大跨斜腿钢管桁架结构日照非均匀温度场研究

大跨空间结构在施工过程中由于长期暴露在太阳辐射中,结构中存在明显的温度效应。又因为结构独特的空间网架特性以及太阳辐射角度的实时变化,杆件之间存在明显的遮挡作用,因此结构的温度场不仅是随时间变化的,还具有不均匀的特征。该文基于地理气象信息和杆件遮挡作用的结构温度场分析算法,以某个大跨斜腿钢管桁架结构为研究背景,模拟分析了结构的瞬态温度场,并结合结构的温度和微应变长期监测,对结构的不均匀温度场以及施工阶段受力进行了讨论。计算与实测结果表明,遮挡作用使得杆件之间的瞬态温差最大可达21%,时变性与不均匀性非常显著;结构施工阶段的受力主要来源于温度效应,结构在施工阶段的温度效应不可忽略。

钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展

钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。在传统桥梁结构形式的基础上,发展多种新型组合结构桥梁形式,拓宽组合结构桥梁的应用领域。介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展,内容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系。通过对传统结构形式的改进和发展,可充分发挥组合结构桥梁的综合优势,研究结果表明,钢-混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。

抗拔不抗剪连接新技术及其应用

负弯矩区混凝土板的抗裂难题一直以来制约着钢-混凝土组合结构体系的发展。该文针对这一难题,从组合结构的基本原理出发,提出抗拔不抗剪连接新技术,并研发相应的连接件构造形式,包括滑动式、T型和螺杆式。其中,螺杆式连接件构造简单、施工方便,建议在工程中优先采用。节段模型试验结果表明,抗拔不抗剪新型连接件在几乎不削弱负弯矩区组合梁整体刚度和极限承载力的同时,可显著提高负弯矩区混凝土板的抗裂性能。连接件性能试验还深入揭示了抗拔不抗剪连接件的滑移和抗拔机理。抗拔不抗剪连接新技术已成功应用于组合结构实际工程,解决其抗裂设计难题。抗拔不抗剪理念还可推广应用于提高桥梁上部结构的抗倾覆能力,为改善和加强结构整体牢固性提供新的思路。

钢筋混凝土叠合板的试验研究

在对 4块高强混凝土叠合板和 6块普通混凝土叠合板试验研究的基础上 ,讨论了不同叠合面作法对叠合板抗剪性能的影响。试验结果表明 :对于无抗剪钢筋的混凝土叠合板 ,叠合面仍有足够的抗剪强度 。

自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究

以青岛海湾大桥大沽河航道桥为工程背景,对自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能进行研究。主缆力通过锚固区向分体箱的传递可分为两个独立过程,针对这两个过程分别从局部性能和整体性能两个层次进行研究。第一个层次采用模型试验和有限元分析对纯钢和组合两种锚固构造局部受力性能进行研究。纯钢锚固构造应力分布规律复杂,应力集中现象明显,实测结果和有限元分析结果吻合良好。组合锚固构造钢与混凝土有效发挥组合作用,大幅降低钢板应力,减小钢板厚度和钢材用量,使钢板受力更为均匀。组合锚固构造相比纯钢锚固构造实测应力降幅明显,但略小于计算结果,表明钢与混凝土之间发挥部分组合作用,建议采取三方面构造措施以进一步发挥钢与混凝土的组合作用。第二个层次采用有限元分析方法对主缆锚固区整体受力性能进行研究。结果表明,整个过程传力可靠顺畅,安全储备高,符合按杆系模型计算整体结构的假定。

基于多尺度模型的自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究

应用多尺度有限元方法研究自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能与传力特征,针对以往研究中存在的不足,提出将整桥模型通过合理的连接方式统一到锚固区精细模型中以替代刚性边界条件假定的思想,提出主缆锚固区弹性边界的概念。以目前世界上跨度最大的自锚式悬索桥——桃花峪黄河大桥为工程背景,针对大桥主缆锚固区的受力性能,建立多尺度有限元模型。同时,根据传统的研究方法,建立缩尺有限元模型与足尺有限元模型作为对比模型。设计并完成了桃花峪黄河大桥主缆锚固结构的缩尺模型试验以作对比验证。深入的对比研究表明,试验模型、缩尺有限元模型与足尺有限元模型的结果均存在失真区,失真区范围不能被定量确定,导致研究结果不可信并带来庞大的精细有限元试算工作。应用弹性边界这一广义边界条件,提出的锚固区多尺度有限元模型可以精确地预测自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区的受力性能,且不受失真区的影响,为相关研究提供了一种科学、精确、高效、实用的新思路。

