1年持续载荷下GFRP-混凝土组合梁长期性能试验

玻璃纤维增强树脂(GFRP)-混凝土组合梁由上部混凝土板和下部GFRP型材以及连接二者的抗剪连接件组成。开展了2根GFRP-混凝土组合梁(非预应力及施加体外预应力组合梁各1根)在1年持续载荷下行为的试验研究。考虑混凝土收缩徐变及GFRP型材蠕变耦合的影响,开展了50年的24根GFRP-混凝土组合梁时随有限元参数分析。结果表明:在1年持续载荷下,非预应力与施加体外预应力组合梁长期挠度分别为其初始挠度的1.42倍及2.91倍;非预应力与预应力组合梁中连接件的长期滑移分别为0.230 mm及0.164 mm,相比初始滑移2种组合梁的最终滑移分别增加了53.3%和58.2%;50年后,非预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在1.50~1.56之间;而施加体外预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在3.03~6.08之间。基于以上研究提出了GFRP-混凝土组合梁长期挠度的计算建议。      

体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的承载力分析

对体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的弹性阶段和极限状态进行了受力分析,考虑了预应力以及预应力筋内力增量对连续组合梁弯矩分布的影响。以力法原理为基础,分别建立了预应力加固连续组合梁在对称集中荷载作用下负弯矩区和正弯矩区屈服荷载以及极限荷载的计算公式,计算结果与两根试验梁的试验结果吻合较好。计算公式可供设计参考。     

预应力组合梁抗震性能试验研究

回顾总结了预应力组合梁研究与应用的发展历史。基于低周反复荷载试验,对预应力组合梁的抗震性能进行了研究。试验结果表明,预应力组合梁抗震性能良好。     

预应力钢-竹组合梁受弯挠度计算方法与试验研究

为分析预应力钢-竹组合梁的受弯挠度,以加载方式、张弦位置、预应力度为变量,对12根组合梁试件进行了设计与试验研究。在此基础上,假定梁变形分布符合正弦半波曲线,并考虑梁加载过程中几何关系变化与预应力反拱的影响,采用弹性理论建立了组合梁中预应力筋应力增量的计算方法,推导得出一点或两点加载、一点或两点张弦时,组合梁受弯挠度计算的统一公式。试验与理论计算结果的对比表明：该文提出的挠度计算方法可较好的预测组合梁在正常使用阶段的挠度;随着预应力度的增加,组合梁的等效抗弯刚度不断提高,且两点张弦时可获得更高的等效抗弯刚度。此外,对于初始预应力为零的试件,需采用可靠预紧措施,以保证体外预应力筋能够有效发挥作用。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。     

考虑结合面影响的组合梁非线性预应力模态分析

为了研究结合面非线性特性对机械结构动态性能的影响,利用有限元分析软件,以组合梁结合面为研究对象,首先进行了考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明了结合面非线性特性对组合梁各阶弯曲振动固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究了结合面法向载荷和摩擦系数对组合梁振动特性的影响。研究表明：结合面的法向载荷和摩擦系数都会使组合梁的固有频率降低,其中摩擦系数占主导地位。摩擦系数对组合梁低阶固有频率影响较小,高阶时影响较大。最后进行了模态试验验证,实验表明：模态试验所得组合梁弯曲振型与非线性预应力模态分析法所得振型相吻合,且二者所得固有频率之间的误差在接受范围之内,从而证明了非线性预应力模态分析的可行性。     

