钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计

为进一步验证抗拔不抗剪连接件对组合梁桥负弯矩区抗裂的效果,并研究采用该连接件时负弯矩截面的设计方法,利用考虑滑移效应的组合梁负弯矩区受力模型,推导了采用抗拔不抗剪连接时组合梁负弯矩截面承载力的计算模型,计算结果与有限元分析结果吻合良好.通过理论推导,进一步证明了抗拔不抗剪连接件对负弯矩截面承载力的折减不大,且能有效延缓...     

抗拔不抗剪连接新技术及其应用

负弯矩区混凝土板的抗裂难题一直以来制约着钢-混凝土组合结构体系的发展。该文针对这一难题,从组合结构的基本原理出发,提出抗拔不抗剪连接新技术,并研发相应的连接件构造形式,包括滑动式、T型和螺杆式。其中,螺杆式连接件构造简单、施工方便,建议在工程中优先采用。节段模型试验结果表明,抗拔不抗剪新型连接件在几乎不削弱负弯矩区组合梁整体刚度和极限承载力的同时,可显著提高负弯矩区混凝土板的抗裂性能。连接件性能试验还深入揭示了抗拔不抗剪连接件的滑移和抗拔机理。抗拔不抗剪连接新技术已成功应用于组合结构实际工程,解决其抗裂设计难题。抗拔不抗剪理念还可推广应用于提高桥梁上部结构的抗倾覆能力,为改善和加强结构整体牢固性提供新的思路。     

抗拔不抗剪栓钉连接件抗拔性能试验研究

钢-混凝土组合梁是组合结构中最常见的构件形式,而栓钉连接件是混凝土与钢梁发挥组合作用的关键,也是组合梁研究的重点。随着组合梁的广泛应用,改善其负弯矩下受力状态成为推动组合梁进一步发展的关键。针对可用于改善组合梁负弯矩区受力性能的抗拔不抗剪栓钉,本文进行了7组不同参数的抗拔不抗剪栓钉试件的拉拔试验,获得了混凝土锥体冲切破坏和栓钉径缩拉断两种破坏形态。根据试验结果,对抗拔不抗剪栓钉抗拔性能与栓钉尺寸的关系进行分析,提出了抗拔承载力的设计公式及构造要求。研究表明,抗拔不抗剪栓钉具有良好的抗拔性能,栓钉尺寸是影响其抗拔性能的主要因素。     

钢-混凝土组合梁截面组合抗剪性能的试验研究

对4根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部采用简支,跨中两点对称单调静力加载,考虑抗剪连接程度及正负弯矩的影响。试验结果表明,组合梁负弯矩区的界面滑移规律与正弯矩区的不同,其大小对组合梁的抗剪承载能力影响较小。不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守。按叠加法建立了计算组合梁抗剪承载能力的计算式,计算值与实测值吻合良好。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

抗拔不抗剪连接件在钢-混凝土组合框架结构中的应用

抗拔不抗剪连接件能有效地释放混凝土板与钢梁之间的组合作用,降低负弯矩区混凝土板的拉应力,在桥梁结构中得到了广泛的应用。为研究该类连接件在建筑结构中的适用性,以一典型组合框架结构为例,在梁端负弯矩区附近采用抗拔不抗剪连接件取代普通剪力连接件,基于组合结构体系非线性分析程序COMPONA-MARC对结构进行了活载下的舒适度分析、静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对比了采用不同连接件的结构的自振频率、挠度、层间位移、开裂情况、出铰情况等指标。分析结果表明,在梁端采用抗拔不抗剪连接件后,结构的舒适度基本不受影响,梁端楼面板内钢筋的拉应力明显降低。同时,由于梁端局部释放了组合作用,降低了结构的整体刚度,结构的抗震性能与传统结构相比有一定的提升,并且由于混凝土板的开裂得到了有效地控制,结构在大震后的可修复性能大大提高。     

可拆卸钢-混凝土组合梁抗剪连接件的受力性能研究

为了促进全生命周期可拆卸钢结构和钢-混凝土组合结构的发展,完善相关受力性能评价方法和结构设计方法,针对新型可拆卸钢-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理和力学性能进行了试验研究。试件设计考虑不同的连接件(螺栓)直径(M20、M24)和材料强度(C50、C60混凝土),通过标准推出试验,分析了破坏模式、荷载-滑移响应、滑移和峰值荷载以及可拆卸性能等。通过将试验结果与中国、欧洲以及美国相关规范中针对组合梁栓钉抗剪连接件和螺栓紧固件抗剪承载力的计算方法进行对比分析,提出了该类新型抗剪连接件的摩擦型抗剪承载力和承压型抗剪承载力计算方法;基于受力机理分析,提出了该类可拆卸组合梁抗剪连接件的力学本构模型,并给出各个参数的确定方法。结果表明,提出的特征承载力和抗剪-滑移本构模型能够很好地描述该类抗剪连接件的力学性能,为在可拆卸钢-混凝土组合梁中的应用提供了理论和技术基础。     

