钢-混组合箱梁多因素耦合下的剪力滞效应

基于能量变分法,同时考虑全截面轴力自平衡条件及界面滑移的影响,建立了钢-混凝土组合箱梁剪力滞分析的通用模型,并给出界面滑移及剪力滞效应等多因素耦合效应下的挠度、滑移、应力及剪力滞系数的解析解。通过对集中和均布两种典型荷载作用下的简支组合箱梁进行模型试验及解析分析,结果表明:滑移刚度仅较小时对梁端滑移及跨中挠度影响显著;集中荷载作用下剪力滞效应只对加载点附近的局部区域影响较大,均布荷载较集中荷载影响小且分布较均匀,其最大剪力滞后程度出现在支座附近;界面滑移及剪力滞效应之间存在明显的耦合关系。     

钢-混凝土组合梁界面滑移与剪力滞耦合效应分析

通过定义组合梁截面翘曲位移函数和广义相对滑移函数,利用最小势能原理和变分方法,推导了组合梁在受到相对滑移和剪力滞耦合效应时,其挠度、相对滑移、剪力滞系数的计算通式,并进一步给出了简支钢-混凝土组合梁在均布荷载作用下挠度、相对滑移和剪力滞系数的解析解.分析结果表明:组合梁挠度和剪力滞系数都与相对滑移量和混凝土板最大转角位移差无关,而与相对滑移趋势以及相对转动趋势成正比;相对滑移受到翘曲位移函数的影响.本文计算结果与有限元法结果吻合良好.     

浅析滑移对简支组合梁刚度的影响

简单介绍剪力连接程度系数与滑移应变的基本概念,对受均布荷载作用下的部分剪力连接钢-混凝土简支组合梁的滑移性能进行简单的理论分析,通过曲率函数的直接积分法推出挠度方程,进一步得出组合梁刚度和滑移之间的关系。     

腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形研究

为探究腐蚀与荷载耦合作用下钢 混凝土组合梁长期变形规律,对钢-混凝土组合梁进行腐蚀与荷载耦合作用225d的长期性能试验,考虑不同加载龄期、栓钉锈蚀率对钢-混凝土组合梁界面相对滑移和长期挠度的影响。研究结果表明：在腐蚀与荷载耦合作用下,栓钉锈蚀率越高,组合梁的界面相对滑移及长期挠度也越大;长期挠度增长与混凝土徐变发展规律类似,与混凝土加载龄期7d的组合梁相比,混凝土加载龄期28d的组合梁长期挠度较小;基于龄期调整的有效模量法和应力重分布原理,考虑组合梁由混凝土收缩徐变和栓钉锈蚀引起的附加挠度,提出栓钉锈蚀条件下组合梁的长期挠度计算公式;组合梁长期挠度理论计算值与实测值吻合较好,可为工程实际运用提供参考。     

集中荷载作用下钢-混凝土组合梁界面滑移及变形

报道了8榀集中荷载作用下钢-混凝土组合简支梁的滑移规律和变形的试验结果。利用Goodman弹性夹层假设,推导了钢-混凝土组合简支梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,又可以计算界面滑移对组合梁变形挠度的影响。利用通用有限元软件对钢-混凝土组合梁的界面滑移与变形进行了非线性有限元分析,并将多项计算结果进行了比较。通过大量理论计算,探讨工程设计中合适的剪力连接度。本文所得的理论计算公式,将方便工程设计人员对钢-混凝土组合结构滑移和变形挠度进行计算,并为其极限承载力的有限元计算提供了理论基础。     

滑移效应对木—混凝土组合梁抗弯刚度的影响分析

木-混凝土组合梁是在木结构和混凝土结构基础上发展的一种新型结构构件,其通过剪力连接件将木梁和混凝土翼板连接成整体共同受力,木梁受拉,混凝土翼板受压,剪力连接件传递交界面上的纵向剪力。文章在试验研究的基础上,结合数据分析,考虑交界面相对滑移对组合梁抗弯刚度及抗弯承载能力的影响,推导了组合梁在均布荷载、两点对称荷载及单点集中荷载工况下的抗弯刚度和挠度计算公式。同时提出了考虑滑移效应影响的组合梁弹性抗弯承载力的计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较,吻合良好。     

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。     

温度与徐变效应对钢梁与GFRP板组合梁轴向力的影响

钢梁与GFRP板组合梁具有轻质高强、施工高效及抗腐蚀等特点.钢梁和GFRP板是运用粘结剂或剪力连接件来组合成为整体构件.为此,在外力影响下,两种材料的连接面会发生相对滑移,而GFRP板作为树脂材料,其物理与力学性能将随温度和时间的增长而改变.采取弹性理论,建立同时考虑温度效应和徐变效应影响的轴向力基本方程,给出均布荷载作用下的轴向力理论计算公式.计算结果表明:组合截面轴向力随着连接刚度增加、作用荷载增加、温度升高及时间增长而增长.荷载作用和温度变化对组合截面轴向力影响相对较大,而界面连接刚度和GFRP材料徐变效应对其影响相对较小.     

GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能试验

为了研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)型材-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,将GFRP工字型材的上翼缘埋于混凝土板内,完成了8根GFRP型材-混凝土组合梁三分点加载受弯性能试验,得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-滑移曲线,分析了界面连接方式及型材厚度对组合梁受弯破坏机理、正截面受弯承载力及延性的影响。通过比较分析组合梁截面应变、跨中挠度、界面相对滑移的变化规律,验证了将GFRP工字型材的上翼缘置于混凝土板内作为剪力键的可行性。结果表明:接触面喷砂和GFRP型材上翼缘设置螺栓的界面连接方式可以显著降低GFRP型材与混凝土板界面间的滑移,从而提高组合梁的整体工作性能; GFRP型材厚度对试件的承载力影响不明显,但是型材厚度提高48%,其挠度降低20%左右; 所得结论可为该组合梁的理论分析与实际工程应用提供参考。     

考虑界面滑移的钢-混凝土组合梁的新解法

本文利用Goodman弹性夹层假设,可以考虑各种连接情况,通过引入轴向变形转角位移函数,推导了钢-混凝土组合梁在弹性范围内以挠度表达的平衡微分方程,得出了方程的通解和考虑界面滑移的挠度和轴向变形转角位移表达式,进而求出简支组合梁在集中和均布荷载作用下的内力和界面约束弯矩,以及混凝土板和钢梁截面内力和界面滑移量.     

A space-exact beam element for time-dependent analysis of composite members with discrete shear connection

This paper presents a space-exact, time-discretized solution for the time-dependent analysis of composite beams with partial interaction. The time effects considered in this model are creep and shrinkage of the concrete slab. The constitutive model adopted to describe the time effects is linear viscoelasticity with time-dependent coefficients to account for ageing. By using the time-discretized form of the constitutive relations, the equilibrium equations in terms of the displacements at a generic instant are analytically solved. Based on the analytical expressions (exact in space) of the displacements and the internal forces, the space-exact stiffness matrix is deduced for a generic composite beam element. This stiffness matrix can be used in a displacement-based procedure for the time-analysis of continuous composite steel-concrete beams with arbitrary support and loading conditions. The present formulation requires a minimum number of elements depending on the support and loading conditions. The proposed hybrid analytical-numerical method is used to investigate both the short-term and the long-term deflections of simply supported composite beams in order to assess the calculation method proposed in Eurocode EN 1994-1-1 [21]. The effects of creep, shrinkage and degree of shear connection on the deflection of simply supported composite beams are also analyzed. The long-term deflection calculated with the analytical model based on the rules given in EN 1994-1-1 [21] is compared against the one predicted by the proposed model. It is found that EN 1994-1-1 [21] slightly underestimate the long-term deflection. It was also observed that the contribution of shrinkage to the deflection is more significant than suggested in EN 1994-1-1 [21].     

考虑收缩徐变影响的两跨钢-混凝土连续组合梁长期性能预测方法

为量化混凝土翼板收缩徐变对多跨钢-混凝土连续组合梁长期性能的影响,提出相应的预测方法,基于现有两跨连续组合梁长期试验结果对典型的组合梁设计方法进行适用性评述; 在此基础上,基于龄期调整的有效模量法并考虑混凝土的收缩徐变、开裂及组合梁界面相对滑移的综合影响,提出两跨连续组合梁长期中支座弯矩与跨中挠度的计算公式,并采用长期试验结果验证预测方法的可靠性; 进一步对比不同混凝土翼板类型(收缩徐变分布模型)对组合梁长期性能的影响。结果表明:采用龄期调整的有效模量法模拟混凝土徐变特征,考虑收缩产生的附加弯矩,采用折减刚度考虑混凝土开裂与界面滑移的影响,提出的两跨连续组合梁长期性能计算公式,可有效预测组合梁长期中支座弯矩分布与跨中挠度,计算结果与试验结果最大相差25.3%; 混凝土的收缩变形对组合梁长期性能影响显著,当不考虑混凝土收缩变形时,组合梁中支座弯矩与跨中挠度仅分别为试验值的41.1%和60.6%; 组合梁长期性能设计时,应根据楼板类型采用不同的收缩徐变模型,针对钢筋混凝土楼板采用均匀收缩、均匀徐变模型,针对组合楼板采用非均匀收缩、非均匀徐变模型。     