预应力混凝土组合梁界面粘结的试验研究

新老混凝土界面之间能够很好地传递界面间剪力,是人们普遍关心的一个问题。为研究在预应力作用下新老混凝土界面之间的力学性能,该文进行了施加预应力后新老混凝土组合梁在静载作用下界面间粘结性能的试验研究,试验梁变化的参数为箍筋间距。试验结果表明:新老混凝土组合梁在预应力作用下,粘结面无明显滑移,在静载作用下,荷载达到极限荷载的72%时,剪跨区局部发生粘结破坏,界面间滑移较明显。在Girrhammar给出的组合梁微分方程的基础上,考虑粘结面滑移、箍筋直径和间距,建立了新老混凝土组合梁界面应力、应变及滑移的计算方法。计算结果表明:该文建立的考虑滑移的新老混凝土组合梁界面分析方法与试验值吻合良好,计算结果可靠。     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁塑性铰及内力重分布试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁进行了试验对比研究。研究的重点为腹板开洞连续组合梁的塑性铰特性及内力重分布现象。试验结果表明:腹板开洞降低了连续组合梁的刚度和承载能力,洞口区域不再符合平截面假定。5根腹板开洞连续组合梁的破坏过程均为在洞口处形成剪力铰并最终形成破坏机构从而丧失承载能力。与腹板无洞连续组合梁相比,腹板开洞连续组合梁在按弹性计算时就已经存在“调幅”现象。另外,试验表明连续组合梁开洞后不仅存在弯矩重分布而且在带洞跨还存在混凝土板和钢梁之间的剪力重分布现象。     

体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度分析

体外预应力钢-混凝土组合梁同时具有预应力钢结构、预应力混凝土结构和非预应力组合梁的特点,这使得影响其长期挠度的因素众多。该文作者推得了综合考虑混凝土板中非预应力纵向钢筋、混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛等因素影响的体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度计算模型,并已得到试验结果验证。在此基础上,通过张拉龄期、初始有效预拉力、非预应力纵向钢筋配筋率、混凝土板宽度、钢梁高度、环境年平均相对湿度、混凝土强度等级以及预应力筋种类等因素的不同取值,分析各因素对体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度的影响规律及程度。结果表明:施加体外预应力可以大大减小组合梁附加挠度,当体外预应力抵消全部恒载产生的挠度时,终极跨中附加挠度可以降低28.9%;而且初始有效预拉力值越大,组合梁终极跨中附加挠度越小。该研究成果可为体外预应力钢-混凝土组合梁的设计和挠度控制提供技术依据和参考。     

预应力组合箱梁抗弯能力计算分析

预应力钢-混凝土组合梁作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用,准确计算其抗弯承载能力是工程上最为基本也是最重要的要求。该文以弹性分析理论为基础,推导了考虑交界面相对滑移和预应力增量的预应力组合梁弹性承载能力和挠度计算公式;以完全协同作用和平截面假定为前提,采用简化的塑性理论,推导了考虑预应力增量的极限抗弯承载能力计算公式。公式能够反映预应力组合梁的受力特点,计算结果与试验值吻合良好,满足工程精度。     

连续组合梁桥裂缝发展规律分析及裂缝宽度计算

为研究组合梁在负弯矩作用下的混凝土开裂机理及裂缝发展规律,以提出更好地适用于钢-混凝土组合梁桥的裂缝宽度计算公式,对3根反向加载的钢-混凝土简支组合梁和3根2跨连续组合梁进行了静载试验。试验表明,混凝土板中横向钢筋间距对组合梁的裂缝间距具有较大影响。根据试验结果并结合其它的研究成果,将横向钢筋间距和配筋力比作为主要影响...     

组合梁疲劳后的刚度退化规律及计算模型

为了研究钢-混凝土组合梁在疲劳荷载作用下刚度的退化规律,设计并制作了6根栓钉试验梁进行了静力和疲劳试验。该研究对比了不同疲劳加载次数后试件的破坏形态,重点分析了组合梁在疲劳加载过程中荷载-挠度曲线、残余挠度以及相对滑移量的变化情况;将疲劳试验过程中每根试验梁的刚度退化与残余挠度、相对滑移增长之间作了相关性分析,探讨组合梁刚度退化的实质原因;基于刚度退化函数,通过试验数据拟合,建立了用于计算钢-混凝土组合梁刚度退化计算模型。结果表明:在疲劳荷载作用下,组合梁刚度会发生不可逆的退化,刚度退化实际上是材料疲劳损伤和抗剪连接程度退化的宏观表现;随疲劳循环次数增加,组合梁刚度退化规律呈现明显的"S"型单调递减趋势;该研究建立的组合梁刚度退化规律模型,计算值与试验值吻合良好,具有一定的适用性。该研究成果为组合梁疲劳荷载作用后刚度退化模型的建立提供了一种思路和方法。     

钢-预应力混凝土组合梁滑移规律分析及连接件局部加强设计

为了对预加力阶段组合梁剪力连接件的局部加强设计提供理论依据,采用能量变分法,考虑翼板剪力滞效应和钢梁与混凝土板之间相对滑移的影响,推导了钢-混凝土预应力组合梁在预加轴力作用下荷载效应的解析解,计算结果与试验结果吻合较好,并在解析解基础上分析了预加轴力作用下组合梁结合面的相对滑移规律.分析表明:组合梁在预应力锚固区的界面...     