部分结合连续组合梁受力分析

针对连续组合梁桥负弯矩区混凝土受拉容易开裂的问题,提出了部分结合组合梁的新方法,结合某具体工程采用有限元方法,计算了恒载作用下连接件布置在负弯矩区不同区段情况下组合梁各个部位的受力。研究表明:随着连接件布置范围的减小,负弯矩区混凝土应力逐渐减小,钢梁应力逐渐增加,连接件剪力逐渐增加,挠度略微增加,但跨中组合梁各部分构件的受力基本无影响;采用负弯矩区不布置连接件时上表面混凝土应力比负弯矩区全部布置连接件降低了25%,跨中钢梁应力影响能够控制在3%以内变化。另外采用部分结合组合梁在连接程度变化位置发生了应力集中现象,钢梁、混凝土、连接件受力均有增大的现象。     

抗拔不抗剪连接件在钢-混凝土组合框架结构中的应用

抗拔不抗剪连接件能有效地释放混凝土板与钢梁之间的组合作用,降低负弯矩区混凝土板的拉应力,在桥梁结构中得到了广泛的应用。为研究该类连接件在建筑结构中的适用性,以一典型组合框架结构为例,在梁端负弯矩区附近采用抗拔不抗剪连接件取代普通剪力连接件,基于组合结构体系非线性分析程序COMPONA-MARC对结构进行了活载下的舒适度分析、静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对比了采用不同连接件的结构的自振频率、挠度、层间位移、开裂情况、出铰情况等指标。分析结果表明,在梁端采用抗拔不抗剪连接件后,结构的舒适度基本不受影响,梁端楼面板内钢筋的拉应力明显降低。同时,由于梁端局部释放了组合作用,降低了结构的整体刚度,结构的抗震性能与传统结构相比有一定的提升,并且由于混凝土板的开裂得到了有效地控制,结构在大震后的可修复性能大大提高。     

钢-混凝土组合结构新型双钉头型栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

以钢-混凝土组合梁中普遍采用的栓钉剪力连接件为研究对象,针对普通单钉头栓钉连接件存在根部相对薄弱、抗剪能力较差、连接容易过早失效的缺点,提出了一种新型双钉头型栓钉剪力连接件形式,并进行了推出试验有限元模拟分析,在此基础上讨论了影响新型栓钉连接件抗剪承载力的主要因素,最后结合有关规范公式提出了设计建议。研究表明:新型双钉头型栓钉提高了连接件的抗剪极限承载力(与传统栓钉相比,承载力可提高约10%),减小了钢梁与混凝土板的相对滑移,提高了二者的共同工作能力。下钉头直径是影响新型栓钉连接件抗剪性能的主要因素,工程应用时可取栓钉下钉头直径为其杆身直径的1.2~1.3倍,此时连接件极限承载力较高,抗剪工作性能亦较好。当按照我国现行钢结构规范设计采用新型栓钉连接件的钢-混凝土组合梁时,可对单个栓钉连接件的抗剪承载力计算值乘以1.3增大系数。与采用传统栓钉的组合梁相比,采用新型栓钉的钢-混凝土组合梁初期刚度与前者基本相同,但后期会有约12%~20%的明显提高。由于新型栓钉的滑移较小,使混凝土板和钢梁共同工作效果提高。     

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。     

组合梁剪切连接件优化后滑移的计算

为了减小部分作用组合梁的粘结层滑移,将剪切连接件进行"三角形"重新分布的优化设计,并且推导出优化后滑移的具体表达式。通过数值算例将优化结果与未优化结果进行比较,发现优化后的粘结层滑移明显减小,为实际工程中剪切连接件的布置提供了合理的参考和依据。     

钢-玻璃组合梁平面内受力性能及计算方法研究

目前国内外对钢-玻璃组合梁结构的受力模式及承载力研究不足,对5个钢-玻璃组合梁试件进行了平面内受力性能试验,并基于多线性和线性材料本构模型进行了有限元分析。研究了采用钢化夹层（胶）玻璃腹板和单片钢化玻璃腹板组合梁的剪压破坏模式及纯弯曲破坏模式,两种破坏模式的区别在于纯弯曲破坏始于梁底弯矩最大部位,而剪压破坏在局部受压及剪跨区域发生。采用我国JGJ 102—2003中关于平面内玻璃肋受弯计算公式分析了组合梁承载力,基于塑性铰线方法提出了该类组合梁承载力的理论计算公式。研究结果表明：剪压破坏时钢化夹层（胶）玻璃腹板随着荷载增大而呈现明显的界面孔隙,相比同厚度的单片钢化玻璃腹板,夹层（胶）玻璃腹板能提高组合梁的弯曲变形能力。增加腹板玻璃厚度和胶结强度均可提高组合梁的承载力,且前者的贡献更为明显,对于后者,剪压破坏和纯弯曲破坏分别取决于结构胶的压缩模量和剪切模量。考虑了胶结部分受拉刚度贡献的有效截面系数能更好预测组合梁的纯弯曲破坏承载力,而提出基于塑性铰线机制的计算方法能更好预测组合梁的剪压破坏承载力。     

