波形钢腹板PC箱梁抗剪连接键设计

波形钢腹板PC箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构,这种结构以波形钢板代替混凝土作为箱梁的腹板,并采用箱内体外预应力技术,实现了主梁的轻型化,进而减少了下部结构的工程量,由于其良好的受力特性在日本和欧美得到了广泛的应用。而抗剪连接键是能否为结构提供足够完整组合作用的一个决定因素,文章主要介绍波纹钢腹板PC组合箱梁抗剪连接键的设计计算方法,并介绍某波纹钢腹板PC组合箱梁连续梁桥（70m＋120m＋70m）的抗剪连接键的计算实例。     

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。     

部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究

针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。试验结果显示与普通的工字梁相比,混凝土外包组合工字梁的剪切屈曲因受外包混凝土的限制而有了更好的抗剪强度。由于组合截面的抗剪刚度是基于波形钢腹板和破裂前外包混凝土平均厚度的总和,且其抗剪强度决定了由钢腹板和外包混凝土共享的抗剪强度比。此外,根据试验中的破坏模式和应变分布,提出部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的预估抗剪强度。试验结果验证了之前分析得出的弹性阶段的抗剪刚度和抗剪比。且之前计算得出的钢腹板与组合梁的抗剪强度也与试验结果一致。通过对比可知文中提到的分析方法可以应用到部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁结构的抗剪刚度预估和抗剪强度设计中去。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥关键施工技术

针对波形钢腹板与混凝土顶、底板连接不好,易导致连接部位碎裂,斜腹板部位倾斜角度控制不好等问题,结合工程项目实际,在关键点上进行技术改进,改进复合波形钢腹板抗剪连接件及连接方式,即双PBL键和嵌入式连接;采用斜腹板定位支模工具,在桥梁墩顶部位周围钢腹板内侧设置内衬混凝土,保证了工程质量和结构安全。     

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用

介绍了波形钢腹板预应力混凝土(PC)组合箱梁桥中波形钢腹板的设计方法,给出了中国在建和已建的该类桥梁结构中波形钢腹板的抗剪屈曲界限图,总结了中国在这种桥梁中所使用的几种抗剪连接件形式,并介绍了2种新型的抗剪连接件及2007年以来中国在建的4座波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构及其特点,为今后这种结构的桥梁建设提供了有益的参考.     

波形钢腹板H型截面梁抗剪性能理论研究

在前人研究波形钢腹板H型截面梁抗剪承载力成果的基础上,总结归纳了2种形式波形钢腹板在局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲3种情况下的临界应力计算公式,通过对不同计算公式的比较提出了推荐公式.利用大量的数值计算分析,分别找出影响2种波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力的因素,并得出2种不同波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力计算的等效转换条件.结合前人的试验数据和本文的数值计算结果,提出了剪切稳定系数的实用计算公式.结果表明:波形钢腹板H型截面梁的波高、平子面板宽度、波幅、波长应合理设置,过大或过小都将削弱钢梁的极限承载力;提出的剪切稳定系数的实用计算公式与数值分析结果和试验数据拟合较好,并且计算简便,便于实际工程设计应用.     

波形钢腹板PC组合结构在桥梁中的应用

首先描述了波形钢腹板PC组合箱梁的发展及在我国的研究实践进展,然后具体阐述了波形钢腹板这种新型结构组合桥梁在东莞市麻涌水道大桥的应用分析,通过钢腹板的安装、连接及预应力体系控制,表明了该种组合式受力使桥梁抗屈曲及腹板抗剪能力得以有效提升,切实解决了传统箱梁腹板开裂的通病.     

钢板混凝土组合连梁的试验研究

为了评估并提高钢板混凝土组合梁的抗震性能,对其进行了试验研究。对6个不同跨高比、钢板厚度和弯曲-抗剪能力比的组合连梁样本施加反复荷载。从梁角部的钢板断裂开始进入极限状态,并逐渐发展到钢腹板和钢翼缘的中部。断裂开始后连梁抗剪能力方面的增长有限。发现的两种局部屈曲现象为梁端的压缩局部屈曲和钢腹板的剪切屈曲。内填混凝土并无压缩失效现象,混凝土裂缝的模式与钢板变形相一致。无对接焊缝的连梁腹板和剪力墙连接试件的变形能力大于局部有对接焊缝的试件。连梁的稳定性和完整的滞回性能表明了其具有稳定的耗能能力。     