部分剪力连接钢──混凝土组合梁受弯极限承载力的计算

钢─混凝土组合梁在受弯承载力和变形许可的条件下采用部分剪力连接对于方便施工和降低造价等都是有利的。部分剪力连接对组合梁的受弯极限承载力和变形均有影响。本文通过对4根部分剪刀连接组合梁的试验研究和对国内外8根部分剪力连接组合梁受弯极限承载力的分析,建立了考虑剪力连接程度影响的组合梁受弯极限承载力计算公式。结果表明,按照本文公式得到的计算值与实测值吻合良好。     

新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。     

钢箱-混凝土组合梁正截面强度 设计理论与试验研究

基于钢箱-混凝土组合梁的基本特性,提出了正截面强度设计理论,并分析梁宽厚比、混凝土套箍效应对正截面强度的影响,提出了该类组合截面的合理尺寸选择原则,分析表明钢箱-混凝土组合梁较空箱的承载力有明显提高,其受力性能明显改善。同时进行3根大比例钢箱-混凝土组合梁的模型试验研究,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,极限承载力提高显著。钢箱-混凝土组合梁通过进一步的试验与理论研究有广泛的应用前景。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。     

钢-混凝土连续组合梁滑移与挠度耦合分析

钢-混凝土连续组合梁界面滑移在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。为定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响,对11根钢-混凝土连续组合梁进行了静力试验,描述了连续组合梁的滑移和挠度分布规律,建立了不同边界条件和不同荷载作用下的简支组合梁滑移挠度联合微分方程组,利用叠加法建立了钢-混凝土连续组合梁滑移和挠度的解析解计算公式。利用解析公式对17根连续组合梁试件进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。计算结果表明,剪力连接程度对挠度有一定影响,当剪力连接度达到完全连接后,增大剪力连接度对挠度影响很小;当剪力连接度在0.6~1.0范围内时,界面滑移引起的挠度增量小于5%;同时,随连续组合梁剪力连接度的降低,连续组合梁界面滑移逐渐趋近于无剪力连接的叠合板滑移值。     

加筋木-混凝土组合梁承载力计算及尺寸设计方法

基于加筋木-混凝土组合梁受力特点,建立了加筋木-混凝土组合梁极限抗弯承载力计算模型,提出了组合梁极限抗弯承载力公式。为验证公式的正确性,设计并制作了四根加筋程度不同的木-混凝土组合梁构件。加载试验结果表明:理论推导公式与试验结果吻合较好,适用于加筋木-混凝土组合梁的极限抗弯承载力计算。同时结合极限抗弯承载力计算模型,提出了加筋木-混凝土组合梁尺寸设计方法,为木-混凝土组合梁的设计提供了参考。     

火灾环境下钢-混凝土组合梁力学性能试验研究

该文为研究组合梁桥在火灾环境下的基本力学性能与特征,制作具有代表性的3根缩尺梁模型:简支T形梁、简支箱形梁及连续箱形梁,利用火灾试验炉进行局部三面受火试验,并给出详细的试验方法。在试验过程中,分别观察组合梁常温下及火灾高温后的结构行为,量测火灾高温下组合梁的温度场,分析了结构的变形特点。通过对试验数据的深入分析与研究,可以发现火灾下钢-混凝土组合梁中钢梁为主要升温构件,且升温速度快,温度分布不均匀;混凝土顶板具有一定的吸热作用,但不应忽略其对钢梁升温及温度分布的影响;从实测变形看,钢-混凝土组合连续梁体系的抗火性能要优于简支梁体系。研究成果可以为组合梁桥防火灾设计与分析提供试验依据与理论参考。