新型加强型钢拱梁的性能分析及优化

通过有限元软件ANSYS,本文计算分析了在钢拱梁轴线平面内增加适当的撑杆和预应力索而形成的新型加强型钢拱梁结构的受力性能,并且分析了改变加强型钢拱梁两侧撑杆的相对长度对改善结构受力性能所起到的优化作用,显示了两个加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下结构应力和位移的变化规律。结果显示两加强型钢拱梁的刚度和承载力与普通大跨度钢拱梁相比均有很大的提高,改变两侧撑杆相对长度的加强型钢拱梁与原加强型钢拱梁相比受力更加合理。     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

竖向荷载和水平荷载共同作用下钢管拱平面内稳定承载力设计研究

采用二阶弹塑性有限单元法对竖向荷载和水平荷载共同作用下的圆形截面两铰抛物线钢管拱的平面内稳定承载力进行研究。考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和长细比等因素对钢管拱平面内力稳定承载力的影响。结果表明：残余应力对其竖向承载力影响很小;初始几何缺陷会显著降低中等长细比钢管拱的承载力;矢跨比和长细比是影响钢管拱承载力的重要因素,但拱的竖向承载力并不随矢跨比和长细比的均匀变化而变化。研究竖向荷载和水平荷载共同作用下两铰抛物线钢管拱达到平面内极限状态时的N-M相关关系,并拟合两铰压弯抛物线钢拱承载力N-M相关关系统一表达式。提出了竖向荷载为全跨均布和半跨均布荷载,同时考虑水平方向荷载作用的两铰抛物线钢拱平面内整体稳定承载力设计建议,可供相关设计问题参考应用。     

拱墙结构平面外失稳机理与设计研究

拱墙是一种由拱、立柱、横梁组合而成的竖向平面结构，横梁上的竖向平面内荷载通过立柱传递到大跨度拱体中。为研究拱墙结构的失稳机理，采用有限元分析方法，对拱墙模型在弹性和弹塑性条件下的稳定性能进行了研究。分析结果表明：立柱侧向刚度及横梁侧向支撑刚度是影响拱墙稳定性能的主要因素，当横梁侧向支撑刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面外失稳；当横梁侧向支撑刚度大于其门槛刚度而立柱的侧向刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱体的平面外失稳；当横梁侧向支撑和立柱的侧向刚度均大于各自的门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面内失稳。结合某火车站站房工程，建立了横梁位置施加侧向弹簧支撑和带纵向桁架的两种拱墙模型，分析了该拱墙结构的平面外稳定承载力。结果表明，纵向桁架为拱墙横梁提供的平面外支撑刚度远大于拱墙的侧向支撑门槛刚度，提高拱墙的平面外稳定承载力需通过增大立柱的侧向刚度和加强立柱两端的可靠连接实现。     

预应力型钢混凝土框架结构竖向反复荷载作用下抗震性能试验研究

通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验, 研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明：预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制,极限状态时 “拱效应”提高了框架梁的承载能力;预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满,变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁;预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8,普通预应力混凝土框架梁的为4.18,均有较好的延性;等效黏滞阻尼系数介于0.258~0.323之间,说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力;参数分析表明,试件延性系数受含钢率影响不大,随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。     

侧向支撑对腹板开洞钢拱平面外弹性屈曲的影响分析

腹板开洞钢拱通过设置侧向支撑可以阻止钢拱发生平面外弯扭屈曲,支撑刚度的大小会对钢拱屈曲临界荷载产生影响.采用有限元方法分析了不同荷载、拱脚条件、支撑类型和位置对钢拱平面外屈曲稳定的影响.研究表明：在刚性支撑情况下,钢拱屈曲临界荷载随支撑刚度增大而增大,铰支钢拱屈曲半波随支撑数量的增加而增加,当支撑数量为n时,会出现n＋1个屈曲半波.两种支撑类型共同工作时,在侧向刚度支撑足够的情况下,扭转支撑对钢拱平面外屈曲临界荷载的影响有限.当侧向支撑刚度达到临界支撑刚度时,其屈曲临界荷载不再随支撑刚度的增大而增大.     