考虑滑移效应的组合梁界面作用机理及形变特征

钢-混凝土组合结构是现代土木工程中最重要的结构类型之一,界面粘结状态是组合结构维持性能的关键。在组合结构承载时,应用广泛的柔性抗剪连接件在传递剪力过程中易变形,从而导致钢梁和混凝土翼板的接触界面发生滑移,降低组合梁的刚度,影响其安全稳定服役性能。因此,需要从力学建模角度了解组合梁结构的界面作用机理,讨论滑移效应的发生机理,并有针对性地优化设计组合梁结构,避免或延缓界面滑移的产生。鉴于此,该文提出了一种新的理论模型探讨钢-混凝土组合梁结构的界面作用机理和力学行为特征。该分析以弹性理论为基础,引入界面粘结滑移模型假定以考虑滑移效应对结构性能的影响,并给出了解析方程定量描述滑移分布规律。通过与试验结果对比论证所推导的界面滑移位移和形变特征解析表达式的有效性。在此基础上,探讨了组合梁相关几何材料特征参数对滑移的敏感程度。通过前述理论建模和参数分析,给出了组合梁结构界面滑移损伤控制的最优设计参数以获取最佳承载性能。区别于普遍应用的能量法、数值法和有限元法,该文首次给出了一种新型、简洁和直观的解析解描述组合梁全跨范围内的界面作用机理。     

考虑滑移效应的钢-混凝土简支组合梁截面优化设计

以钢-混凝土简支组合梁造价为优化目标函数,在计算组合梁的变形时考虑了滑移效应对刚度的折减,采用复形法作为优化算法,用Matlab语言编制了计算程序.对一简支组合梁算例进行了截面优化设计,效果较好.所用的方法可推广应用于钢-混凝土简支组合梁的工程优化设计.     

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。     

新型完全剪切连接钢筋混凝土组合扁梁受力性能试验

对一种新型钢筋混凝土组合扁梁一U形外包钢钢筋混凝土组合扁梁的受力性能进行了试验,共完成5根不同剪力连接形式的简支梁静荷试验,其中2根为部分剪力连接试件,3根为完全剪力连接试件.研究了不同的抗剪连接形式对组合扁梁整体工作性能和受力性能等方面的影响,对该组合扁梁的抗弯刚度和承载力进行了理论分析.结果表明,该组合扁梁具有良好的力学性能,在完全剪切连接情况下,该组合扁梁的截面应变近似符合平截面假定,抗弯刚度和承载力的计算可以忽略外包钢和其内部混凝土之间滑移效应的影响,其理论计算值与试验结果吻合良好.     

钢筋砼梁在长期荷载作用下的变形

本文对剪跨比为２．５的钢筋砼梁在长期荷载作用下的变形进行了试验研究。建立了长期弯曲变形和剪切变形计算公式，并由迭加原理得到了考虑剪切效应的钢筋砼梁在长期荷载作用下的挠度公式，计算值与试验结果吻合良好。本文公式同时考虑了砼徐变和收缩的影响，还可用来根据梁的试验结果而确定砼徐变系数和龄期调整系数值。     

完全和部分剪力连接组合梁的有限元建模

主要采用ANSYS软件对完全和部分剪力连接的组合梁进行建模分析。三维有限元模型可以模拟集中或均布荷载作用下简支组合梁的整体挠曲行为。这包括：负荷挠度、钢-混凝土界面的纵向滑移、剪力分布和失效模式。模型的可靠性通过试验与交互式数值分析得到验证。并采用校准的有限元模型进行了参数研究。此外,针对数值建模、收敛、加载和计算有效性等进行了详细讨论。     

全部和部分剪切连接的组合梁有限元模型

运用商业有限元软件ANSYS,对采用部分以及全部剪切连接的组合梁进行了评估。当简支梁受到集中荷载和不均匀分布荷载时,上述三维有限元模型能够模拟弯曲的简支梁行为,包括:荷载作用下的变形性能、在钢-混界面的纵向滑移、螺栓的剪力分布及破坏的模式。通过与试验或者与数值分析的比较,验证了模型的可靠性。随后采用修正的有限元模型,进行了广泛的参变量研究。同时也详细讨论了几个数值模型中有关收敛、荷载策略、计算效率的问题。所提模型的精确性和简洁性适合于预测或补充试验研究。