单箱单室波形钢腹板组合箱梁的扭转效应分析

依据乌氏第二理论,推导出波形钢腹板组合箱梁的扭转控制微分方程,采用初参数法,求解了两个截面的翘曲应力,研究表明,波形钢腹板按正交异性板考虑计算出跨中混凝土底板扭转翘曲正应力与弯曲正应力比值达33%,1/4跨波形钢腹板扭转翘曲剪应力与弯曲剪应力比值达47%。     

单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变分析及试验研究

为研究单箱三室波形钢腹板箱梁悬臂状态下的扭转与畸变性能,以乌曼斯基第二理论和箱梁理论为基础,考虑了波形钢腹板的褶皱效应对箱梁纵向刚度的影响,推导了单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变微分方程,并采用初参数法及弹性地基梁比拟法求解了约束扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力计算式。通过1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁进行了偏载和对称加载试验,验证了扭转与畸变翘曲应力计算公式的正确性。最后,利用推导的理论模型,分析了梁高、箱室宽度及波形钢腹板厚度等参数对偏载作用下单箱三室波形钢腹板组合箱梁截面翘曲应力的影响。研究结果表明：提出的理论计算公式可用于准确计算单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变效应;悬臂梁翘曲正应力主要由畸变变形引起,而约束扭转主要产生翘曲剪应力,且悬臂梁扭转和畸变产生的翘曲正应力值和剪应力值与弯曲正应力和剪应力的比值较大,因此,单箱三室波形钢腹板悬臂状态下扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力不可忽略;梁高和箱室宽度对单箱三室波形钢腹板的翘曲应力影响较为显著,波形钢腹板厚度对其几乎没影响。     

波形钢腹板箱梁的抗扭性能分析

本文根据箱形梁理论,并结合波形钢腹板箱梁的力学特性,通过算例分析了波形钢腹板箱梁在偏心荷载下的约束扭转应力和畸变翘曲正应力。分析结果表明:在偏载下,扭转约束剪应力和畸变翘曲正应力都不可忽略,且畸变对翘曲正应力的影响明显大于约束扭转;在集中扭矩下,波形钢腹板曲线箱梁的弯扭耦合作用明显;波形钢腹板箱梁的畸变翘曲刚度和横向框架刚度相对普通混凝土箱梁都较低,波形钢腹板箱梁畸变翘曲正应力大于普通混凝土箱梁畸变翘曲正应力。     

波形钢腹板PC连续组合梁剪力滞效应研究

波形钢腹板不能抵抗轴向力作用,波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应与PC箱梁不同。依托一箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立了有限元模型,分析了荷载作用下混凝土顶底板的剪力滞效应。结果表明,波形钢腹板PC组合箱梁顶、底板均具有正剪力滞效应,顶板剪力滞更为明显;在支点具有横隔梁构造的情况下,箱梁跨中截面剪力滞较大,在设计时需要给予注意。     

波形钢腹板数量对组合箱梁抗扭性能的影响研究

为了研究波形钢腹板的数量对波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响,首先以波形钢腹板的数量为唯一变量,依据《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》(DB41/T 643-2010)建立波形钢腹板组合箱梁桥对比模型,对箱梁的抗扭性能进行理论分析,然后以卫河大桥为工程背景,建立实桥模型,对比研究实桥结构单箱单室箱梁与单箱三室箱梁的抗扭性能。理论模型分析中,随着波形钢腹板数量的增加,波形钢腹板组合箱梁的扭转正应力和扭转挠度均有一定程度的下降;实桥的扭转分析显示,偏心汽车荷载作用下,波形钢腹板连续箱梁桥的扭转正应力下降约25%,而扭转挠度下降不太明显。综合以上分析,增加波形钢腹板的数量可以在一定程度上提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能。     

静载作用下单箱八室波形钢腹板PC箱梁桥腹板剪力分配规律研究

波纹钢腹板PC组合箱梁桥在国内外应用广泛,但针对大跨径、复杂截面工程的实际力学性能,仍需要进一步深入研究。为探究对称（偏心）荷载作用下波形钢腹板PC箱梁桥多道波形腹板间剪力分配规律,判断个别腹板可能出现的极端受力状态,针对郑州市某工程单箱八室变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥进行实桥试验研究,并建立实桥有限元模型,通过静载试验现场实测数据,得出其不同腹板间的剪应力分配规律,并与有限元计算分析结果相互验证。研究结果可为工程设计中明确不同状况下腹板配置差异和消除工程隐患提供参考。     

大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板设置

为得到大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板合理设置的设计分析方法,对1座实桥进行了三维空间有限元分析。通过有限元参数分析,研究了大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥在汽车荷载作用下横隔板的布置形式、隔板厚度及横隔板间距对其跨中截面翘曲正应力和翘曲刚度的影响规律,得出了大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板设置的改进经验计算方法。结果表明,经验公式的计算结果与实际设计结果基本一致,可为同类桥梁横隔板间距的设置提供参考。     

波形钢腹板-混凝土组合桥梁研究的新进展

阐述了波形钢腹板PC箱梁桥的结构特点,概括了国内外在波形钢腹板箱梁偏载作用下力学性能研究、箱梁弯曲承载能力研究、钢腹板与顶底板混凝土连接形式研究、波形钢腹板稳定性研究及体外预应力筋的参数分析等方面的研究现状.给出了部分国内外此类桥梁一览表,归纳了波形钢腹板混凝土组合桥梁的最新桥型发展趋势,最后指出了波形钢腹板-混凝土组合桥梁需进一步深入研究的方向.     

