钢-混凝土组合扁梁受力性能的有限元分析

钢-混凝土组合扁梁是将钢梁内嵌于混凝土之中的新型组合梁，它能最大限度地降低结构的高度，形成类似”无梁楼盖”的结构体系，已在住宅钢结构中推广应用，其承载性能和设计方法研究引起了结构工程界的关注．本采用通用有限元程序ANSYS研究了组合扁梁的承栽力问题，通过建模计算了简支组合扁梁、悬臂组合扁梁和框架组合扁梁的承载力和变形特征，得到了相应的荷栽-位移过程曲线，并与组合扁梁的试验结果进行了比较，验证了计算结果的正确性．     

组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁温度效应

钢-混凝土组合梁桥由于钢和混凝土热工参数的显著差异,使得该类结构在西北高寒、大温差地区受梯度温度影响较突出.以甘肃省某高速公路上一座组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁为背景,考虑组合桥面板有效刚度、子梁微段内力平衡、子梁间变形协调和腹板剪切变形效应,建立组合箱梁桥温度效应解析计算方法;通过精细有限元数值模拟验证了其可靠...     

波形钢腹板箱梁桥面板横向温度效应分析

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分布规律,提出了波形钢腹板箱梁温差计算模式;且基于温度梯度模式得出了箱梁桥面板的横向内力。结果表明:箱梁桥面板同一高度各测点的温度变化规律一致,沿桥面板横向的各测点混凝土温度变化规律均呈正弦曲线变化趋势;基于二维温度梯度模式的结构力学方法计算结果与有限元结果吻合,可以为该地区波形钢腹板箱梁温度效应产生的温度应力值提供参考。     

负弯矩区组合扁梁的受力性能分析

目的分析负弯矩区组合扁梁的受力性能，计算其弹性刚度和极限承载力，验证所取得的理论结果．方法运用弹塑性力学知识，通过平截面假定和换算截面法，对负弯矩区组合扁梁的受力性能进行了理论分析．结果提出简化的计算模型，推导了弹性刚度和极限承载力公式；并运用大型有限元软件Ansys进行数值模拟．将两者的结果进行了比较，吻合良好．结论研究工作表明笔者所提的简化理论模型及其刚度、强度公式较好地分析了负弯矩区组合扁梁的受力性能，结果合理，可为实际工程设计提供借鉴和参考．     

波形钢腹板PC组合箱梁试验全过程分析

通过大尺寸波形钢腹板PC组合箱型梁试验梁的构造设计、制作工艺和试验方法的研究，提出了构造设计和结构制作中应注意的若干问题，分析了荷载作用下波形钢腹板PC组合箱梁的截面应变、变形和裂缝发展规律，为波形钢腹板PC组合箱梁桥的设计、施工和试验提供了理论依据。     

FRP-混凝土组合桥面板单调静力性能的试验研究

采用抗剪连接件将FRP板与混凝土板连接起来共同承担外部荷载,即形成了FRP-混凝土组合桥面板.开展了采用FRP开孔板连接件和环氧树脂2种方式连接的FRP-混凝土组合桥面板的单调静力性能试验,重点对其破坏形态、承载力、变形、滑移等进行研究.研究结果表明:组合桥面板的破坏均以FRP板与混凝土板的连接界面破坏为标志;采用FRP开孔板连接件连接的组合桥面板,在FRP板与混凝土板界面处的滑移增量随荷载增大逐渐加大,最大滑移量为0.55 mm,而采用环氧树脂连接的组合板在整个加载过程几乎没有滑移;采用环氧树脂连接的桥面板比采用FRP开孔板连接件连接的桥面板的抗弯承载力高22%,极限跨中挠度比后者小13.4%,这主要是由于FRP开孔板连接件滑移较大所致.     

轴力作用下钢桥面板构造细节受力分析

为研究正交异性钢桥面板在轴力作用下的受力情况,建立全桥杆系有限元模型,获取钢桥面板所受轴力信息;建立钢桥面板局部有限元模型,提取各工况下疲劳细节关注点处应力,分析应力的变化情况,获取各疲劳细节最不利加载工况,比较研究最不利加载工况下各构造细节在轴力作用下的疲劳性能。结果表明,轴力对各细节应力幅影响较小,对U肋与横隔板围焊处和横隔板焊趾处平均应力影响较大,对U肋与顶板焊缝和弧形缺口平均应力影响较小。     

