变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明：解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。     

波形钢腹板箱梁的抗剪性能研究

波形钢腹板组合箱梁的混凝土顶底板承担抗弯,波形钢腹板承担抗剪,能充分利用钢材和混凝土的优点。文章对波形钢腹板的剪应力分布进行了总结,对波形钢腹板的抗剪计算给出了相应的建议;探讨了剪力连接件抗剪性能的影响因素,栓钉连接件和开孔钢板连接件。     

波纹钢腹板连续刚构桥抗震性能研究

根据箱梁截面抗剪能力相等原则,建立了波纹钢腹板连续刚构桥和相应的混凝土腹板连续刚构桥有限元模型,对二者的动力特性和抗震性能进行了对比分析。结果表明:混凝土腹板刚构桥的竖向1阶频率、纵向1阶频率均高于波纹钢腹板刚构桥,横向1阶频率相差不大。无论在横桥向还是纵桥向,梁体质量的减小均使得梁体的地震作用减小。在横向地震作用下,波纹钢腹板刚构桥矮墩的内力、高墩墩顶剪力均小于混凝土腹板刚构桥,而高墩墩顶弯矩、墩底内力均大于后者;在纵向地震作用下,波纹钢腹板刚构桥矮墩及高墩墩顶内力均小于混凝土腹板刚构桥,而高墩墩底的内力大于后者,所以在设计中应对非规则桥型布置方案中的高墩引起足够重视。     

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究

利用微元体平衡方程,推导了适用于变截面波形钢腹板组合梁的剪应力计算公式。通过与实体有限元进行比较,说明了推导的公式具有较好的精度。变截面波形钢腹板悬臂梁算例分析表明,变截面梁的剪应力分布规律与等截面梁有较大差异,由腹板承担的部分剪力转移至底板上,使腹板剪应力大大减小,而底板剪应力则显著增加。上述现象也会给变截面波形钢腹板箱梁的挠度计算带来较大影响,值得引起注意。     

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.     

波形钢腹板简支组合梁桥梁端混凝土附加应力

波形钢腹板简支组合梁桥腹板剪切刚度小,梁端区段腹板剪切变形受到端横梁的约束,混凝土顶底板容易产生附加弯曲应力,基于平截面假定的应力计算方法不再适用。为此,考虑波形钢腹板的剪切变形,基于弹性力学理论推导了在集中荷载和均布荷载作用下梁端区段混凝土顶底板正应力的解析解。结果表明：简支组合梁桥混凝土桥面板附加应力在梁端为峰值,且随着梁端距离的增大应力值逐渐减小至0,长度约为梁高的0.6倍,此范围内平截面假定不再适用;附加应力竖向分布呈现混凝土顶底板上缘受拉、下缘受压,中性轴为0的规律;梁端附加拉应力最大值发生在梁端混凝土顶、底板的上表面,设计中应对梁端混凝土顶底板上表面采取相应的抗裂措施。     

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。     

钢底板波形钢腹板组合箱梁桥剪滞效应分析

研究对象采用中川机场在建钢底板波形钢腹板组合箱梁桥,并将钢底板等效为混凝土底板,探讨了荷载作用对钢底板波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应的影响。分别对箱梁顶板、悬臂板和底板取纵向位移差函数,箱梁纵向位移差函数设为三次抛物线。运用能量变分法推导出了顶、底板剪力滞效应的体系总势能。利用最小势能原理得出了简支梁在弯曲荷载作用下的微分方程,进一步得出了集中荷载下简支箱梁位移及截面应力解。建立了实际桥梁精细化有限元模型,进行了加载试验验证。讨论了该桥跨中截面顶底板纵向正应力、剪力滞系数的变化规律。结果显示,跨中截面位移及其顶底板应力分布三者结果吻合良好。通过有限元分析和模型试验验证本文方法的正确性,为钢底板波形钢腹板剪力滞效应分析提供有效方法。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁腹板剪力分配理论

提出了一种利用剪力分配系数来计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁在横向对称竖向荷载作用下腹板剪应力的方法.首先基于波形钢腹板不抵抗轴力的特点和箱梁平截面假定,用微元体平衡方程和变形协调条件建立了单箱多室截面波形钢腹板箱梁腹板剪力流的计算方程,然后基于该方程提出了腹板剪力分配系数的计算方法.以深圳南山大桥、郑州朝阳沟特大桥、河...     

