九堡大桥引桥组合梁焊钉受力性能研究

九堡大桥引桥为多跨连续组合箱梁桥,截面为开口梯形钢梁与混凝土桥面板组合形式,钢梁与混凝土板间设置了大量的圆柱体焊钉连接件,连接件受力形式与传统钢板梁组合桥不同。文中结合该工程,采用ANSYS有限元程序建立其空间实体模型,采用弹簧单元详细模拟了焊钉,计算了焊钉连接件的受力,分析了焊钉连接件的受力特点。结果表明:焊钉连接件不仅承受沿纵桥向的剪力,还承受沿横桥向的剪力及沿竖向的拉拔力,连接件所受的剪力和拉拔力在全桥范围分布规律复杂。     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

空间组合桁梁桥受力特点及剪力滞分析

桁架组合梁桥包括复合桁梁桥和组合桁梁桥。组合桁梁桥是指将一般钢桁梁的上、下弦和混凝土桥面板结合在一起共同受力的结构。通过对奉干公路浦南运河空间组合桁梁桥的有限元计算,分析了空间组合桁梁桥的传力特点,通过桥面板应力分布得到有效宽度,揭示了腹杆轴力与桥面板剪力滞现象之间的关系,为组合桁梁桥的设计提供参考。     

车轮荷载作用下双工字钢组合梁桥横桥向 焊钉拉拔效应

针对双工字钢组合梁在车轮荷载作用下引起的钢混界面横桥向掀起效应导致焊钉出现拉拔应力的问题展开讨论,为分析此效应对双工字钢组合梁焊钉受力的影响从而为焊钉布置提供参考,对2×35 m双工字钢组合连续梁的焊钉拉拔应力分布规律及影响因素进行了研究。分析了6种采用不同单元类型、焊钉模拟方式、接触关系的ABAQUS有限元模型组合梁钢混界面横桥向掀起效应计算结果,通过对比已有文献中的试验结果,确定了合理的有限元模拟方法。基于此方法,分析了车轮荷载作用位置、加劲肋与横梁设置形式对焊钉拉拔应力沿纵横桥向分布的影响; 研究了横梁位置、桥面板厚度与主梁间距比、焊钉横桥向间距对焊钉拉拔应力的影响并讨论了焊钉拉拔应力对各参数的敏感性。结果表明:加劲肋限制了钢梁上翼缘随桥面板变形,导致焊钉产生明显拉拔应力; 焊钉应力沿纵桥向衰减速度很快; 设置横梁能减小双工字钢组合梁的侧向变形,导致焊钉拉拔应力大幅提高,最多能提高317.97%; 焊钉拉拔应力随着桥面板厚度与主梁间距比增大而逐渐减小,随着横梁中心线距钢梁上翼缘距离的增大呈现出先增大、后不变、最后略微减小的趋势,随焊钉横向间距增大出现先增大后减小的现象; 各参数中,桥面板厚度与主梁间距比对焊钉拉拔应力数值的影响最为显著; 根据焊钉拉拔应力分布规律及影响因素,建议应适当加密双工字钢组合梁加劲肋与横梁附近的焊钉。     

Analysis of Shear Connector of Steel–Concrete Composite Box-Girder Bridge Considering Interfacial Bonding and Friction

Steel–concrete composite bridges consist of steel and concrete parts which are connected by shear connector such as the widely-used headed stud. Through the chemistry bonding, interface friction and mechanical action the two different materials parts are combined as a composite structure system. Because of the structural mechanism, longitudinal and lateral relative slip and normal separation between the concrete deck and steel girder flange will inevitably exist during the loading process. Further, the complex interface mechanical behavior causes difficulties with nonlinear numerical analysis. Multiple broken lines mode cohesive zone model considering bonding and friction is used in this paper to describe the tangent slip and normal crack of the interface. A zero thickness cohesive element was implemented via the user-defined element subroutine UEL in ABAQUS. Using this method, numerical simulation analysis of a two span composite continuous box-girder was carried out. Results showed load–displacement curves of the structure, relative displacement between the steel girder and the concrete slab interface, interface stress distribution, and internal force of shear studs. Discontinuous deformation numerical simulation has been realized, and effectiveness of the proposed method and accuracy of the program were verified. Although shear stress was assumed to be transmitted by shear connector in the design stage, interface bonding and friction resistance can affect the force state of the shear connector. Results of this study can be used for detailed analysis and evaluation of the composite box-girder bridge without the need to rely on the constitutive laws of shear connectors obtained from push-out tests.     

