外包式柱脚传力机理及内力分布研究

为探究外包式柱脚的传力机理及内力分布状况,基于塑性损伤理论建立了外包式柱脚有限元仿真模型。通过模拟数据分析了钢柱在加载过程中各截面内力变化,研究了钢柱与外包层之间的相互作用机制及内力传递机理;对有、无栓钉外包式柱脚的内力分布进行了对比,研究了栓钉在内力传递过程中的作用及影响。研究结果表明,内力通过钢柱与外包层之间界面的接触应力及栓钉的作用力进行传递,在柱脚底部截面钢柱已将大部分内力传递给外包层;栓钉在内力传递过程中发挥了积极的作用,促进了钢柱将内力传递给外包层;布置栓钉有利于减轻钢柱底板下面混凝土的局部承压,改善锚栓的受力状况。

斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构传力机理及疲劳可靠性研究

针对锚拉板式索梁锚固结构部分区域应力集中严重,疲劳性能不明确等问题,对湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构分别进行了足尺比例静载和疲劳模型试验,研究了其结构特点、制造工艺、应力集中程度、塑性区大小和分布、关键构造细节的疲劳性能等。通过有限元计算,对影响结构性能的一些重要参数进行了分析。研究结果表明,该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在1.7倍设计荷载作用下个别区域出现了屈服,经循环加载疲劳试验结构关键部位未发现疲劳裂纹,结构的静承载力和疲劳性能均能满足设计要求,并具有一定的安全储备。研究结果为类似结构的设计提供了可靠的参考数据,并对结构参数优化、改善结构受力性能等具有一定的指导意义。

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。

新型铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构传力机理及应力分析

针对大跨度铁路斜拉桥活载重、索梁锚固区应力幅度变化较大等特点,宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥采用了全新设计的双挑式索梁钢锚箱。作为双挑式索梁钢锚箱的主要受力构件,支承板和承压板分别通过其双侧焊缝与主梁边腹板和风嘴板焊接在一起,形成由主梁风嘴板与边腹板共同承受并传递索力的新型索梁锚固结构。采用仿真分析与模型试验相结合的方法,进行该新型索梁锚固结构传力机理及应力分布的研究。结果表明:采用新型索梁锚固结构后,通过支承板与主梁边腹板和风嘴板间的连接焊缝,以受剪的形式将大约94%的斜拉索索力传递给钢箱主梁;虽然新型索梁锚固结构的各关键受力构件均存在一定程度的应力集中,但与传统的钢锚箱相比,可有效解决偏心弯矩引起支承板焊缝顶端应力集中严重的问题。

PBL剪力连接件群传力机理研究(Ⅰ)——理论模型

在混合桥塔、混合梁以及混合拱等新型组合结构中,需通过剪力连接件群在有限长度的钢-混凝土连接段内实现较大的荷载传递。该类结构对于设计理念、分析理论与计算方法提出新挑战,同时也对剪力连接件本身提出更高要求。根据PBL剪力连接件的受力特性,基于钢构件与混凝土构件的层间相对滑移和各层剪力连接件所承担荷载之间的关系,建立PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调理论模型。以该理论模型为基础,提出PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调计算方法。理论及试验研究表明,所建立的理论模型能够反映PBL剪力连接件群的力学行为本质;所提出的计算方法具有物理意义明确、求解简便、计算效率高、便于应用等特点。该理论和方法为PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力研究奠定了理论及方法基础。

PBL剪力连接件群传力机理研究Ⅱ:极限承载力

以PBL剪力连接件群传力机理试验模型为研究对象,采用所建立的荷载-滑移变形协调理论模型及其求解方法对PBL剪力连接件群的传力机理及其极限承载力进行研究。通过与试验结果及三维非线性仿真分析结果的对比进一步验证求解方法的有效性。对PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的系统研究表明:其荷载传递过程实质上是外荷载作用下钢构件、混凝土构件及各层PBL剪力连接件的刚度、变形及荷载的协调过程,三者耦合影响并共同决定剪力连接件群的传力机理及其极限承载力。鉴于PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的复杂性,就钢构件、混凝土构件以及PBL剪力连接件等关键影响因素及其效应进行研究,在此基础上对于PBL剪力连接件群的设计理念和设计方法进行探讨,指出PBL剪力连接件群设计需注意的问题及需考虑的主要因素。

