部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁有限元分析

以3根在负弯矩区不同配筋率的2×3 m部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的非线性有限元模型,模拟了构件在两点对称集中荷载作用下连续组合梁负弯矩区的受力性能,计算结果和试验结果吻合良好,验证了模型的有效性。对混凝土强度、钢箱梁顶板、腹板以及底板的厚度等影响连续组合梁的主要参数进行分析,分析结果表明:通过增加钢箱梁腹板和底板的钢板厚度,能有效提高部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的极限承载力和刚度。     

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。     

钢箱-混凝土组合梁试验研究与承载能力计算

对钢箱-混凝土组合梁这一新的结构形式进行了试验研究,通过4个钢箱-混凝土组合梁和2个钢箱梁试件的试验,考察了试验梁破坏过程、弯矩-位移曲线、弯矩-应变曲线、截面应变分布等。试验结果表明,钢箱-混凝土组合梁具有较高的承载能力、刚度和良好的延性。考虑混凝土受钢箱约束的强度提高和钢箱顶板局部屈曲影响,提出了钢箱-混凝土组合梁抗弯承载能力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

超高性能混凝土翼板-窄幅钢箱组合梁双重组合作用试验与有限元分析北大核心CSCD

对于部分填充混凝土式窄幅钢箱连续组合梁裂缝控制问题,对3根混凝土翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁进行了静力加载试验。试验结果表明:组合梁负弯矩区承载性能得到明显改善,但翼板裂缝控制效果不明显。基于超高性能混凝土(UHPC)良好的裂缝控制能力提出将部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁翼板替换为UHPC翼板,形成UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁。采用ABAQUS有限元软件建立了5种组合梁的精细化模型,分析了组合梁全过程受力性能。结果表明,UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱组合梁的开裂弯矩与截面承载能力显著提高,各组合梁翼板与钢梁交界面间的滑移差距不大。考虑到经济因素,为提升组合梁负弯矩区截面的开裂弯矩,应适当增加UHPC的板长,减小板厚。     

钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

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。     

部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁竖向抗剪试验研究

钢–混凝土组合结构因其轻质高强、施工方便等特点得到了广泛的运用,提出一种新型部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁。为了分析组合连续梁的中支座在负弯矩作用下的受力全过程特征、延性、截面刚度变化及竖向抗剪强度,对两根不同中支座混凝土充填形式连续梁试件进行抗剪试验研究。试验结果表明:充填的核心混凝土对钢箱腹板抗局部屈曲能力的提高和承担抗剪起到了重要作用。     

钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点的抗震性能试验研究

基于端板螺栓连接的钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。结果表明:端板螺栓连接的钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点试件的滞回曲线呈梭形,且较为丰满,耗能能力强;组合梁横向配筋率及其配筋形式、组合梁剪力连接度对节点的承载力影响并不显著,但对节点的延性有显著的影响。横向配筋率的增大及横向配筋为封闭式可提高节点的变形能力,剪力连接度越高变形能力越强。     

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。     

Experimental investigation on inelastic behavior of composite box girder under negative moment

The mechanical behavior of negative bending moment zone in composite girder is very complex. The nonlinear characteristics due to the cracking of concrete slab need careful studies. In this experimental research, two specimens of steel-concrete composite box girder with inclined webs under hogging moment were cautiously conducted and tested. The relative slips between the steel and concrete, load-displacement relationship, the strain distribution of the steel girder, the reinforcements and the concrete slab, and the cracking behavior of the concrete slab were measured during the tests. The relatively small slips on the surfaces between the concrete slab and the top flange of the steel girder showed the full shear connection composite behavior of the girders. The initial cracking load was compared with the calculation results from linear analysis and nonlinear analysis based maximum strain. The strain of the steel web measured at different positions along the vertical direction showed the establishment of plane section assumption and the variation of neutral axis in the loading process. Moreover, shear lag effect was found in the strain distribution of the bottom flanges. The strain of concrete slab and the crack spacing showed the effect of the longitudinal reinforcement ratio on the cracking behavior of the concrete. The maximum crack width was observed in the loading process and compared with the calculation results according the design codes. The influence of reinforcement ratio on the strain of reinforcement and on the load capacity in serviceability limit state was studied in the context and it was found that the reinforcement ratio play an important role on the crack control of composite girder under hogging moment.     

