钢主梁拱桥组合桥面系力学性能分析

钢-混凝土组合结构桥面系近几年开始在拱桥结构中使用,拱桥中组合桥面系受力复杂,其力学性能受钢与混凝土是否连接、是否张拉系杆以及混凝土的浇注顺序等影响。该文采用空间有限元模型,开展了钢主梁拱桥组合桥面系的力学性能研究。研究表明:在钢主梁拱桥结构中混凝土桥面板与钢主梁是否结合对桥面系的整体受力影响甚微,只对桥面系局部位置的混凝土桥面板应力分布有所影响;拱桥中是否安装系杆对桥面系的受力影响较大,而且桥面系的受力与系杆张拉力有密切关系;对于组合桥面系的拱桥采用一次浇筑混凝土桥面板施工方法的桥面系受力要明显优于采用分段浇筑混凝土桥面板的方法。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。     

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究.在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重...     

钢-混凝土组合梁抗剪连接件设计研究

本文介绍了钢-混凝土组合梁抗剪连接件的形式,列出了各类抗剪连接件的承载力计算方法,阐述了抗剪连接件的弹性设计法和塑性设计法,对钢-混凝土组合梁抗剪连接件的设计具有一定的指导意义。     

钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展

为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明：栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。     

高变形能力螺栓抗剪连接件抗剪承载力理论分析与验证

螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题,提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明,PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点,曲线呈现出近似双线性特征。同时,曲线有较大的屈服后刚度(为初始刚度的1/3~1/2),以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力),其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力,从PTBSC的受力机理出发,推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性,将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现,PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度,误差在正负20%之内,离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式作参数影响分析,考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力;增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力,增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力,当强度大于100 MPa,屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力,通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力,此时误差在20%之内,可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。     

新型全装配钢-混凝土组合梁连接件推出试验研究

该文主要研究一种新型全装配钢-混凝土组合梁,由预制楼板和钢梁通过新型抗剪连接件（以下简称“紧固件”）组合为一体,紧固件固定于预制楼板的钢导槽上,预制混凝土楼板和钢梁界面的荷载传递主要通过紧固件和钢导槽之间的摩擦来实现。为了更好地研究紧固件和钢导槽的性能,对3组试件进行推出试验,研究了不同钢导槽形式、循环加载及紧固件数量对抗剪性能的影响。试验结果表明：紧固件和钢导槽都表现出较好的性能,试件的荷载-滑移曲线可分为3段;钢导槽截面高度较小时约束作用明显;循环加载可提升紧固件的抗剪承载力和刚度;该文推导的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合较好。     

钢-混凝土组合框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究中柱失效后钢-混凝土组合框架结构的动态倒塌性能,对2个1/3缩尺的组合框架子结构试件进行了抽柱试验研究。研究结果表明:当在组合框架梁上分别悬挂30 kN和60 kN的配重时,2个试件在中柱处的最大动态位移至少为振动停止后静态位移的1.34倍;在中柱抽除后,剩余结构仍处于弹性受力阶段且阻尼比较小;采用栓钉抗剪连接件的组合框架梁具有较大的加速度响应和动态位移响应;组合梁中采用开孔板连接件的框架子结构具有较好的整体刚度,其受倒塌荷载动力冲击作用的影响相对较小;随着中柱竖向位移的增加,组合框架倒塌荷载动力增大系数(DIF)呈现两阶段的变化规律。基于试验研究,建立了组合框架倒塌荷载DIF的数学计算模型。该研究成果可为钢-混凝土组合框架结构的倒塌性能分析提供参考。     

新型组合剪力键抗剪机理及承载力计算方法研究

提出了一种带横向栓钉的新型组合PBL剪力键（简称组合剪力键）,并开展了6个组合剪力键试件的静力推出试验。建立了组合剪力键的精细化有限元模型,在试验验证的基础上,开展了216个试件的数值模拟和参数分析。基于试验研究和有限元分析结果,对组合剪力键的受力机理进行了分析。研究表明：该组合剪力键具有良好的抗剪性能,其抗剪承载力由PBL部分的混凝土榫柱和横向栓钉共同提供,可按叠加原理进行计算。参数分析表明：增加栓钉直径和混凝土强度均可有效提高组合剪力键抗剪承载力。其中,当栓钉直径由16 mm增至22 mm时,其承载力约提高27.7%;当混凝土强度等级由C30提高至C50时承载力约提高20.6%。但增加开孔直径和肋板厚度对抗剪承载力的提高影响并不明显基于可靠度分析和叠加原理提出了该组合剪力键抗剪承载力计算公式。研究结果可为该新型剪力键的工程应用和后续研究提供参考。     

钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明：双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。     

斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能试验研究

斜拉桥钢-混凝土结合主梁的受力特点与常规结合梁有所不同。针对江津观音岩长江大桥钢-混凝土结合梁,设计并制作了1∶2大比例试验模型,对其进行了单项荷载与承载力极限状态荷载组合的加载试验,测试了试验模型主要断面的应变分布情况;结合有限元分析,对斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能进行了研究。结果表明：斜拉桥结合梁承受较大弯矩时,截面上的应变并非线性分布,不满足平截面假定;轴力作用的加入能够有效抑制斜拉桥结合梁在弯矩作用下的滑移趋势,相比于常规结合梁,其钢与混凝土交界面的相对滑移量会更小;有限元分析结果与模型试验结果吻合较好,具有足够的工程精度;在该文所研究的斜拉桥主梁中,轴力主要由混凝土板承担,弯矩主要由钢梁承担。     

钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能对比试验研究

采用超高性能混凝土（UHPC）板与钢梁结合的钢-UHPC组合梁,具有自重轻、抗裂性和耐久性好的优点,对于钢-混凝土组合梁的发展具有重要意义。为了解钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能的差别,本文以某钢-普通混凝土简支组合梁桥为工程背景,进行了钢-UHPC组合梁桥的试设计,在此基础上,制作钢-UHPC组合梁和钢-普通混凝土组合梁模型进行抗弯性能的对比试验研究。结果表明,两种组合梁的受力特点类似,破坏模式均表现为钢梁底板先屈服,然后桥面板顶部混凝土被压碎。在极限抗弯承载力相等的情况下,钢-UHPC组合梁的桥面板厚度可以减小28%,且延性更好。钢-UHPC组合梁桥面板的剪力滞效应、钢梁与桥面板间的水平相对滑移均小于钢-普通混凝土组合梁。此外,钢-UHPC组合梁弹性阶段抗弯刚度与钢-普通混凝土组合梁相差不大,但由于组合梁总高度减小,后期刚度小于钢-普通混凝土组合梁刚度。研究结果可为钢-UHPC组合梁的进一步研究与工程应用提供参考。     

双层桥面桁架梁三塔悬索桥颤振性能优化风洞试验

双层桥面桁架梁气动性能复杂,已有研究较为少见。以某双层桥面桁架三塔悬索桥设计方案为背景,通过节段模型风洞试验,研究了栏杆透风率与高度、双层桥面板中央开槽、中央稳定板等多种气动措施对颤振临界风速的影响。结果表明：该桥原始断面在-3°、0°、+3°三种风攻角下,颤振临界风速均小于颤振检验风速,存在发生颤振失稳的可能性;中央稳定板的高度对颤振临界风速影响较大,上层桥面设置上中央稳定板能提高桥梁的颤振临界风速;上、下双层桥面板均中央开槽能够显著提高0°风攻角下的颤振临界风速,但使正攻角下的颤振临界风速有所降低;采用上、下双层桥面板中央开槽、合理地设置中央稳定板和改变栏杆透风率等气动综合措施,能使该桥在各攻角情况下的颤振临界风速满足要求。     

空间刚架结构钢-混结合段疲劳性能试验研究

为了解空间刚架结构钢-混结合段的疲劳性能,按照几何、物理及边界相似准则设计了1∶2的大比例试验模型,进行了设计寿命期内疲劳加载,测试了疲劳加载过程中钢-混结合段结构主要构件以及焊缝、剪力键的应力及变形情况。试验结果显示：空间刚架结构钢-混结合段在疲劳荷载作用过程中的应力水平较低,应力分布基本无变化,钢与混凝土相对滑移量很小;疲劳荷载作用后钢结构、混凝土结构无表观裂纹,超声波探伤结果表明疲劳荷载作用后钢结构焊缝无超标缺陷;结合段顶部钢与混凝土之间的界面粘结被破坏,但由于剪力键的作用,钢与混凝土的最大相对滑移量为0.036mm;该空间刚架结构钢-混结合段具有良好的疲劳性能。最后从疲劳性能的角度对钢-混结合段的合理构造设计进行了讨论。     

面向健康诊断的悬索桥试验模型设计与分析

基于数值模拟的桥梁结构的健康诊断与损伤识别研究存在较大的局限性,而在实际的桥梁上进行破坏性试验目前也是不可能的,所以,模型试验方法在桥梁结构的健康诊断研究中尤为重要。参考实际大跨度悬索桥结构,面向健康诊断设计制作了悬索桥试验模型。试验模型满足多重试验目的的要求,所有构件采用钢材独立加工制作,便于构件更换和重复试验。通过特殊设计的主要构件连接方式,可方便地模拟悬索桥结构的各种可能的损伤情况、异常状态等。对模型进行了详细的静动态测试,同时与有限元计算结果进行了对比分析。通过模型修正,试验模型测试结果与有限元计算结果吻合良好。试验模型和数值模型为今后的有关研究奠定了基础。     

钢-混凝土双面组合梁受拉钢筋有效分布宽度

负弯矩区桥面板中受拉钢筋的应力分布存在滞后现象。考虑"拉应力沿桥面板厚度方向变化",结合有限元法,研究受拉钢筋有效分布宽度的计算问题。对29根双面组合梁进行了非线性有限元分析,研究了中支点附近负弯矩区桥面板中受拉钢筋的有效分布宽度在加载全过程中的变化;对弹塑性阶段有效分布宽度的主要影响因素进行参数分析,提出了塑性阶段有效分布宽度的简化计算方法。     

钢-UHPC组合结构中栓钉剪力键力学性能研究

为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明:栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。     

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。