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。

锚箱式索梁锚固结构受力特性研究Ⅱ:传力机理

鉴于锚箱结构体系及其受力特性的复杂性,以苏通大桥锚箱式索梁锚固结构为研究对象,采用理论研究与模型试验相结合的研究方法,对于锚箱式索梁锚固结构的传力途径、传力机理及其关键影响因素等相关关键问题进行系统研究。研究表明:斜拉索索力作用下锚箱式索梁锚固结构体系受剪力和弯矩的联合作用,并通过锚箱关键受力板件与钢箱梁腹板间的焊缝实现荷载传递,这一受力特性决定了锚箱结构的力学行为特性;由锚箱结构体系的复杂性所决定,不同的设计参数组合将导致其力学特性出现显著差异;锚箱顶底板与钢箱梁腹板的焊缝长度是影响其传力机理的关键因素;各关键影响因素对于锚箱结构力学行为特性的影响具有耦合性,对锚箱结构的传力机理进行系统研究是确定其关键设计参数从而实现其合理结构设计的基本前提。

红水河特大桥主梁钢-混结合段传力机理分析

贵州红水河特大桥主桥为主跨508m的混合梁斜拉桥,主梁钢-混结合段采用承压传剪式,其连接断面小,受力复杂。为验证红水河特大桥钢-混结合段的构造设计,在分析和明确其传力层次与传力路径的基础上,采用ANSYS有限元软件建立钢-混结合段的混合单元模型,分析了恒载及1.6倍超载工况下钢-混结合段的受力情况。结果表明:在1.6倍超载工况下,连接件的抗剪安全系数为1.2,满足设计要求;;主要传力单元承担的轴力比例相近,受力均衡,传力构造设计合理;钢梁埋入段与混凝土的界面接触粘结效应对内力的传递有较大贡献,在设计中可考虑其作用。

基于Ansys的斜拉桥钢混结合段传力机理研究

结合乌苏大桥钢混结合段模型的受力特点,研究制定了3种钢混结合段结合方式,然后利用Ansys软件建立有限元模型,计算得到了相同工况下3种方式结合段钢腹板及顶底板正应力数据,将3种数据分别与试验实测数据进行了详细对比分析,同时还探讨了剪力钉抗剪刚度对结合段传力的影响。结果表明:3种有限元模型数据与实测数据不尽相同,有限元模拟时,应结合实际中各种影响因素采用多种不同的有限元模型,以确定试验的正确性与安全性;剪力钉抗剪刚度对结合段传力影响较小,针对类似工程,建议通过改变剪力键构造或者增加钢格来提高结合段传力性能。

西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成,斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固,钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理,确保锚固结构承载安全可靠,选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型,分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响,以及索梁锚固结构处于不同索力工况下,锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明:钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠;锚箱结构受力相对独立,基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响,而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化;索梁锚固区域整体应力水平较低,但存在明显的应力集中现象,主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近,且随着索力荷载增大,应力集中现象更为突出;锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理,但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式,且随着索力荷载增大,焊缝等效应力分布特征更加显著。

钢牛腿支承锚梁型索塔锚固结构传力机理分析

运用通用分析软件Ansys,采用三维弹簧单元模拟焊钉连接件的作用,考虑两端固定、两端滑动及一端固定一端滑动3种钢锚梁端部支承形式,对钢牛腿支承锚梁型索塔锚固区端壁板连接件在锚固区自重、斜拉索力、混凝土收缩、塔壁日照温差和内外温差等作用下的传力机理进行分析。研究表明:钢牛腿支承锚梁型索塔锚固区端壁板连接件的受力分布极不均匀,其中作用于牛腿顶面附近连接件的拉拔力最大,约为30kN;钢锚梁端部支承形式对连接件剪力分布的影响不超过7%,对拉拔力分布的影响约为10%;斜拉索力、混凝土收缩对连接件拉拔力和剪力分布的影响约占总作用力的80%。

制作工艺对复合材料胶—螺混合连接接头传力机理及承载力的影响分析

根据制作过程中胶层固化的时机,复合材料胶—螺混合连接接头可分为两种制作工艺。目前对两种工艺制作的胶—螺混合连接接头的研究中均存在传力机理不清,缺乏承载力计算方法等问题。对于两种工艺所制作的胶—螺混合连接接头,对比分析其承载变形过程中传力机理及胶—螺之间变形协调条件的差异。基于接头的传力机理及胶—螺之间的变形协调条件,分别推导此两种工艺所制作胶—螺混合连接接头各自的承载力计算方法。利用该方法对采用两种工艺分别制作的各一组接头试件进行承载力计算和试验对比,理论值与试验值吻合较好,验证理论分析的正确性。