钢箱—混凝土组合梁正截面承载力的初步研究

基于方钢管混凝构件和箱形梁的特性 ,提出了钢箱—混凝土组合截面梁 ,并给出了正截面极限承载力计算方法 ,根据使用条件 ,提出了可能的截面形式。完成了一根梁的初步试验研究 ,并与某特大桥的主梁进行了综合比较 ,综合分析表明钢箱—混凝土组合截面梁具有良好的应用前景。     

钢箱-混凝土组合梁弯曲性能试验研究

基于当前钢-混凝土组合结构和钢管(方)混凝土结构在用于梁类结构方面存在纵向滑移和受拉区混凝土增加了结构自重等问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁。并通过5根钢箱-混凝土组合梁及2根空钢箱对比梁的模型试验,研究其弯曲性能。试验研究表明:钢箱-混凝土组合梁具有良好的抗弯性能和延性,符合平截面假定,极限承载力提高显著,试验中测试还表明钢箱中的混凝土与钢箱在受弯过程中纵向有明显的相互剪切作用,有利于充分发挥钢与混凝土各自力学性能。     

单调荷载作用下高强混凝土梁受弯性能尺寸效应研究

进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验,研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同,截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明,高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应,而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。     

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响;在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明：钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强;洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%～59%,而钢梁占总剪力的41%～54%;极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关;栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁;洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力;在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。     

装配整体式混凝土框架梁柱组合体抗震性能试验研究

为研究基于GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》改进的新型配筋构造的装配整体式混凝土框架梁柱组合体的抗震性能,进行了4个梁柱组合体试件的拟静力试验。试件的受力纵筋和箍筋均采用HRB500钢筋,且为满足易施工性的要求,试件中的预制柱采用大直径大间距纵筋,叠合梁采用大肢距组合封闭箍,后浇梁柱节点区则采用了并箍等配筋构造。研究了梁柱组合体的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能,并分析了各变形成分对柱顶侧移的贡献比例。结果表明：当层间侧移角为1/1800时,梁端接缝即出现开裂;组合体均发生梁端接缝受弯破坏,且破坏集中在接缝较小范围内;柱端荷载-位移滞回曲线形状均较为饱满,耗能能力较好;位移延性系数为3.04~3.91,极限侧移角为1/38~1/33,具有较好的延性;破坏时,梁端接缝滑移产生的侧移占总侧移的7%~12%,设计时需予以考虑;按梁端接缝受弯承载力确定的水平极限荷载计算值与试验值之比为0.83~0.89,仍具有一定的安全储备,但对弯剪复合受力下梁端接缝承载力的计算方法值得进一步研究;叠合梁和后浇节点区的配箍形式对试件的抗震性能及承载力影响不大,但梁腹接缝处配置附加抗剪纵筋可减小接缝滑移并提高试件的承载力。研究结果表明所采用的配筋构造能保证装配式梁柱组合体具有足够的抗震性能,可为工程应用提供参考。     

体外索钢箱——混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱一混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2．8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29．35％,承载力提高34．67％,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

Bending strength of concrete-filled narrow-width steel box girder

A new type of partially concrete filled steel box girder is proposed. The distance between the two webs is narrower than that of a conventional steel box girder, and concrete is filled inside the box girder at the intermediate supports of the continuous girder. Static bending loading tests were conducted with these new type girders, showing that the ultimate bending strength of the concrete filled steel box girder model was 40% larger than that of the steel box girder model. The ductility also increased about 8 times. The tests with the half concrete filled steel box girder model showed that the ultimate bending strength was 25% larger than the steel box girder model and the ductility was about 6.5 times larger. The half concrete filled steel box girder model without vertical stiffeners had the same ultimate bending strength of that of the girder with vertical stiffeners but the ductility was about half. The simple calculation method was developed using fibre models. The calculated results agreed with the test results and the calculation method has been verified.