考虑腹板剪切变形及滑移的波形钢腹板梁理论模型

在采用栓钉等柔性剪力连接件的波形钢腹板组合梁中,由于波形钢腹板较大的剪切变形及双界面剪切滑移,平截面假定不再适用。为此,通过将波形钢腹板梁的弯曲分解为顶底板整体满足平截面假定的主弯曲和顶底板各自满足平截面假定的次弯曲,引入波形钢腹板的剪切变形协调条件和界面剪切滑移关系,推导了考虑波形钢腹板剪切变形及界面滑移的波形钢腹板梁弹性弯曲微分方程,利用给出的横隔板对次弯曲和滑移的约束边界条件,求得了简支波形钢腹板梁在不同荷载作用下的解析解,并采用有限元分析予以验证。在此基础上,分析了横隔板及滑移对梁体弯曲性能的影响。结果表明：横隔板约束对梁体变形影响很小,但会使其附近梁段顶底板出现应力集中;当界面剪切刚度系数大于0.9时,在高跨比1/20~1/10范围内,考虑滑移与不考虑滑移梁跨中挠度比小于1.05;界面剪切刚度系数越小,横隔板附近梁段顶底板应力集中越严重。     

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.     

H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪性能试验研究

通过13个在单调荷载作用下H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的推出试验,对其破坏形态、荷载-滑移特性和纵向剪力传递性能进行了研究,分析了栓钉数量、栓钉直径、栓钉布置方式、型钢翼缘宽度、腹部混凝土箍筋布置方式及加载方式等对受剪承载力的影响。试验结果表明：H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的主要破坏形态为外包混凝土劈裂破坏和栓钉剪断破坏;典型的荷载-滑移曲线可分为3个特征阶段,分别为无滑移阶段、荷载上升段及荷载下降段;腹部栓钉有效地提高了部分外包混凝土组合构件的纵向受剪承载力,且受剪承载力随栓钉直径的增大和栓钉数量的增加而增大;腹部栓钉纵向布置优于横向布置,栓钉纵向偏心布置对受剪承载力影响较小;宽翼缘型钢能更好地约束腹部混凝土,提高其受剪承载力;腹部箍筋不同布置方式对极限荷载的影响较小;通过分析构件的受力机理和纵向剪力传递模式,提出了H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪承载力算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

群钉钢-混凝土组合件栓钉受力状态研究

芜湖公铁两用长江大桥上层公路桥采用混凝土桥面系与钢桁组合梁，连接件为栓钉，节点附近栓钉的布置为密集型大吨位．为确定芜湖桥栓钉承载力设计值，完成了3000～5000kN栓钉群钢-混凝土组合件的极限承载力试验和有限元分析．该成果已用于芜湖桥的设计．     

Experimental investigation of double composite twin-girder railway bridges

A railway bridge with a double composite section has been proposed to enhance the structural performance of existing twin-girder bridges, because the governing design parameter of railway bridges is flexural stiffness. The concrete deck in negative moment regions is neglected in the design of continuous composite bridges assuming the concrete slab has no resistance to tension. Therefore, the flexural stiffness of the composite section in the negative moment region is reduced, resulting in an increase of the depth of the steel section. In this study, push-out tests on lying studs and mixed stud shear connection with lying and vertical studs were performed to investigate the behavior of the shear connection in the double composite section. In addition, the static strength of the shear connection was evaluated. This study focuses on continuous two girder bridge models of 5m-5m span length with the proposed double composite section. From the static tests on the bridge models, several design considerations were investigated including the effective width, shear connection, and ultimate strength of the double composite section. Based on the test results, design guidelines and innovative twin-girder bridges were suggested.     

