Bending behavior of concrete-encased composite I-girder with corrugated steel web

A partially encased composite I-girder with flat or corrugated web has been proposed to improve the structural performance of continuous composite girder under hogging moment. The flexural behavior of such structure under two points symmetric loading has been experimentally and analytically investigated. Static flexural loading tests showed that the partially encased girder improved bending strength in comparison to steel I-girder, as local bucking of steel flange was restricted by encased concrete. Especially for the corrugated web girder, the ultimate bending strength was improved about 20%, and the ductility also increased about 3 times. In addition, the limitation of width-to-thickness ratios for steel and concrete-encased composite I-girders with corrugated web were suggested to prevent premature failure due to local buckling of compressive flange. Moreover, the analytical methods of flexural strength under service and ultimate state for partially encased composite girder were proposed and verified with experimental results. It was found that the analytical bending strengths agreed well with the experimental ones at both service and ultimate state, which means the proposed analytical equations can be applied in predicting flexural strength accurately for such encased composite girder with flat or corrugated web.     

钢箱梁开口加劲肋设计探讨

结合钢箱梁设计工程实践,利用有限元程序ANSYS7.0对钢箱梁顶板、底板开口加劲肋进行了全面的计算分析,模型采用Shell63单元离散,通过计算给出了开口加劲肋的间距、高度对钢箱直梁桥和钢箱弯梁桥受力性能的影响规律,从而达到加劲肋优化设计的目的,为同类桥梁设计提供参考。     

钢管超高强混凝土柱拟静力试验

以轴压比、含钢率和长径比为参数,进行了11根钢管超高强混凝土柱拟静力试验,分析了试件荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能以及强度和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:随着轴压比增大,极限承载能力和延性降低,试件耗能能力减弱,强度和刚度退化程度增强; 随着含钢率增大,弹性刚度、极限承载力以及延性呈增大趋势,耗能能力增强,强度和刚度退化程度减弱; 随着长径比增大,弹性刚度、极限承载力以及延性都呈减小趋势,整体耗能能力减弱,强度和刚度退化程度增强; 受适用材料范围的限制,目前规程中的抗弯刚度和极限弯矩计算方法并不适用于钢管超高强混凝土结构,计算结果偏差较大,有必要对其进行适当修正,以期适用于该类结构抗弯刚度和极限弯矩计算。     

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明：在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。     

设纵肋钢箱混凝土轴压短柱试验研究

为研究钢箱内填混凝土、含钢率以及钢箱内纵向加劲肋是否开孔等对钢箱混凝土轴压短柱力学性能的影响,进行了3个钢箱混凝土和1个钢箱轴压短柱的模型试验。试验结果表明：钢箱内填混凝土可有效提高试件的轴压刚度和承载力;纵肋可充分参与构件整体受力,其中纵肋开孔试件变形能力更强,延性更好。与设纵肋薄壁钢管混凝土短柱现有试验数据对比表明：随含钢率的提高,混凝土强度提高系数有所增大。建议设纵肋钢箱混凝土轴压短柱承载力可按叠加原理进行计算,其中钢箱截面积可计入纵肋的面积。     

受弯混凝土箱梁翼缘有效宽度试验研究与分析

在大比例长悬臂梯形截面混凝土箱梁模型受弯性能试验研究的基础上,结合混凝土箱梁的特点,通过选用相应的单元类型和材料本构关系,运用ANSYS大型有限元分析程序模拟了试验全过程,模拟结果与试验结果吻合较好;大量参数分析表明：在弹性受力范围内,宽跨比是影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素;在承载力极限状态下,影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素有宽跨比、纵向受拉区钢筋配筋率、钢筋屈服强度以及混凝土抗压强度。分别给出了翼缘有效宽度计算系数在弹性工作状态下和承载力极限状态下的计算公式,为初等梁理论应用于解决混凝土箱梁正截面受弯承载力计算提供了试验和理论依据。     

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。     

开孔钢板加劲的矩形钢管钢纤维高强混凝土柱轴压试验研究

为探明加劲肋类型、开孔钢板（PBL）开孔间距、钢纤维体积掺量、混凝土强度等级等对矩形钢管钢纤维高强混凝土（SFRHC）柱轴压破坏模式的影响规律,对10根柱进行了轴压性能试验,得到了其荷载-压缩变形曲线、位移延性系数、耗能指标和破坏模式。研究结果表明：与PBL加劲试件相比,钢板加劲试件和未加劲试件的位移延性系数分别降低11.9%和10.4%,耗能指标分别降低8.3%和5.6%, PBL加劲肋能有效加强钢管与核心混凝土的组合作用。掺入体积率为0.8%钢纤维的PBL加劲试件,其位移延性系数和耗能指标分别提高12.5%和42.3%,钢纤维体积率为0.8%~1.2%时,试件位移延性系数和耗能指标明显提高。加劲SFRHC柱为肋间管壁局部外鼓破坏,PBL加劲柱的破坏位置均位于PBL开孔处,未加劲SFRHC柱为管壁外鼓破坏,对应钢板屈曲处核心混凝土表现为压碎破坏,钢纤维被整体拔出;加劲SFRHC柱沿高度方向破坏位置明显下移,钢板加劲肋和PBL加劲肋均能有效分担轴向荷载。     