竖向荷载下弹性支承直墙拱反弯点理论分析

在工程实践中,直墙拱应用较多。由于拱脚位移的存在,合理假设拱脚约束为转角约束、竖向约束和水平弹性约束,应用力法推导出了在弯矩、剪力和轴力共同作用下直墙拱沿弧长的弯矩公式。研究了竖向均布荷载、竖向三角形荷载和竖向集中力荷载作用下,直墙拱沿弧长的弯矩分布及反弯点形成的规律;发现在3种荷载作用下,使得拱脚弯矩为零时的圆心角依次减小。取弹簧支座刚度为等效的下端固支、上端允许水平位移的直墙的抗推刚度,得出了随着直墙高度增加,圆弧拱拱顶弯矩增大而拱脚弯矩减小的变化规律。在直墙拱的设计中,建议选取合适的直墙高度和使得圆弧拱拱脚弯矩为零的圆心角大小,从而有利于提高结构抗弯承载力及拱脚抗剪承载力。     

内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究

结合深梁的"拉杆-拱"传力机理,提出新型内置钢构架型钢混凝土深梁,将钢构架的各部分杆件分别用于传力机构中的拉杆和压杆中,并对一榀普通钢筋混凝土转换深梁、三榀内置钢构架型钢混凝土转换深梁模型进行试验研究,分析这种新型转换深梁在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究深梁在受力过程中的钢筋和钢构架的应变变化特点、传力机理。试验表明内置钢构架型钢混凝土深梁具有承载力高、刚度大、延性好等优点。相同参数条件下,内置钢构架型钢混凝土深梁承载力比普通钢筋混凝土深梁提高30%～40%,抗剪承载力提高幅度尤为显著,刚度提高30%～50%。内置钢构架型钢混凝土转换深梁充分利用了深梁的拉杆拱传力机理,设置钢构架实现以最短、最直接的传力路线和传力方式传递上部荷载。偏于安全估算,钢构架能承担20%深梁总荷载。     

石家庄站大跨度钢拱试验研究

针对石家庄站上部钢结构钢拱的竖向静载、水平往复荷载的受力性能进行了试验研究。竖向静载试验结果表明,钢拱壁在应力很小的情况下即可发生局部屈曲变形,应增加钢拱内部的纵向加劲肋和隔板数量,增大肋板厚度和尺寸。水平往复静载试验结果表明,钢拱在面外水平往复荷载作用下,表现出良好的整体稳定性和耗能能力,具有较强的平面外刚度和延性。优化钢拱轴线曲线,可有效减小拱身弯矩,改善钢拱受力状态。结合试验分析,为钢拱的结构设计提供了参考。     

预应力型钢混凝土双坡框架抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土双坡框架的抗震性能和破坏机理，基于同等承载能力条件设计缩尺比为1∶4的1榀预应力混凝土双坡框架(PC-F)和1榀预应力型钢混凝土双坡框架(PSC-F),并对其进行竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的加载试验，得到框架的裂缝开展和分布及破坏形态特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、等效黏滞系数、总耗能和位移恢复能力等抗震性能指标。试验结果表明：同等承载力条件下，预应力型钢混凝土双坡框架具有更优越的抗剪能力和抗震性能；相较于预应力混凝土双坡框架，预应力型钢混凝土双坡框架的开裂荷载提高了70%;型钢的存在使得预应力混凝土双坡框架的破坏机制由两铰(柱-斜坡梁节点)破坏转变为四铰(柱-斜坡梁节点、斜坡梁-水平梁节点)破坏，每个塑性铰部位呈现典型的弯曲延性破坏特征；相较于预应力混凝土双坡框架，预应力型钢混凝土双坡框架滞回环近似梭形更加饱满，峰值荷载后承载力退化及刚度退化更加缓慢，位移延性系数、等效黏滞阻尼系数、总耗能分别提高了9.27%、30.6%、53.5%,位移恢复能力系数降低27.5%。     

预应力钢骨混凝土梁非线性分析

为进一步研究预应力钢骨混凝土梁的工作性能,运用有限条带法,考虑材料非线性,编制计算程序,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析。计算得到预应力与普通钢骨混凝土梁在开裂阶段、屈服阶段、极限阶段的荷载、位移值,及混凝土强度、含钢率、有效预应力、非预应力筋配筋率对预应力钢骨混凝土梁荷载—变形关系的影响曲线。结果表明,对钢骨混凝土梁施加预应力,能显著提高构件的开裂承载力和极限承载力,但其延性有所降低;混凝土强度等级越高,梁的开裂承载力和极限承载力越大;含钢率越大,截面刚度越大,构件承载力提高越明显;开裂前阶段,非预应力筋配筋率对构件承载力的影响较小,开裂后,非预应力筋配筋率越大,梁的极限承载力越大。     

