钢-混组合梁结合段PBL剪力键受力分析

钢-混组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,其结合段通过PBL剪力键传递受力,是桥梁设计和计算的重点环节。目前对于PBL剪力键的受力计算尚无统一公式,只能在已有的试验基础上对其受力进行有限元分析,探讨PBL剪力键开孔钢板的抗剪承载力和破坏规律等,从而得出相应的荷载-滑移曲线,进而分析试验值、理论公式值和有限元值之间的差异。     

钢管混凝土短柱（剪力键）受剪性能试验研究

通过对方钢管和圆钢管混凝土短柱（剪力键）进行受剪性能试验研究,分析钢管混凝土短柱（剪力键）在单调加载和反复加载条件下的受剪性能,得到方形和圆形截面钢管混凝土短柱（剪力键）无轴力剪切的荷载 位移曲线、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线等。用精细有限元方法,对试验进行了数值模拟,通过合理的材料本构关系、破坏模式,所得有限元计算值与试验结果吻合较好,极限荷载的相对误差在8.84%之内。研究表明：钢管混凝土短柱（剪力键）具有较好的受剪性能,单调荷载作用下,方形截面和圆形截面短柱（剪力键）的相对变形均超过4.0%;循环荷载作用下,圆钢管混凝土短柱（剪力键）的滞回环更饱满、延性系数及耗能能力均优于方钢管混凝土短柱（剪力键）;理论分析方法可靠。     

沉管节段接头剪力键三维数值力学特性研究

基于ANSYS有限元软件,构建沉管节段三维数值模型,在节段接头处定义接触单元,采用只受压的杆单元模拟橡胶支座,并定义其为双折线材料。调节沉管下部土层的弹性模量与泊松比,模拟沉管隧道在不均匀荷载及沉降条件下的纵向弯曲与扭转工况。通过分析节段接头剪力键的应力及剪力分布特征,研究沉管接头剪力键在上述工况下的受力特性。并将数值结果与大比例尺节段接头剪力键模型试验结果相对比。主要结论:两类工况中,竖向剪力键承担了几乎全部的竖向剪力,但对水平方向的抗剪基本不起作用,而水平剪力键在两类工况中都产生了水平剪力;扭转工况中,地层较软一侧竖向剪力键剪力较大;在剪力键端头角点及与节段衔接处局部应力较大。     

混合结构PBL剪力键群承载力试验研究

混合结构中钢混结合段的剪力传递直接取决于剪力键群的承载力。为研究混合结构PBL剪力键(perfobond rib shear connector)群的承载力,进行9组18个多排剪力键的静载试验,分析PBL剪力键群试件加载全过程的滑移分布及负载特征,并从单个剪力键的荷载-滑移分布出发,结合各排剪力键层间滑移的分布规律,通过累加各排剪力键滑移分布对应的荷载,提出剪力键群承载力的计算方法。同时根据对大量测试数据的统计分析,给出PBL剪力键群正常使用极限荷载的指标。试验研究表明:混合结构中单个PBL剪力键的荷载-滑移关系可用Buttry渐进曲线表述;PBL剪力键群各排剪力键的层间滑移服从二次曲线分布;PBL剪力键群正常使用极限荷载可取剪力键群平均滑移量0.2mm所对应的荷载。所提出的计算方法很好地解决了当前PBL群承载力计算上的不足,计算公式与试验结果吻合良好。     

海洋风电轴向低周反复荷载数值仿真探究

针对海上风机基础结构，根据灌浆连接段长度、剪力键及灌浆连接段形状，建立“较短无剪力键”、“较短有剪力键”、“较长有剪力键”、“锥形有剪力键”4组试件模型，区分低速（2kN／s）、高速（6kN／s）两种加载速率，进行了轴向低周反复荷载作用下的数值仿真研究，探究在轴向低周反复荷载作用下的承载能力及变形能力，给出模型在轴向低周反复荷载作用下的荷载一位移曲线及相应的极限承载力和极限变形能力。以期为海上风电电机基础设计提供参考。     

体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿剪切性能研究

为了研究体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿的抗剪性能,对3组足尺单键齿干接缝试件分别在初始1,1.5,2 MPa的正应力作用下进行了直剪试验。同时应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行了仿真,并进一步建模分析键齿尺寸对干接缝键齿强度的影响。试验结果表明,临近键齿根部配置的钢筋能抑制裂缝的发展,进而提高键齿的抗剪承载力,AASHTO公式低估了这种配筋方式下的单键齿干接缝抗剪承载力。随着正应力的增大,单键齿干接缝的极限剪切承载力小幅度提高,其极限剪切竖向相对滑移也增大。有限元分析结果表明,极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验相吻合。梯形单键齿干接缝的适宜梯形底脚范围是45°~60°,在此范围内其抗剪强度变化不大。     