考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁变形计算的折减刚度法

钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢-混凝土组合梁变形增大.组合梁变形计算的现行换算截面法未考虑滑移效应,导致变形计算值偏小、偏于不安全.本文提出用折减刚度法考虑滑移效应对组合梁变形的影响,建立了刚度折减系数的简化实用计算公式.利用本文方法算得的组合梁在使用荷载作用下的挠度计算值与实验结果吻合良好.

钢-混凝土组合梁加宽混凝土旧桥技术中组合横梁界面受力性能研究

在钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中,旧桥混凝土边梁与新加宽的钢-混凝土组合梁间的横向连接采用钢-混凝土组合横梁的形式,这种横梁形式较为新颖,目前相关试验研究尚未有报道。对6个钢-混凝土组合横梁进行试验研究,通过采用目前已有的新老混凝土植筋界面承载力计算方法对试验结果进行对比计算。研究结果表明:组合横梁界面的破坏模式为新老混凝土界面破坏,钢-混凝土界面没有任何破坏特征;新老混凝土界面黏结破坏以前,新老混凝土之间几乎没有滑移,整体性很强;新老混凝土界面黏结破坏以后,界面剪力主要由植筋承担,试件延性良好。针对钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中组合横梁的破坏模式,采用合理的材料本构关系,提出三阶段界面受力模型,理论方法计算结果与试验值吻合良好。通过理论分析确定界面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土强度,界面粗糙程度和摩擦系数共同确定,界面正应力的存在有利于极限抗剪强度的提高;新老混凝土界面的残余抗剪强度主要由界面植筋提供,植筋率和植筋屈服强度是主要影响因素。最后,提出适用于实际工程的设计方法。

钢-混凝土组合结构在桥梁加固改造中的应用研究

近年来,钢-混凝土组合结构在桥梁加固改造中得到了越来越广泛的应用。本文简要介绍了在传统结构加固改造技术的基础上发展起来的两种新型组合结构加固改造技术,包括钢板-混凝土组合加固技术和组合加宽技术,并对其研究情况进行了综述。通过5个桥梁加固改造的工程实例,论述了组合结构技术在桥梁加固改造中的应用优势。将钢-混凝土组合结构技术应用于既有桥梁加固改造中,能克服传统结构加固技术的不足,大幅提高结构刚度和承载能力,改善结构耐久性,延长结构使用寿命,提升结构使用功能,同时施工快速方便,对周围环境影响小,符合可持续发展战略,具有广阔的发展前景。

波形钢腹板的抗剪强度

波形钢腹板抗剪强度的计算是波形钢腹板箱梁桥设计的重要问题。首先完成8根波形钢腹板H型梁的静力加载试验,初步研究波形钢腹板的抗剪性能。随后讨论波形钢腹板弹性剪切屈曲强度和抗剪强度ρ-λs曲线的已有计算方法,以进一步深入研究波形钢腹板的抗剪强度。再次建立计算波形钢腹板抗剪强度的有限元模型,研究影响弹性剪切屈曲强度和抗剪强度ρ-λs曲线的关键因素。在此基础上,通过大量数值计算和参数分析,提出波形钢腹板弹性剪切屈曲强度的简化计算公式和抗剪强度ρ-λs曲线,并与有限元计算结果进行充分对比,具有良好的精度。最后选取6批国内外波形钢腹板抗剪性能的试验结果对提出的计算公式进行验证,结果表明,建议公式具有良好的精度,可供工程设计参考。