内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件试验研究

以实际工程为背景,对两榀1/6缩尺内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件模型进行试验研究,分析这种新型转换构件在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究构件在受力过程中裂缝的开展规律、钢筋和钢构架的应变变化特点、传力模式。研究结果表明内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件具有承载力高、刚度大、变形能力强等诸多优点,内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件的破坏形态有显著的改善,避免了普通钢筋混凝土转换梁(尤其是深受弯构件)的脆性破坏形态,表现出良好的塑性。内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件充分利用了深受弯构件的拉力拱传力机理,设置钢构架实现了以最短、最直接的传力路线和方式传递上部荷载。     

黄龙体育中心吊塔及超长预应力混凝土箱形外环梁施工技术

浙江黄龙体育中心主体育场，吊塔采用有粘结竖向预应力，地下段以约10m高的整束装置垂直放入预定位置，地上段采用镀锌钢管作竖向预应力束的孔道材料，屋面外环梁采用后张预应力混弹簧土空腹箱梁，该环梁由12条后浇带形成整体钢筋混凝土梁，施工时解决了非预应力筋的断开和重新连接等关键问题。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁力学性能试验

基于预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁能够提高其承载能力的理论,进行了6根外贴预应力碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土梁的力学性能试验。研究了在不同预应力和不同端部锚固方式下加固后的钢筋混凝土梁的预应力损失、开裂荷载、跨中挠度、极限荷载及抗弯抗剪性能。结果表明:碳纤维布预应力在一定范围内能够决定钢筋混凝土梁的加固效果,同时在梁端部采取锚固方式能有效阻止预应力碳纤维布在放张过程中的预应力损失;预应力碳纤维布加固后梁的开裂荷载随着预应力的增大而增大,最大增大幅度达到81.8%;极限荷载在一定范围内随预应力的增大先增大后减小,极限荷载最大增大幅度为41.07%。     

CFRP吊索钢管混凝土系杆拱桥模型试验研究

碳纤维筋(CFRP)具有优良的物理力学性能,可作为钢管混凝土系杆拱桥中的吊索。一种CFRP筋的树脂封装型锚具也已开发,它可调整CFRP吊索索力大小,并有可能应用于CFRP吊索钢管混凝土系杆拱桥。本文的试验研究对钢管拱桥模型及钢管混凝土拱桥模型的受力与变形性能分别进行了测试与对比分析。在系梁施加预应力过程中,对CFRP吊索拉力、系梁与钢管拱的竖向挠曲变形及应力的变化进行了测试。与钢管混凝土拱桥相比,相近荷载作用下钢管拱桥吊索拉力较大,系梁的竖向变形较大,钢拱相应截面的压应力较大,系梁裂缝宽度较大。试验结果表明CFRP吊索钢管混凝土系杆拱桥的受力与变形性能较好,为CFRP吊索在系杆拱桥中的推广应用提供了一系列试验依据。     

8m高空就地预制先张法21m跨预应力混凝土拱板施工技术

陕西802粮库为单跨单层钢筋混凝土排架结构散装粮库,屋盖采用先张法预应力混凝土21m跨拱板。根据施工场地狭窄、缺少地面预制场地等特点,采用现有脚手架钢管搭设的"组合压杆"与粮库排架柱顶的纵向圈梁共同组成高空预应力张拉台座及滑道,满足了拱板预制、张拉及滑移就位要求。     

静载法检测预应力混凝土拱形屋面板施工质量的试验研究

论述了预应力混凝土拱形屋面板的结构特点、受力原理及应用范围,提出了预应力混凝土拱形屋面板的试验荷载作用方式及加载步骤。通过对预应力混凝土拱形屋面板所进行的静载试验数据分析,得出不同等级荷载作用下拱板上弦板、下弦板及KB板的应力、挠度及裂缝变化规律。     

装配整体梁板设计方法的试验研究

本文通过系统试验,较全面地研究了钢筋混凝土迭合梁和预应力混凝土迭合梁板在二次受力下的正截面受力性能及迭合面的抗剪性能,证实迭合梁板在二次受力情况下,与相应整浇梁对比,受压区混凝土应变存在“迟后现象”;受拉钢筋应力存在“超前现象”。同时进一步分析研究了迭合梁在迭合前弯矩作用下所产生的“荷载预应力”和它的发生、发展过程与计算方法。在试验研究的基础上,提出了考虑上述特点的迭合梁板正截面强度、抗裂度、挠度及迭合面抗剪等的计算公式和有关构造措施。