某大跨波形钢腹板PC箱梁桥活载空间效应研究

通过Abaqus软件建立某大跨波形钢腹板PC箱梁桥的三维空间有限元模型,采用自编的用户子程序,对其在汽车活载作用下的空间效应进行研究,得到其顶、底板正应力,腹板剪应力的全桥偏载系数、设计效应,有关计算方法及研究结果可供设计人员参考。     

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。     

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。     

Shear behavior of partially encased composite I-girder with corrugated steel web: Experimental study

A new type of partially encased composite I-girder with corrugated steel web has been proposed to improve the structural performance of continuous girders under hogging moment. The shear behavior of such partially encased composite I-girders under anti-symmetric loading has been experimentally and analytically investigated. Experimental results show that the partially encased composite girders has superior shear strength compared to steel I-girders, since shear bucking of steel web is restricted by concrete encasement. The shear stiffness of the composite section is based on the total summation of corrugated web and concrete encasement with average thickness before cracking, and the ratio of shear resistance shared by the steel web and the concrete encasement depends on their shear stiffness. In addition, predicted shear strength of the partially encased composite girder with corrugated web is proposed according to the experimental failure mode and strain distribution. The analytical shear stiffness and shear resistance ratio at the elastic stage are verified by experimental results. And the calculated shear strength for steel and composite girders agree well with the experimental results. The comparison shows that the proposed analytical methods can be applied in predicting elastic shear stiffness and design shear strength for such partially encased composite girders with corrugated web.     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

预应力混凝土钢肋叠合板受弯性能试验与理论研究

预应力混凝土钢肋叠合板（PCCSSR）是一种抗弯刚度大、承载力高、加工方便的叠合楼板。PCCSSR的预制部分由预应力混凝土底板、钢腹板及混凝土上翼缘板组成。施工中首先将其预制部分作为浇筑叠合层的混凝土模板,承担施工阶段荷载,待叠合层达到强度后再整体受力。对7块足尺PCCSSR试件进行受弯试验,测得了板的荷载-挠度曲线、极限荷载、破坏模态、应变分布等。试验结果表明：PCCSSR的破坏形态为弯曲破坏,其受弯性能完全满足施工阶段要求,且具有较好的延性;与直线形钢腹板相比,波纹钢腹板具有更好的抗剪能力以及平面外刚度,可明显增大PCCSSR的抗弯刚度,使PCCSSR的整体受力性能更为优越。同时,对PCCSSR的抗裂性能、抗弯刚度和承载力进行了理论分析,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

波形钢腹板PC组合结构在桥梁中的应用

首先描述了波形钢腹板PC组合箱梁的发展及在我国的研究实践进展,然后具体阐述了波形钢腹板这种新型结构组合桥梁在东莞市麻涌水道大桥的应用分析,通过钢腹板的安装、连接及预应力体系控制,表明了该种组合式受力使桥梁抗屈曲及腹板抗剪能力得以有效提升,切实解决了传统箱梁腹板开裂的通病.     

波形钢腹板箱梁嵌入式结合部的应力分布

针对波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥嵌入式结合部应力分布问题,以宁波市百丈东路甬新河桥为背景,应用三维有限元方法进行应力分析。通过有限元计算模型,分析了不同荷载条件下结合部的应力分布特性,讨论了嵌入式结合部钢腹板纵向约束对应力分布的影响。理论计算结果表明,波形钢腹板混凝土箱梁的结合部应力比较小;弯矩作用下结合部应力主要是由截面的弯曲应力产生,应力集中不明显;剪力作用下在钢腹板插入口附近有应力集中现象,易发生混凝土开裂、钢板疲劳损失;采用钢板作为纵向约束措施对改善结合部的应力集中有一定效果。     

波形钢腹板PC组合箱梁的剪滞效应特性分析

由于波形钢腹板相对于混凝土腹板的独特优点,在国外得到比较广泛的应用,在我国已建成两座波形钢腹板箱梁桥。就波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行分析,并与混凝土箱梁作比较,说明两者在腹板与顶板、底板连接处剪力滞效应的区别。还对泼河大桥桥跨结构作剪力滞效应的分析。     

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.     

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。     

考虑腹板剪切变形及滑移的波形钢腹板梁理论模型

在采用栓钉等柔性剪力连接件的波形钢腹板组合梁中,由于波形钢腹板较大的剪切变形及双界面剪切滑移,平截面假定不再适用。为此,通过将波形钢腹板梁的弯曲分解为顶底板整体满足平截面假定的主弯曲和顶底板各自满足平截面假定的次弯曲,引入波形钢腹板的剪切变形协调条件和界面剪切滑移关系,推导了考虑波形钢腹板剪切变形及界面滑移的波形钢腹板梁弹性弯曲微分方程,利用给出的横隔板对次弯曲和滑移的约束边界条件,求得了简支波形钢腹板梁在不同荷载作用下的解析解,并采用有限元分析予以验证。在此基础上,分析了横隔板及滑移对梁体弯曲性能的影响。结果表明：横隔板约束对梁体变形影响很小,但会使其附近梁段顶底板出现应力集中;当界面剪切刚度系数大于0.9时,在高跨比1/20~1/10范围内,考虑滑移与不考虑滑移梁跨中挠度比小于1.05;界面剪切刚度系数越小,横隔板附近梁段顶底板应力集中越严重。