波形钢腹板PC组合箱梁受扭全过程分析

为了揭示波形钢腹板PC组合箱梁的受扭作用机理,根据薄壁结构理论分析了截面扭矩分配及受扭变形协调条件,采用USTMT模型对波形钢腹板PC组合箱梁进行了受扭全过程计算,并在其基础上对混凝土抗压强度、波形钢腹板厚度和屈服强度、预应力钢束初始预应力及普通钢筋配筋强度比进行了参数分析,发现以波形钢腹板PC组合箱梁中混凝土板和钢腹板扭率相同为变形协调条件较为合理;开裂扭矩、屈服扭矩和极限扭矩均随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,但波形钢腹板承担的扭矩几乎不变;波形钢腹板厚度对混凝土板承受的扭矩几乎无影响,但使波形钢腹板承担的扭矩增大;波形钢腹板屈服强度f_wy对开裂扭矩和混凝土板承受的极限扭矩几乎无影响,但使屈服扭矩和波形钢腹板承担的极限扭矩增大,混凝土强度越高,能够使波形钢腹板发生屈服的钢材强度等级越高;极限扭矩随配筋强度比ξ的增大而增大,且存在一个ξ的敏感区域,同时随钢束初始预应力的增大而线性增加,但增幅较小,尤其是对波形钢腹板承受的扭矩几乎没有影响。     

U形肋正交异性组合桥面板力学性能

为验证桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,提出新型U形肋正交异性组合桥面板系统,并区分其与常规桥面板的受力性能.设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板,1个正交异性钢桥面板,1个带U形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明:U形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,具有较强的抗疲劳性能;U形肋正交异性组合板在桥梁第二体系的承载能力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的1.37倍和0.93倍.     

部分波形钢腹板箱梁桥受力特性分析

为了分析部分波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥结构的空间力学特性,以24 m+40 m+24 m连续梁桥设计方案为对象,用三维有限元方法分析了在竖向荷载以及预应力作用下的结构应力和变形特性,并与波形钢腹板扩展梁理论进行比较,讨论了扩展梁理论的适用性.在此基础上进一步分析了部分波形钢腹板箱梁桥的力学行为,以及两种腹板过渡区域的传力机理.结果表明,按扩展梁理论设计虽然能够得到精度较好的纵向应力结果,但挠度和剪切应力计算精度有待提高;按腹板承担截面全部竖向剪力的设计方法偏于安全;波形钢腹板箱梁和预应力混凝土腹板箱梁过渡区域的结构传力机理十分复杂,设计时应予慎重分析.     

波形钢腹板连续组合箱梁桥抗弯性能分析

波形钢板具有褶皱效应,不承担轴向力和弯矩作用,其有效弹性模量低于材料弹性模量。文中推导了波形钢板的有效弹性模量计算公式,提出波形钢腹板组合梁的抗弯计算方法,且依托某一座波形钢腹板连续组合箱梁桥,建立有限元模型,进行了应力、抗裂性、承载力等抗弯性能分析。     

钢波纹管涵洞力学性能的有限元分析

金属波纹管涵具有施工工期短、造价低、对地基扰动小、对基础要求低、适应变形性能好等优点,特别适用于边远地区和多年冻土、软土等特殊地基区域的道路涵洞工程.目前,作为一种新型的道路涵洞形式.对钢波纹管涵洞进行野外现场力学性能测试存在许多局限性,为了克服其局限性,本文在钢波纹管涵洞野外现场力学性能测试的基础上,利用有限元力学分析程序对钢波纹管涵洞的受力变形作计算分析,将计算结果和野外现场实测值进行比较分析,建立合理的有限元力学模型,运用有限元法系统地分析钢波纹管涵洞的力学性能成为可行.     

Experimental Study on Shear Behavior of New-Type Steel-Concrete Composite Bridge Deck

新型钢-混凝土组合桥面板抗剪性能的试验研究

赵秋,杜阳,蔡文平,杨明,董锐

（福州大学 土木工程学院,福州 350108）

创新点说明：

1）活性粉末混凝土力学性能优越,厚度一般为4~6 cm,去掉保护层后极短的栓钉较难提供足够的拉拔力,从而会降低该组合桥面板的使用效率和耐久性,且其它传统的截面高度较大的连接件在空间分布及受力性能上仍需考究。因此本文提出一种既能够布置在超薄RPC板中,同时也能够提高拉拔力的钢管抗剪连接件。

2）新型桥面板构造工作机理：利用管内活性粉末混凝土和贯通钢筋所起的销栓作用在界面提拱有效的抗拉拨和抗剪力。同时钢管侧壁薄,贯穿短钢管连接件的钢筋能最大限度的布置在RPC层的顶部,充分发挥钢筋网在RPC层中作用。

