳测试的样本进行最终的静态测试发现,循环荷载大于初裂荷载时,疲劳试验会降低梁的刚度及极限承载力。     

波形钢腹板PC组合箱梁疲劳损伤对抗弯承载能力的影响研究

制作两根体外预应力波形钢腹板简支PC组合箱梁,其中第一根梁进行静力全过程试验,另一根梁先进行疲劳试验直至波形钢腹板出现疲劳破坏后进行静力加载全过程试验;得到两根组合箱梁在弹塑性阶段的基本力学性能、典型疲劳损伤特征和疲劳前后的抗弯承载力。根据混凝土材料的S-N曲线和疲劳荷载的实际应力比,推导混凝土材料疲劳损伤后的强度退化规律、总结混凝土割线模量、极限应变的退化规律,据此得到混凝土材料疲劳损伤前、后的本构关系;基于截面M-N-Φ关系编制体外预应力简支组合箱梁抗弯承载力的非线性全过程分析程序,对两根试验梁进行全过程加载的模拟分析,理论与试验结果吻合良好;两者均表明波形钢腹板的疲劳损伤对组合箱梁抗弯承载力影响不大,但会大大降低结构的延性。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

钢板-混凝土组合板受弯性能试验研究

以钢板代替受力钢筋,通过栓钉将外侧钢板与内部混凝土板相连,二者共同作用形成钢板-混凝土组合板。根据钢板布置形式的不同,可将钢板-混凝土组合板分为单面钢板-混凝土组合板（SSC）和双面钢板-混凝土组合板（DSC）。通过对4个SSC试件和3个DSC试件的受弯试验研究,分析了不同钢板厚度、抗剪连接程度以及构造钢筋配置对组合板受弯性能和破坏形态的影响。试验结果表明,按完全抗剪连接设计的试件破坏形态与适筋梁相似,具有良好的受弯承载能力和延性;当受拉区钢板采用部分抗剪连接设计时,剪跨区栓钉易剪断导致承载力明显降低;当受压区钢板采用部分抗剪连接设计时,顶层钢板易发生局部屈曲,导致试件承载力和延性有所降低。基于试验结果,给出了钢板-混凝土组合板的受弯承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。     

Mechanical performance of steel reinforced UHTCC composite joint under static loading

开展了型钢-超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）组合节点静载性能试验研究,同时与型钢-普通混凝土组合节点进行比较,主要分析荷载-梁挠度关系、裂缝开展情况、节点破坏形态以及水泥基材料和内部钢材的变形协调关系。研究结果表明：UHTCC在组合节点中能够发挥良好的裂缝控制能力并使裂缝无害化分散;非节点区梁和节点区板的起裂荷载分别提高到型钢-普通混凝土组合节点的1.36和3.58倍;型钢-UHTCC组合节点承载力和变形能力分别高于相同形式型钢-普通混凝土组合节点的10%和49%;在加载过程中UHTCC与内部钢材变形协调,表明两者之间具有较好的黏结性能,能够协同受力。