拉力型锚杆锚固段传力机理的全过程分析方法

现行规范和技术标准有关锚杆设计均假定剪应力均匀分布,这种设计方法并不符合锚杆受力的实际情况,通过对锚杆抗拔模型试验数据分析,绘制了锚杆在试验荷载作用下沿锚杆全长分布的剪应力-位移曲线。其次通过对锚杆抗拔模型试验结果的拟合分析,提出了锚杆锚固段剪应力与位移之间关系的弹塑性本构模型,结合锚杆受力的基本方程,得出了分析圆柱形锚固段和底端有锚定板的锚固段从弹性工作阶段到锚杆与岩土体界面滑移的全过程的分析方法,并在此基础上编制程序,对两种锚固段的岩石锚杆在任意荷载作用下的受力特征做了对比分析。同时文章还提出了决定锚杆承载力的特征作用段的概念。

承压锚固型斜拉桥钢塔结合段受力性能和锚杆传力机理研究

承压锚固型结合段锚固构造为斜拉桥钢索塔重要传力构件,研究了承压锚固型结合段的承压、抗弯性能,分析了施工阶段分两次张拉过程中及成桥运营期间各部件的受力,揭示了预应力锚固螺杆的应力分布状况与传力机理,掌握各部件实际应力分布并验证设计的安全性,为设计、施工和监测提供可靠依据.研究结果表明:索塔钢混结合段锚固构造在两次张拉及运营期间下受力明确,构造合理,承压、抗弯性能良好;预应力锚杆为重要传力构件,其有效预应力是影响压浆层与承压板之间可靠结合的关键因素,在锚杆预应力损失50%时,顺桥向弯矩最不利工况下承压板与压浆层之间约1/3区域脱离接触,应对运营期间的锚固螺杆中的有效预应力进行长期监测,并制定相应的补张方案.

三峡升船机安全机构埋件传力机理研究

三峡升船机是世界上技术难度和规模最大的垂直升船机,选用长螺母-短螺杆系统作为遭遇事故时的安全机构,安全机构传力可靠性对于保障升船机安全运行至关重要。建立了螺母柱结构精细化仿真计算模型,按照设定的事故工况研究了螺母柱的变形与应力,计算结果表明,螺母柱、工字钢、灌浆材料、一期混凝土、预应力锚栓、钢筋的拉压应力均小于相应的强度值,设计提出的传力机理与数值计算结果相吻合。沉船事故工况与船厢水泄空工况的原型试验结果表明,螺母柱埋件在试验过程中的位移很小,且未发现其他破损现象,此结果证明了螺母柱结构的可靠性,也验证了设计阶段的分析结论。

典型藏式古建木构梁柱连接传力机理分析

为研究典型藏式古建木构梁柱连接的力学性能,采用非线性有限元方法,建立梁柱连接的实体模型,分析了在楼面竖向荷载作用下,组成梁柱节点的各组件的受力状态,从而获得竖向荷载下节点的传力机理及破坏模式.研究结果表明:在楼面竖向荷载作用下,梁、弓木为受弯构件,垫木为横纹承压构件,斗、柱为顺纹承压构件,暗销主要承受顺纹压力、横向剪切力,组件之间通过接触面的摩擦力、挤压力及暗销剪切力传递荷载,以协同工作.节点的破坏极限采用应力准则确定,当梁受拉侧屈服时认为节点发生破坏.

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理.结果表明:承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡.相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.

框支不满跨剪力墙的传力机理（Ⅱ）──试验研究

本文针对高层建筑中框支不满跨剪力培这种结构布置形式，在理论分析的基础上进行了试验研究。按１／４比例设计了剪力墙宽度为满跨、２／３跨、１／２跨等三个试件，施加竖向荷载进行破坏试验，观察试件的传力机理，与理论分析结果互相印证。通过试验初步探明结构的破坏形态与剪力墙宽度的关系。

框支不满跨剪力墙的传力机理（Ⅰ）──有限元分析

当前在高层建筑中常遇到框支不满跨剪力培这种结构布置形式。本文用弹性有限元法分析了剪力墙不满跨布置时的内力分布特点，并与满跨情况作对比，发现后者的拉力拱式传力模式在不满跨时已不能形成。通过分析各种宽度剪力墙情况获得此种结构的传力机理，为结构设计提供参考依据。