波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究

波形腹板工形构件主要有三种波形形式,即梯形、三角形与正弦波浪波形等。在总结前人对梯形腹板抗剪承载力研究成果的基础上,对波浪腹板工形构件的腹板抗剪性能进行系统研究。针对波浪腹板的屈曲特性提出弹性剪切屈曲荷载的计算公式,给出计算公式的适用范围。基于弹塑性大挠度有限元分析研究波浪腹板的弹塑性屈曲性能以及屈曲后行为,揭示其抗剪承载力极限状态以及缺陷敏感性,提出弹塑性屈曲荷载的实用计算公式,建立波浪腹板抗剪承载力设计方法。进行6个波浪腹板短梁试件的抗剪承载力试验,揭示波浪腹板的抗剪极限状态与初始屈曲及屈曲后性能之间的关系。试验结果与有限元结果吻合很好,推荐的设计公式合理。     

波形钢腹板组合箱梁桥PBL连接键的参数分析

我国波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥逐渐兴起,而剪力连接键设计合理与否直接关系到整个波形钢腹板梁桥的承载力。PBL剪力连接键是波形钢腹板梁桥的主要连接形式之一。文章对PBL连接键的不同参数进行有限元非线性分析,得出了各参数对PBL连接键的极限承载力的影响。     

考虑混凝土承剪和变截面效应的波纹钢腹板剪应力计算

传统的波纹钢腹板计算中,通常较保守地认为所有的竖向剪力均由外露于混凝土顶、底板部分的波纹钢腹板来承受,而忽略混凝土顶、底板参与抗剪的作用。但在变截面的波纹钢腹板梁桥中,特别是随着底板的加厚,这种忽略混凝土板参与抗剪的计算方法会使钢板剪应力值偏于保守,由此换算得到的水平抗剪连接件所需承受的水平剪力也相应偏大。本文基于材料力学公式,推导并介绍考虑混凝土顶、底板承剪后,变截面波纹钢腹板竖向剪应力和水平剪力的实用计算方法。     

Shear buckling strength and design of curved corrugated steel webs for bridges

This paper presents the shear buckling strength and design of curved corrugated steel webs for bridges considering material inelasticity. The inelastic buckling strength is determined from buckling curves based on the proposed shear buckling parameter, which is a function of the elastic shear buckling strength of steel web and the material shear yielding strength. A finite element analysis is carried out to study the geometric parameters affecting the shear buckling strength of curved corrugated steel webs for bridges. Based on the numerical results, a shear buckling parameter formula is proposed with no need to calculate either local, global, or interactive buckling parameters. But it depends on the geometric properties of the curved corrugated web profile. Another formula is presented to maximize the shear buckling capacity of curved corrugated web. The proposed formulae agreed well with the published experimental data. The curved corrugated webs produce a tremendous increase in the shear buckling strength and considerable weight saving in regard to the corresponding trapezoidal corrugated webs. The corrugation angle has a considerable effect on the behavior of curved corrugated webs, where higher corrugation angles produce a tremendous increase in the shear buckling strength of curved corrugated webs. It was found that the proposed approach provides a good prediction for the shear buckling strength of curved corrugated steel webs of bridges.     

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。     

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.     

Analysis on shear capacity and energy dissipation of corrugated steel plate shear wall with openings

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响，基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式，并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围，由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数，验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性，建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大，开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大，洞口高宽比在0.33~0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大，中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导，并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式；通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内，适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能能力分析

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响,基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式,并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围,由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数,验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性,建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大,开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大,洞口高宽比在0.33～0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大,中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导,并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式;通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内,适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

Shear strength of trapezoidal corrugated steel webs

Shear strength of trapezoidal corrugated steel webs is an important issue for the design of box girder bridges with trapezoidal corrugated steel webs. Eight H-shape steel girders with trapezoidal corrugated webs are firstly tested to investigate the shear behavior of webs. An extensive parametric study based on the linear elastic buckling analysis is then conducted to derive the simplified formula for calculating the elastic shear buckling strength of trapezoidal corrugated steel webs considering three different shear buckling modes. The proposed formula can give more satisfactory results for predicting the elastic shear buckling strength than some available formulae provided in the literature when compared with the numerical results. Furthermore, the nonlinear buckling analysis is conducted to intensively investigate the shear strength associated with initial geometric imperfections, and the formulae of the shear strength are proposed. Good agreements can be observed between the results calculated using the proposed prediction formula in this paper and the experimental results, and a design formula is also recommended for the routine shear design of trapezoidal corrugated steel webs.     