斜拉桥桥塔钢-混结合段的力学行为和传力机理研究

为研究斜拉桥桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计某组合斜拉桥的桥塔钢-混结合段的1∶3缩尺试验模型,对其进行正常使用极限状态与承载能力极限状态的加载试验;测试试验模型的控制断面和主要构件的应力、变形情况;结合非线性有限元分析,研究钢-混结合段的传力机理。试验得到如下结论:钢-混结合段构件的应力分布均匀顺畅,应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;采用非线性弹簧单元能近似模拟钢-混结合段中PBL剪力键的受力行为,数值分析结果具有良好的工程精度;PBL剪力键分担60%以上的荷载,在钢-混结合段设计中,可以将其作为主要传力构件。     

开洞加劲钢板剪力墙的力学性能研究

针对深圳梅山苑7号楼钢板剪力墙上开洞问题,对开洞闭口加劲钢板剪力墙进行了有限元研究,给出了不同开洞位置和不同开洞率钢板剪力墙荷载-侧移曲线,分析了开洞位置和开洞率对初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的影响.研究表明,中间开洞对钢板剪力墙刚度和极限承载力影响较大,可以采用线性公式计算开洞对钢板剪力墙初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的折减.     

沉管隧道钢鼻托梁承载力数值模拟分析

据现有文献,钢鼻托梁为首次在沉管隧道工程中应用,现阶段其结构设计为经验性预估得来,且上、下两个鼻托梁对接过程中受到导向装置传递的竖向作用力,因此有必要对钢鼻托梁在竖向荷载作用下的承载力进行三维精细化数值模拟分析,以掌握其极限承载力和刚度情况。本文经过数值模拟分析,得到了模型在竖向荷载作用下的荷载-位移曲线、极限承载力、最大应力和位移发生的位置,得出鼻托梁为受剪为主的构件,其刚度较钢剪力键大,存在剪力键先于鼻托梁翘曲和破坏的风险等结论,本文研究为钢鼻托梁在工程应用中推广和改进提供有益参考。     

腹板开洞型梁柱节点性能研究

采用ANSYS非线性有限元方法对腹板开洞型节点进行了分析研究，得到了不同开洞半径的节点在荷载作用下的Von Mises应力分布、塑性区分布、弹性极限承载力及剪力分布，并与标准型节点的性能进行了对比分析。     

集簇式栓钉抗剪承载力折减系数计算方法

为给装配式钢-混组合结构梁桥集簇式栓钉抗剪连接件的设计提供参考,深入研究了集簇式栓钉抗剪连接件的受力特性。采用ABAQUS有限元软件建立推出试验有限元模型,对群钉效应及其主要影响因素进行了有限元参数化分析,并给出综合考虑混凝土强度、栓钉排数、栓钉纵向间距影响的集簇式栓钉连接件抗剪承载力折减系数计算公式。结果表明:受到群钉效应的影响,集簇式栓钉连接件的单钉平均抗剪承载力有较大程度的折减并且钉群受力呈现明显的不均匀性; 随着混凝土强度的提高,φ22×200栓钉连接件抗剪承载力、抗剪刚度逐渐增大; 当栓钉排数从3排增加至7排时,群钉的单钉平均抗剪承载力以及栓钉抗剪承载力折减系数逐渐降低,同时钉群受力的不均匀程度大幅提升; 当栓钉纵向间距由4d(d为栓钉直径)增加至8d时,群钉的单钉平均抗剪承载力以及栓钉抗剪承载力折减系数呈现增大趋势; 提出的集簇式栓钉连接件抗剪承载力折减系数计算公式计算值与有限元值吻合良好,可以为装配式钢-混组合结构梁桥集簇式栓钉抗剪连接件的设计提供理论依据。     

波形钢腹板PC组合箱梁在玉春桥中的应用研究

针对一座波形钢腹板PC组合箱梁桥——玉春车行天桥,对其波形钢腹板和抗剪连接键的设计与构造进行了介绍,并对波形钢腹板和抗剪连接键的受力性能进行了计算分析,计算结果表明,在正常使用极限状态下,钢板的剪应力满足规范要求,且不会在钢板剪切屈服之前发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲的破坏形式;剪力连接键的抗剪承载能力满足使用要求且具有较大的安全裕度。     