再生混凝土U型叠合梁抗剪性能

通过3根再生混凝土U型叠合梁和1根再生混凝土整浇梁的抗剪性能对比试验,研究了U型叠合梁和整浇梁的裂缝发展、破坏形式和抗剪承载力.试验结果表明:再生混凝土U型叠合梁的抗剪破坏形式和受力机理与整浇混凝土梁类似,再生混凝土U型叠合梁的抗剪承载力计算可参照整浇梁的抗剪承载力计算方法.     

Behavior of composite beams prestressed with external tendons: Experimental study

The paper deals with the failure mechanisms and behavior of composite steel-concrete beams prestressed with external tendons and subjected to positive bending. Experimental tests were carried out on beams with straight and draped tendons as well as on a non-prestressed beam. Six simply supported beams subjected to a positive static bending moment were tested up to failure. The influence of shear connection flexibility was taken into account and slip was measured along the beam axis. Concurrently, push-out specimens were made and tested to determine shear force vs. slip curves. It was found that at the same eccentricity of tendons (draped or straight without saddle points) the tendon shape has no significant effect on the behavior and ultimate resistance of composite steel-concrete beams. It is also shown that steel-concrete bond cohesion can significantly influence the behavior of the shear connection in composite beams. This influence is comparable with the design shear resistance of a single stud connector.     

钢-混凝土组合梁加宽混凝土旧桥技术中组合横梁界面受力性能研究

在钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中,旧桥混凝土边梁与新加宽的钢-混凝土组合梁间的横向连接采用钢-混凝土组合横梁的形式,这种横梁形式较为新颖,目前相关试验研究尚未有报道。对6个钢-混凝土组合横梁进行试验研究,通过采用目前已有的新老混凝土植筋界面承载力计算方法对试验结果进行对比计算。研究结果表明:组合横梁界面的破坏模式为新老混凝土界面破坏,钢-混凝土界面没有任何破坏特征;新老混凝土界面黏结破坏以前,新老混凝土之间几乎没有滑移,整体性很强;新老混凝土界面黏结破坏以后,界面剪力主要由植筋承担,试件延性良好。针对钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中组合横梁的破坏模式,采用合理的材料本构关系,提出三阶段界面受力模型,理论方法计算结果与试验值吻合良好。通过理论分析确定界面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土强度,界面粗糙程度和摩擦系数共同确定,界面正应力的存在有利于极限抗剪强度的提高;新老混凝土界面的残余抗剪强度主要由界面植筋提供,植筋率和植筋屈服强度是主要影响因素。最后,提出适用于实际工程的设计方法。     

滑移效应对钢-混凝土组合梁弯曲强度的影响及其计算

在采用栓钉等柔性抗剪连接件的钢-混凝土组合梁的交界面上存在相对滑移变形,它不仅使梁的挠度增大,而且还使组合梁截面的弹性抗弯强度减小,现行换算截面法尚未考虑这一不利影响.本文通过滑移效应对组合梁抗弯强度影响的试验和分析,建立了考虑滑移效应的弹性和极限抗弯强度计算公式.结果表明,考虑滑移效应的弹性弯矩计算值与实测值吻合较好.考虑强度极限状态时钢梁部分截面进入强化阶段的有利影响,滑移对极限抗弯强度的影响可以忽略不计,对于完全剪力连接和横向配筋率不小于0.6%的组合梁,按照简化塑性理论的等效矩形应力模型得到的极限抗弯强度计算值与实测值吻合良好.     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

梁纵向钢筋的滑移及其引起的梁端位移

在地震作用下，钢筋混凝土框架梁纵向钢筋的粘结滑移，加剧了结构的变形，因而对滑移及其引起的变形的研究成为弯折钢筋锚固设计的关键。文章通过对足尺框架边节点试件梁纵向钢筋滑移的量测，发现滑移随梁端位移的增加而突增，因纵筋直径的增加而增加，且反复荷载作用下较重复荷载作用滑移值大。通过对因滑移引起的梁端位移的分析计算认为，随着钢筋直径的增加，因滑移引起的位移及与总位移的比值越来越大；随μ值的增加，滑移引起的位移增加，但与总位移的比值不再继续增加。