往复剪切荷载作用下双波形薄钢板的弹塑性 屈曲行为

为研究双波形薄钢板在达到或接近钢材屈服时的弹塑性屈曲行为,完成了4个不同螺栓间距的双波形薄钢板试件和1个单片波形薄钢板试件在往复剪切荷载作用下的拟静力试验。结果表明:设计合理的双波形薄钢板能够先达到全截面屈服抗剪承载力,然后在往复剪切荷载作用下交替发生弹塑性局部剪切屈曲,形成X形屈曲褶皱及撕裂裂缝而破坏; 双波形薄钢板的极限抗剪承载力大于单片波形薄钢板的2倍,最大提高约18%; 双波形薄钢板的滞回曲线表现出一定的“捏拢”现象,在其抗剪承载力达到峰值之后,随着滞回圈数的增加其抗剪承载力和卸载刚度退化明显,但其等效黏滞阻尼系数无显著下降; 双波形薄钢板在剪切荷载作用下可分为弹性、弹塑性局部屈曲以及承载力退化3个工作阶段,由于波形钢板的“手风琴”效应,双波形薄钢板基本不具备屈曲后抗剪承载力,其极限抗剪承载力状态即为弹塑性局部剪切屈曲状态。     

波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板剪力墙在水平荷载作用下的抗侧力性能,完成了水平波形和竖向波形的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对波形钢板剪力墙模型进行了模拟分析。试验结果表明：波形钢板剪力墙结构具有较高的侧向承载力、较强的抗剪屈曲能力和稳定的滞回性能;竖向波形钢板剪力墙在加载过程中发生了沿墙体对角线的X形剪切破坏;水平波形钢板剪力墙在加载过程中未出现波形钢板的屈曲破坏。因此,水平波形钢板剪力墙的极限荷载比竖向波形钢板剪力墙的更高、延性更好、滞回曲线更加饱满。在水平受剪时,竖向波形钢板剪力墙易产生拉压效应,水平波形钢板剪力墙易发生H型钢柱屈曲。波形钢板与边缘约束H型钢柱之间的焊缝未出现开裂,焊缝连接保证结构的整体性能。对比有限元分析结果与试验得到的数据,水平波形钢板剪力墙的荷载、位移比竖向波形钢板剪力墙的更接近试验值。采用有限元法对不同波角和钢板厚度的水平波形钢板剪力墙的抗侧性能进行了分析,结果表明：当钢板比较薄的时候,容易发生波形钢板的剪切破坏;当钢板较厚的时候,容易发生边缘约束H型钢柱的过早屈曲,对结构的承载力和延性不利;当波形钢板的波角为45°时,波形钢板剪力墙的承载力以及延性性能最佳。波角过大或过小时,剪力墙承载力均有所降低。因此,水平波形钢板剪力墙宜采用45°波角与厚度适中的钢板。     

Shear buckling resistance of steel and aluminium plate girders

During the development of Eurocode 9 for aluminium alloy structures a number of design methods for the shear buckling resistance of plate girders were appraised, by comparison with experimental data. Among studied methods the so-called rotated stress field method [Höglund, T., Design of thin plate I girders in shear and bending with special reference to web buckling. Royal Institute of Technology, Department of Building Statics & Structural Engineering, Stockholm, 1972], with some modifications, was found to give the best agreement with 366 tests on steel plate girders as well as 93 tests on aluminium alloy plate girders in shear. The method is simple to use and is applicable to unstiffened, transversally and longitudinally stiffened and trapezoidally corrugated webs. This paper presents the rotated stress field method and summarizes the result of the comparisons, including the design methods in Eurocode 3, Part 1.1, version April 1992, for steel plate girders. The rotated stress field method is also adopted in Eurocode 3, Part 1.5: plated structures, draft July 1996.