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。

钢-混凝土组合箱梁的抗扭强度

共进行了9根钢-混凝土组合箱梁的扭转试验,其中4根用于研究纯扭性能,5根用于研究弯扭性能,初步掌握了该类型梁的抗扭机理。组合箱梁截面通过两种机制抵抗截面扭矩:U形钢梁和混凝土翼板组成的组合箱形截面(称为组合抗扭),及混凝土翼板开裂后形成的等效箱形截面(称为混凝土翼板抗扭)。组合箱梁在扭转中,截面上存在组合作用,即混凝土翼板和钢梁间存在相互约束作用。U形钢梁的抗扭贡献在于:它不仅作为组合箱形截面的重要组成部分,自身承担较大的扭矩,而且向混凝土翼板提供纵向约束,抑制混凝土裂缝的开展。在试验分析的基础上,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型,建立了适于分析钢-混凝土组合箱梁复合弯扭强度的三维桁架模型。该模型充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程,可以较准确地用于预测组合箱梁的极限强度。此外,还对组合箱梁的弯扭相关强度进行了研究。

多跨连续长索在支座处存在滑移的非线性静力分析

提出了一种考虑悬索结构在中支座存在滑移时的非线性计算方法,推导出关于索元无应力长度发生变化时的滑移刚度公式,并进行了实例计算。计算结果表明,本文的方法正确,计算精度满足实际工程要求,并能使计算工作量大大减少,可供悬索结构设计、施工时参考。

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。

钢管混凝土核心柱轴压组合性能分析

对于钢管混凝土核心柱,核心钢管混凝土和外围普通混凝土的受压性能存在明显差异,本文分析了外围混凝土体积配箍率等因素对柱协同工作的影响,推导出了临界状态时外围混凝土柱的配箍率,并与试验值进行对比,吻合良好。

不同翼板形式组合梁受弯性能试验研究

为研究不同翼板形式组合梁的受弯性能,完成了4根不同翼板形式钢-混凝土组合梁跨中两点对称加载试验,采用有限元方法对构件受力行为进行分析。研究结果表明:预制板组合梁和叠合板组合梁在正弯矩作用下受力性能基本一致,但在负弯矩作用下两者受力性能差异显著;预制板组合梁在混凝土翼板开裂之后,裂缝宽度不能得到有效抑制,截面刚度迅速下降,较早地进入承载能力极限状态。

钢-混凝土组合梁在我国的研究及应用

近年来，钢－混凝土组合梁结构在我国发展很快，在建筑和桥梁结构等领域已经得到越来越多的应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。本文较为系统地阐述组合梁在我国的研究和应用情况，并指出了有关钢－混凝土组合梁方面值得进一步研究的问题。

步行荷载作用下单跨人行桥振动的均方根加速度反应谱法

基于标准步行荷载模型,使用人行桥多点加载的计算模型,对单跨简支和固支人行桥在不同跨度、人行桥基频、线密度、阻尼比和行人步频等参数情况下的动力反应进行大量的计算。通过参数分析,拟合得到单个行人通过人行桥时产生的均方根加速度反应谱包络线公式,并与数值计算结果、部分学者和规范的推荐估算结果进行比较。探讨使用均方根加速度反应谱包络线公式求解边界条件不明确时人行桥动力反应的简化计算方法。

钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载下的抗震性能研究

为研究钢管混凝土的抗扭性能,完成8个钢管混凝土柱试件在纯扭和压扭荷载下的拟静力试验,变化截面形式、含钢率和轴力大小等参数。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭矩荷载作用下的滞回曲线非常饱满,没有"捏拢"现象产生,卸载刚度几乎等于初始弹性刚度,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。轴力较小时,轴力对钢管混凝土柱的抗扭承载力有提高作用,且延性较好;但轴力较大时,轴力将削弱钢管混凝土柱的抗扭承载力。在纯扭荷载作用下,钢管内的混凝土由于斜向开裂形成螺旋斜压杆,斜向压力的轴向分量由钢管的轴向拉力平衡,导致钢管存在拉应变。在纯扭和压扭荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。基于试验结果和已有文献研究成果,较为全面地分析钢管混凝土的抗扭机理,为进一步开发可考虑扭转作用的钢管混凝土杆系单元提供研究基础。

钢-压型钢板混凝土组合梁裂缝的试验研究

为研究钢 混凝土组合梁在负弯矩作用下混凝土翼缘裂缝的发生和发展情况 ,对 8根钢 压型钢板混凝土组合梁进行了试验研究。结果表明 ,影响组合梁裂缝的因素比较复杂 ,需要采取有效的措施加以控制。同时 ,结合试验和理论分析 ,进一步完善了钢 混凝土组合梁混凝土翼缘最小配筋率、开裂弯矩和最大裂缝宽度的计算方法 。