悬臂施工阶段预应力箱梁的剪力滞效应分析

结合一大跨高墩连续刚构桥的施工控制,对其剪力滞效应进行实桥测试分析,并采用Ansys有限元分析方法,对该桥在施工过程中箱梁截面的正应力进行研究,计算结果与实测值相比较,得出大跨高墩连续刚构桥施工过程中正负剪力滞的分布规律,该结论对于同类桥型的设计施工具有参考价值。     

钢结构柱脚抗剪键抗剪承载力计算

为了确定钢结构柱脚抗剪键的抗剪承载力,分别以混凝土应变达到应力峰值应变和极限应变为抗剪屈服承载力和极限承载力的两种极限状态,选取混凝土应力-应变关系接近实际受力情况的非线性弹塑性模型,建立了考虑抗剪键剪切变形的Timoshenko梁平衡微分方程,采用Galerkin法求得抗剪键的变形曲线,进而推导了两种抗剪承载力的理论计算公式,提出了确定抗剪键埋深和截面规格的方法。研究表明：抗剪键的抗剪承载力和理论埋深取决于其材料截面特性及基础混凝土强度。研究同时表明,抗剪键埋深范围内混凝土压力方向不改变,对柱脚底板产生附加弯矩。采用有限元方法对比分析,算例结果验证了理论计算公式的正确性。图7表1参13     

复杂应力状态下抗剪连接件应力在组合梁桥的实验研究

为了研究组合梁在复杂应力状态下抗剪连接件的力学性能,进行了两个布置有不同类型的抗剪连接件的小规模模型测试。这些模型的设计都是基于广州的一座组合梁桥。详细地研究了在相同边界条件下的刚性抗剪连接件模型和弹性抗剪连接件模型的钢筋混凝土交界面的相对滑移的比较分析。在三种不同类型的荷载形式作用下的两种抗剪连接件的反应也进行了比较。模型测试结果表明混凝土的极限承载能力是决定钢筋混凝土交界面上的相对滑移的关键因素而且刚性抗剪连接件和弹性抗剪连接件的区别是非常明显的。这份报告对于组合梁的抗剪连接件的未来研究和设计很有参考价值。     

装配式小箱梁桥荷载横向分布系数探究

以某装配式小箱梁桥为例,采用空间有限元法计算荷载横向分布系数,并与常用的近似计算方法的理论计算数据、实验实测数据进行了对比。结果表明,简支装配式小箱梁桥跨中荷载横向分布系数采用刚接板梁法与空间有限元法及实测挠度、主梁应力得到的横向分布系数较为接近,适用于小箱梁结构设计;先简支后连续装配式小箱梁桥跨中荷载横向分布系数采用等代刚度法与空间有限元法及实测挠度、主梁应力得到的横向分布系数更为接近;杠杆法计算的支点剪力荷载横向分布系数对以上2种结构体系均适用。     

PBL剪力键钢混结合段设计与试验研究

混合梁桥是桥梁结构向大跨度发展的一种重要桥型,对混合梁的钢-混凝土结合段结构形式和剪力连接件主要是PBL键的发展与应用进行评述,结合世界第一座混合梁悬索桥的设计并通过PBL剪力键和栓钉对比推出试验、钢-混凝土结合段接头的对比试验、钢-混凝土结合段1∶4缩尺模型试验,得出一些有益的结论,为今后钢混结合段的设计与优化提供参考。     

Experimental and analytical investigations on the hat shaped shear connector in the steel-concrete composite flexural member

Over the last decade, there are many research results on the new type shear connectors to solve the problems associated with the headed stud shear connector. It was revealed that the new type shear connector has better structural safety, welding quality, constructability, cost-effectiveness, etc. Especially, perforated shear connector (perfobond shear connector) which has superior fatigue resistance and constructability is receiving attention among various types of shear connectors. In this study, we suggest the new type shear connector which improved the perfobond shear connector. Newly suggested hat shaped shear connector can be used instead of headed stud shear connector commonly used in the concrete-steel composite beam. To evaluate the load carrying capacity of this hat shaped shear connector, push-out tests are carried out and test results are analyzed. In addition, the finite element analysis is conducted on the concrete slab having shear connector to investigate the stress distribution pattern affected by the presence of hat shaped shear connector. The existing design equations for the perfobond shear connectors are reviewed briefly and the equation for the prediction of load carrying capacity of new type hat shaped shear connector is suggested based on the experimental results, finite element analysis results, and existing equations suggested in the previous studies.     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。