钢桁腹预应力混凝土箱梁桥的设计应用

钢桁腹预应力混凝土箱梁桥是采用桁式钢腹杆代替混凝土箱梁中混凝土腹板而形成的一种新型组合结构桥梁。介绍了这种桥型的发展、应用、结构特点及节点构造,并举例介绍了国内第1座钢桁腹预应力混凝土连续箱梁桥的设计情况,供工程设计人员参考。     

大跨径波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应

为了研究大跨径波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应,结合1座采用悬臂施工的大跨径波形钢腹板箱梁桥,分别建立平面杆系有限元模型和空间实体有限元模型,模拟施工过程,选取3个关键截面,研究了波形钢腹板组合箱梁桥在不同施工阶段的剪力滞效应分布规律。结果表明:大跨径波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应随着施工阶段的推移是一个动态变化过程,在悬臂施工阶段,剪力滞效应变化较快,在施工阶段后期,剪力滞效应变化缓慢;最大剪力滞效应发生在最大悬臂状态时的端部截面。     

Parametric study and fatigue-life-cycle design of shear studs in composite bridges

Headed studs are widely used in steel-concrete composite bridges to resist longitudinal shear forces at the interface of steel girder and concrete slab. These studs are subjected to high-cycle fatigue loading due to the growth of traffic and increase in train speed. Within the frame of this paper, the dynamic structural behavior of the shear studs during train passages is studied. Different fatigue endurance models are employed for fatigue life estimation. A parametric study is performed to investigate the effects of different parameters that influence the fatigue life of shear studs. Finally a fatigue-life-cycle design procedure based on the train-bridge interaction analysis and the fatigue endurance model is proposed.     

基于工程设计的小曲率钢箱梁桥的计算研究

结合具体工程对小曲率钢箱梁桥进行计算研究,对比分析在不同截面形式下的受力特性,并对曲线钢箱梁桥的受力特点、剪力滞效应和最优截面方案进行综述和研究。分析表明:对于大跨度薄腹钢箱梁桥,增设横隔板和必要的纵肋是减小截面畸变变形的最优方案。     

钢管—混凝土组合桁架结构的静力分析

提出了钢管—混凝土组合桁架形式,为研究该类结构的静力特性,对组合桁架与普通桁架分别建立有限元分析模型,并应用ANSYS对其进行了对比分析。研究结果表明,组合桁架的内力分布均匀,能较好的发挥材料强度,具有抗弯刚度大的特点;对两端简支的组合桁架,其两端腹杆轴力较大,跨中腹杆轴力较小(几乎为零),与实腹梁受剪性能相似;下弦杆受拉,上弦混凝土板代替上弦杆受压,能充分利用混凝土受压和钢材受拉的材料性能。     

预制拼装式混合梁钢混结合段设计研究

荆岳长江公路大桥主桥为主跨816m双塔不对称混合梁斜拉桥,主梁钢混结合段采用带钢格室的部分连接填充混凝土形式。该文主要是对钢混结合段连接形式进行分析比选,对结合段细部构造如承压板、剪力键、钢格室、预应力筋等合理构造进行分析研究,最后通过受力计算分析,验证预制拼装式混合梁的安全性。     

单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力特性分析

分析单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力的特殊性,采用空间网格模型对垒水河桥进行结构分析,明确其主梁的板效应和剪力滞效应。由于单索面拉索的支撑作用,故箱梁内侧竖向变形较外侧小,内力较外侧大;独柱墩处近拉索侧腹板顶剪力滞效应最大,剪力滞系数高达2.7;独柱墩处截面的外侧腹板顶、挑臂顶和38 m跨边支点附近截面的中间底板处出现负剪力滞系数,这与初等梁理论的计算结果有根本的区别。     

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。     

波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的空间有限元分析

采用空间有限元法分析了波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应及主要结构参数对剪力滞效应的影响 ,并通过模型试验验证了计算模型的可靠性 ;提出了可供工程设计用的剪力滞系数计算经验公式和实用图表 ;为完善规范有关组合箱梁剪力滞系数的计算提供了理论依据     

剪力钉推出试验受力机理研究

剪力钉在钢-混凝土组合结构中传递剪力,调节钢与混凝土结构的受力分布,广泛应用于桥梁、高层建筑领域。由于计算和测试手段不足,以往对剪力钉受力机理的分析还仅限于对推出试验结果中的滑移量和破坏形式进行分析,规范中对剪力钉承载力的规定基本为以推出试验结果为主的经验公式。利用有限元软件通过合理的建模,对推出试件中剪力钉的细观应力场进行分析,结合推出试验结果,对剪力钉的受力机理进行细致分析。同时,通过变化参数对影响剪力钉性能的因素进行分析。