火灾条件下混凝土箱梁梁端预应力衰变规律

针对火灾下混凝土梁桥截面损伤所导致的梁端预应力损失问题,研究了火灾高温传导模式和热传导混合边界条件,设定了预应力混凝土箱梁的火灾场景,给出了混凝土高温强度与刚度的衰减模型和烧损层计算方法;采用热力耦合计算方法和子模型分析方法计算了不同火灾场景中混凝土箱梁梁端区域钢束预应力时程变化曲线;通过工程实例分析了混凝土箱梁梁端截面不同钢束预应力的时变状态,揭示了火灾条件下混凝土箱梁梁端预应力衰变规律;通过曲线的最优与最差拟合及比较分析,提出了混凝土箱梁梁端预应力衰变计算公式。结果表明:处于箱梁梁端腹板上部的钢束预应力变化趋势受梁底部火灾面积的影响,梁底部受火面积较小时,随延火时间的增加逐渐增大,增加趋势平缓,梁底部受火面积增大时,随延火时间的增加平缓衰减;处于箱梁梁端腹板中部的钢束预应力随延火时间的增加始终呈减小趋势,处于腹板下部的钢束预应力随延火时间的增加下降幅度较大,延火至120 min时梁端钢束预应力的衰减终值介于常温下初值的94％~96％;提出的混凝土箱梁梁端预应力衰变计算公式简洁,可为类似预应力混凝土箱梁端部结构的抗火设计提供基础数据。     

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。     

体外CFRP筋预应力混凝土箱梁长期受力性能试验研究

碳纤维（CFRP）筋具有优异的物理力学性能,可用于替代传统的预应力钢筋。制作了体外配置碳纤维筋预应力混凝土箱梁模型,对持续均布荷载作用箱梁的截面应力重分布、长期挠曲变形及裂缝发展等规、律进行了1001d的试验观测。基于素混凝土柱体的实测徐变系数,运用双线性法和曲率法分别对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测。试验结果表明：受压钢筋应变较初值增长225％～268％,受拉钢筋的应变较初值增长36．2～38．6％,混凝土表面压应变较初值增长164％～224％。按现行设计规范计算长期荷载作用特征裂缝宽度较实测值偏小11．8％～55．5％。跨中长期挠曲变形实测值为初始变形的2．32～2．42倍,较现行设计规范取值偏大18．5％。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

不同腔体构造矩形截面钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔体钢管混凝土巨型柱腔体构造措施对其轴压性能的影响,以北京中国尊大厦巨型柱截面长轴两端受力较大的矩形截面腔体为原型,进行了6个不同腔体构造措施1/4缩尺的矩形钢管混凝土柱轴压性能试验。采用竖向重复加载,研究了各试件的破坏过程、荷载 位移曲线、承载力、耗能、刚度退化和应变,分析了腔体内加设竖向加劲肋、水平拉结筋、栓钉、横隔板、钢筋骨架等构造措施对试件轴压性能的影响。提出了不同腔体构造措施矩形截面钢管混凝土柱的承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟损伤形态和分析结果与试验结果符合较好,并分析了不同腔体构造参数对其轴压性能的影响。研究表明：腔体内设置竖向加劲肋,可分担轴力,延缓钢管屈曲,增强对混凝土的约束,提高构件刚度、承载力和延性;竖向加劲肋间设置拉结钢筋,极限荷载后,可增强钢管对混凝土的约束,延缓钢管混凝土柱轴压性能退化;腔体内设置栓钉,极限荷载后,可增强钢管与混凝土共同工作性能,延缓其后期性能退化;腔体内设置横隔板,其与钢管共同工作,可提高对混凝土的空间约束,显著提高柱的承载力,延缓其刚度退化,总耗能能力增强;腔体内设置钢筋骨架,可进一步加强对各钢筋笼内混凝土的约束,延缓柱的极限荷载后的性能退化,提高延性。     

钢结构箱型公路桥梁板块的焊接及变形控制

介绍了钢结构箱型公路桥梁顶板、底板、斜底板等主要单元件加劲肋的焊接和焊接变形的控制方法,对桥梁拱度线形在板块焊接过程中如何进行控制也进行了详细的阐述,为钢结构箱型公路桥梁的制造提供一些参考和经验。     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁受扭性能分析