研究目的：

提出一种既能够满足布置在超薄RPC板中,同时也能够提高拉拔力的钢管抗剪连接件。

研究方法：

1）本文对钢管连接件进行推出试验,探索钢管连接件在钢-RPC组合桥面板中抗剪受力性能。

2）以钢管连接件是否贯穿钢筋为控制变量,抗剪试验共设计2组试件,每组包含3个试件。

3）为保证均匀加载及更好的获取下降段,采用微机控制电液伺服压剪试验机进行加载。

结果：

1）未贯穿钢筋的钢管连接件组合桥面板推出试件,在界面剪力作用下,钢管下方混凝土较大面积被压碎,钢管焊缝根部全截面屈服断裂,最终钢管内与管外混凝土产生剪切断裂,钢管携管内混凝土被拔出。

2）贯穿钢筋的钢管连接件组合桥面板推出试件,在界面剪力作用下,管内钢筋阻止钢管与混凝土的相对滑移,使得管内钢筋被拉拔发生屈服变形。随着相对滑移值增加,钢管内外RPC被压碎,最后钢管下缘被剪切断裂。

3）贯穿钢筋的钢管连接件相比未贯穿钢筋的钢管连接件的抗剪承载力降低约20%,屈服抗剪承载力降低21.4%,弹性阶段的抗剪刚度降低8.6%。钢筋网贯穿钢管连接件后对构件延性提高非常明显,延性系数提高1.75倍。

结论：

1）两组试件的延性系数均大于3.5,说明钢管连接件具有良好的耗能能力。

2）两组钢管连接件破坏模式均表现为下缘焊缝附近的钢管剪切断裂,该部位为该连接件受力最薄弱区域。

3）为便于钢管内RPC 填充密实,钢管长度宜设置为40～80 mm。

关键词：组合桥面板,推出试验,RPC,钢管剪力连接件,破坏模式

     

拱形波纹钢屋盖增强方法

拱形波纹钢屋盖是一种典型的冷弯薄壁空间钢结构,应用范围广泛,具有诸多优点。但其承载力不高,刚度较低,适用的跨度范围有限。提出了一种结构增强方法,介绍了增强措施及特点,采用ABAQUS软件包建立了增强结构的有限元模型,针对不同跨度、矢高及荷载工况,分析了增强前后结构的极限承载力和变形,并进行了比较。结果表明:增强方法显著提高了拱形波纹钢屋盖的极限承载力和刚度,具有一定的适用价值。     

大跨径钢桥UHPC-TPO超薄铺装新体系力学 计算与分析

为了研究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)-聚合物混凝土薄层铺装(thin polymer overlay,TPO)超薄铺装体系在不同的车辆轴载、水平力大小、TPO铺装层厚度、荷载位置下的力学性能,采用正交试验设计进行有限元计算.研究表明:随着轴载增大,UHPC最大拉应力、TPO最大拉应力、UHPC与TPO层间最大剪应力均显著增大;水平力大小对UHPC-TPO层间最大剪应力影响显著;增大TPO厚度对结构受力有利;考虑超载230%且紧急制动的不利工况,UHPC最大拉应力和TPO最大拉应力均小于各自的开裂强度、UHPC与TPO层间最大剪应力远小于界面抗剪强度.     

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用

介绍了波形钢腹板预应力混凝土（PC）组合箱梁桥中波形钢腹板的设计方法,给出了中国在建和已建的该类桥梁结构中波形钢腹板的抗剪屈曲界限图,总结了中国在这种桥梁中所使用的几种抗剪连接件形式,并介绍了2种新型的抗剪连接件及2007年以来中国在建的4座波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构及其特点,为今后这种结构的桥梁建设提供了有益的参考。     

冷弯薄壁型钢复合墙板抗压性能分析

本文采用有限单元法对七层冷弯薄壁型钢住宅底层复合墙板的抗压性能进行分析,同时考虑几何非线性和材料非线性对墙体承载力的影响.墙板采用塑性壳单元、焊接连接采用耦合处理,并对复合墙板进行模拟分析,可为实际工程应用提供理论依据.     

压型钢板对组合板抗冲切承载力的影响

目的 研究压型钢板和混凝土粘结成整体共同受力时。对抗冲切承载能力的影响．方法 在理论分析的基础上，综合考虑各种因素并根据试验数据，进行对比分析．结果 组合楼板中钢板与混凝土之间的联系主要依靠压型钢板的纵向波槽及压痕等．压型钢板肋部的形状参数以及压型钢板波高等型号参数对抗冲切承载力具有一定影响．结论 通过对压型钢板和混凝土粘结成整体共同受力时的抗冲切承载能力研究，给出了压型钢板型号对抗冲切承载力设计值的影响。压型钢板型号对组合板的抗冲切承载力影响，可按给出的折减系数公式计算并可作为实际工程设计时的参考。