单箱八室波纹钢腹板PC箱梁桥预应力致腹板剪应力实测研究

针对郑州市某工程单箱八室变截面波纹钢腹板PC组合箱梁桥进行实桥试验研究,建立实桥有限元模型,通过体内、体外预应力张拉阶段试验现场实测数据,得出其不同腹板间的剪应力分配规律,并与有限元分析结果相互验证,指出对于单箱多室波纹钢腹板箱梁桥,在设计时应考虑各腹板剪力分配不均匀的情况,可采取一定措施,使得波纹钢腹板剪应力分布更加均匀合理,为后续类似工程设计提供参考。     

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。     

考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析

在波形钢腹板组合箱梁中,剪力主要由波形钢腹板承担。由于波形钢腹板的抗剪刚度比混凝土腹板有较大程度的降低,波形钢腹板会产生较大的竖向剪切变形。为此,基于能量变分法建立了考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析方法。通过试验对该理论分析方法进行验证,并基于该理论分析方法研究波形钢腹板剪切变形对剪力滞效应的影响。同时,基于该分析方法提出了采用影响线最不利加载方式进行相关规范中规定的汽车荷载作用下的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析。结果表明：考虑腹板剪切变形的分析方法与试验结果吻合度良好;波形钢腹板的剪切变形有利于减轻三跨连续梁正弯矩区的剪力滞效应,即考虑腹板剪切变形后翼缘有效宽度系数值更接近于1。     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

Seismic performance of corrugated steel plate concrete composite shear walls

In this paper, composite shear walls with different encased steel plates (flat, horizontal corrugated, and vertical corrugated) were tested and simulated by Abaqus to investigate the seismic behavior of corrugated steel plate concrete composite shear walls (SPCSWs). The failure characteristics, deformation and energy dissipation capacity, and stiffness and bearing capacity of the structures under low‐frequency cyclic load were analyzed, and indexes of the seismic performance were obtained. The formulas of the shear‐bearing capacity of steel plate concrete composite shear walls are suggested, and the shear‐sharing ratio of each member is obtained. According to the obtained results, corrugated steel plates can bond with concrete well, and the bearing capacity of the vertical corrugated SPCSW are higher than that of the horizontal corrugated SPCSW. Compared with flat SPCSW, corrugated SPCSW has higher initial stiffness and lateral stiffness, better ductility and energy dissipation ability, and the degradation of bearing capacity and stiffness is slower. The shear‐sharing ratio of a steel plate is larger than that of reinforced concrete in the flat SPCSW and the vertical corrugated SPCSW, the shear force shared by steel plate and reinforced concrete in horizontal corrugated SPCSW is basically the same.     

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。     

波形钢腹板组合箱梁横向温度应力计算分析

波形钢腹板组合箱梁作为一种新型组合结构,由于其结构的特殊性,在日照温差作用下产生的桥面板横向应力需要进行深入研究与分析。论文基本平面外抗弯刚度相等的原则对波形钢腹板组合箱梁的横向框架计算提出了简化计算模型。依据现有的设计规范,计算了箱梁顶板在温度梯度作用下的温度自应力及次应力,并与同类型的混凝土箱梁进行比较,计算结果表明,波形钢腹板组合箱梁对温度梯度的敏感性较低,对于防止箱梁顶板出现纵向裂缝有一定优势。论文的结论可为波形钢腹板组合箱梁横向设计提供参考。     

具有钢翼缘的波形钢腹板的面内刚度计算

针对波形钢腹板与混凝土板的连接形式,通过有限元模拟分析,提出对于具有钢翼缘的波形钢箱梁应考虑其腹板面内刚度的必要性。通过对国外已建34座波形钢腹板箱梁桥的腹板进行统计分析,得出波形钢腹板面内刚度受波形腹板的腹板高度与腹板厚度比值的影响较大的结论,并引入“有效宽度”的概念,提出了能包罗常用波形腹板有效宽度的简单有效的面内刚度计算公式。     

Shear strength and design of trapezoidally corrugated steel webs

Due to the accordion effect, corrugated steel webs are only able to resist shear force. The shear force in the web can cause three different buckling modes: local, global and interactive shear buckling. Although several researchers have been investigating it, the shear buckling behavior of the corrugated webs has not yet been clearly explained, this leads to conservative design. This paper presents the shear strength and design of trapezoidally corrugated steel webs. Firstly, global shear buckling equations are rearranged in order to derive the global shear buckling coefficient. The interactive shear buckling coefficient and the shear buckling parameter for corrugated steel webs are then proposed based on the 1st order interactive buckling equation. The inelastic buckling strength is determined from the buckling curves based on the proposed shear buckling parameter. A series of tests are conducted to verify the proposed design equations. From the test results of this study and those provided by previous researchers, it was found that the proposed shear strengths provide good predictions for the shear strength of the corrugated steel webs.     

波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能试验

通过试验的方法,研究波形钢腹板PC组合箱梁在偏心荷载作用下,挠度、横向位移、刚性扭转角、箱梁截面的翘曲应变、翘曲应力及波形钢腹板的附加剪应力的分布规律,以了解悬臂波形钢腹板PC组合箱梁在扭转作用下的力学性能。研究表明:波形钢腹板翘曲应变很小,可忽略不计;翘曲应力在底板上呈现明显的直线分布规律,且最大值出现在底板的角点处;波形钢腹板上的剪应力分布较均匀,附加剪应力在腹板上的分布也有类似的规律。     

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。