本文在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序对试验构件进行了全过程分析。分析时考虑了钢纤维高强混凝土的抗拉强度作用,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,能较好地模拟试验构件的受力-变形全过程。其结论也得到其它相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实。在此基础上应用软化桁架模型分析程序对配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件进行了参数分析,提出了相应的开裂扭矩和极限扭矩计算公式,为其工程应用提供依据。     

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明：大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。     

基于效率系数的组合钢桁梁优化设计方法

组合钢桁梁具有桁架结构的受力特征,同时还受节点性能和板桁组合作用的影响,受力机理复杂。传统有限元优化方法无法兼顾杆件和节点,为对组合钢桁梁设计方案进行快速、准确地优化,提出了一种基于效率系数的优化设计方法。在采用杆系有限元模型进行初步分析基础上,根据结构内力分布相似的假定,以杆件和节点承载力效率系数为优化指标对构件进行优化,再将优化方案代入有限元模型进行验证。以矩形钢管混凝土组合桁梁连续梁桥既有通用图集为依托工程,进行设计方案优化。结果表明:组合钢桁梁空间效应等因素产生的弯曲应力可达组合应力的15%～42%,弯矩产生的影响不可忽略,在计算杆件效率系数时应将弯矩和轴力同时考虑在内; 效率系数可直观反映组合钢桁梁构件应力状态,快速定位优化构件,还可依据杆件截面特征将优化方案细分至板件层面; 所提优化设计方法可对组合钢桁梁的节点和杆件进行统筹优化,避免反复进行有限元试算,显著提高优化计算效率。     

大跨度连续钢梁桥主梁设计方案的比选

采用有限元方法,对比分析某大跨度连续钢梁桥主梁分别采用连续钢箱梁和连续组合钢箱梁两种方案时结构受力性能差异。分析结果表明:连续组合钢箱梁方案能够在保证主梁截面竖向抗弯刚度不降低前提下,显著降低中间支点附近梁高,从而节省用钢量并减小主梁承受的横向风荷载,提高钢底板和腹板的稳定性能;且通过合理设计能够使主梁的刚度和受力均趋于合理,但同时负弯矩区采用组合截面后,主梁自重增加、截面中性轴降低、施工速度减慢。     

Static and seismic studies on steel/concrete hybrid towers for multi-span cable-stayed bridges

A new type of hybrid high tower is proposed and applied to a multi-span cable-stayed bridge. This is basically a sandwich type structure and consists of a steel double box section filled with concrete. The filled concrete increases its strength due to the confined effect and the steel plates increase the resistance against local buckling because the deformation is restricted by the filled concrete. Therefore, this hybrid tower is expected to have high bending and compressive strength, and also a good ductile property. First, static analysis is conducted for different live load intensity and distribution because the multi-span cable-stayed bridge is a new structure and its static behavior is not fully understood. The live loads distributed in alternate spans give larger bending moment of the towers than the live loads distributed in full spans. Towers with three different heights are also studied, showing that the higher tower produces smaller displacements and bending moments. Safety of the tower is checked by the limit states design method. Serviceability is not a major problem for the hybrid tower. Second, seismic analysis is carried out for a multi-span cable-stayed bridge subjected to the medium and ultra-strong seismic waves specified in Japanese Seismic Code for Highway Bridges. Three support conditions of the girder at the tower cross beams are compared: movable, connection with linear springs and bi-linear springs. Bi-linear springs are very effective in reducing the dynamic displacements and bending moments of the towers. Restorability of the composite tower is checked when an ultra-strong seismic wave hits the model bridge. This study shows that a new steel/concrete hybrid tower is feasible for multi-span cable-stayed bridges and most effective for seismic forces when the girder is connected with bi-linear springs.     

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变研究进展

有别于传统的混凝土箱梁,波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁是一种较为新颖的桥梁上部结构形式,这种箱梁结构在偏心荷载作用下产生的扭转与畸变效应相对显著。为阐明这种箱梁的扭转与畸变特性及其研究现状,通过对大量文献的调研与实桥调查,系统介绍了箱梁扭转与畸变效应的计算理论（包括抗扭刚度）、扭转承载力、内力增大系数、横隔板的设置等方面的研究进展情况。研究表明,采用Umanski第二理论和弹性地基梁比拟法分别计算这种箱梁的扭转与畸变效应在理论上是可行的,但其工程适用性还需进行进一步检验。另外,我国在扭转承载力研究方面还较为欠缺,而在内力增大系数、横隔板的设置等方面尽管已经取得了一些成果,但还缺乏较为一致的结论。在充分考虑箱梁自身受力特性的基础上,加强波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变的研究,可为完善其设计方法奠定理论基础与提供更有力依据。