湿热老化对FRP-钢胶接节点力学性能的影响

为进一步研究湿热老化对纤维增强复合材料(FRP)-钢胶接节点力学性能的影响,在现有试验的基础上,采用轮盘加载装置,分别从6个加载条件对湿热老化处理后的FRP-钢胶接节点进行一系列加载测试,研究了湿热老化对FRP-钢胶接节点的极限破坏荷载、破坏模式、刚度以及强度破坏准则的影响,并将结果与未老化胶接节点进行比较。试验结果表明:在剪切和拉伸荷载作用下,湿热老化显著降低了FRP-钢胶接节点的极限破坏荷载,分别降至11.0 kN和41.9 kN;在组合荷载作用下,湿热老化对极限破坏荷载的影响较小;老化与未老化FRP-钢胶接节点的强度破坏准则曲线彼此接近;对于拉伸和拉伸/剪切组合荷载条件,湿热老化改变了FRP-钢胶接节点的破坏模式,即从FRP夹芯板和结构胶粘贴层之间的部分界面破坏到覆盖整个结构胶粘结区域的FRP分层破坏和纤维断裂破坏的组合;在6个加载条件下,湿热老化均明显降低了FRP-钢胶接节点的刚度。因此,在设计及使用FRP-钢胶接节点时,应该充分考虑湿热老化对FRP-钢胶接节点力学性能的影响,避免其发生结构破坏。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

京广高铁联络线160m四线混合连续梁桥设计及关键技术

京广高铁联络线流溪河特大桥主桥采用(70+160+70)m四线混合连续梁方案跨越流溪河。该桥为四线铁路钢混混合梁式桥,文中介绍了该桥工程概况、结构构造及主要计算结果。为确定四线铁路混合连续梁桥的关键技术,采用结构分析软件对该桥等效跨度、边中跨比、钢梁长跨比等结构参数进行对比研究,得出0.875倍预应力混凝土连续梁跨度为等效跨度、0.45~0.5的合理边中跨比、0.35~0.4的合理钢梁长跨比等结论。该桥中跨跨中设63 m钢梁,截面采用易于运输、施工方案更灵活的分离双箱钢梁截面,提高了结构适应性;中跨钢梁的设置减小了结构自重和梁高,提高了桥梁的跨越能力,减少工后徐变;中跨中钢梁替换常规混凝土梁,大大减小了主跨自重,边跨长度可进一步减小,有利于满足高速铁路刚度要求;钢梁采用整体吊装施工方案,减少了悬灌节段数,缩短了施工工期,为铁路高速发展提供了便利。

负弯矩区部分充填式窄幅钢箱-UHPC-NC组合梁抗剪承载力研究

为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC-NC组合梁负弯矩区受剪性能,开展3根部分充填式窄幅钢箱组合梁加载试验,研究组合梁的破坏模式、变形及裂缝分布规律。基于ABAQUS软件建立组合梁有限元模型,通过试验结果验证模型的准确性,并分析充填混凝土强度fcu、充填混凝土高度hf、UHPC层厚度hu和剪跨比λ对组合梁抗剪承载力的影响。研究结果表明:3根组合梁钢箱上箱室均发生剪切破坏,翼板跨中出现弯曲主裂缝,加载点与支座间产生剪切斜裂缝。在弹性阶段,UHPC和NC、钢箱与翼板协同工作性能良好,NC翼板组合梁端部表现出明显的剪切破坏;UHPC翼板组合梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载较NC翼板组合梁分别提高55%、37.5%和12.5%,最大裂缝宽度从1.48 mm降至0.82 mm。有限元模型计算与试验结果吻合良好,可用于组合梁受力性能参数分析。组合梁抗剪承载力随hu的增加基本呈线性关系,当hu从0增加至100 mm时,组合梁抗剪承载力提高12.5%;当hf达到0.3后、提高fcu对组合梁抗剪承载力的影响并不显著,hf应控制在0.3左右且fcu不宜过高;组合梁抗剪承载力随着λ的增加基本呈线性关系递减,λ=2.8为组合梁弯剪破坏和受弯破坏界限剪跨比。提出考虑钢箱、充填混凝土和翼板贡献的组合梁抗剪承载力计算公式,并与试验和数值模拟结果进行验证分析,结果吻合良好且偏于安全。

宽幅混合梁斜拉桥钢-混结合段温度效应研究

文中基于热传导理论和ABAQUS有限元数值模拟,分析了日照非均匀温度作用下宽幅混合梁斜拉桥钢-混结合段温差以及温度应力分布特征.结果表明:钢-混结合段温度传递具有一定的滞后性,顶板升温和降温幅度明显高于底板;钢梁过渡段横向温差在悬臂处较为明显,最大变化幅4.6℃;横隔板竖向存在明显的温度梯度,在18时钢箱梁过渡段产生最大竖向温差,约为14℃;结合段在温度作用下,钢梁总体受压,局部受拉,拉应力集中在锚固腹板处,混凝土梁整体受拉,局部受压,压应力集中在悬臂段中部.

大跨连续梁拱组合体系桥拱脚结合段局部应力分析

大跨连续梁拱组合体系桥拱脚结合段的构造和受力复杂,需要对此处进行局部应力分析。结合工程实例,采用有限元法对拱脚结合段进行建模,提出了局部模型边界力的施加方法,并对其施加整体模型计算出的内力进行细部计算,分析局部应力状态。计算和分析结果表明,拱脚结合段的应力总体上满足设计规范要求,横隔板分别与顶板、底板和腹板相连接的倒角位置出现应力集中现象,建议对倒角设置平顺过渡段;在拱肋插入处的顶板和支座位置处的底板存在应力集中现象,建议对这些位置加强布置构造钢筋。

新型不锈钢螺栓连接件疲劳后力学性能退化研究

为探究装配式组合梁中新型不锈钢螺栓连接件疲劳后的力学性能,开展螺栓连接件疲劳后力学性能仿真方法研究。首先,基于当前螺栓连接件存在的问题与不足,设计了一种耐锈蚀、方便拆卸的新型螺栓连接件。其次,进行1组静载推出试验,4组不同疲劳加载次数后的静载推出试验,分析了试件破坏特征以及力学性能退化规律。最后,基于材料剩余强度理论,引入考虑疲劳损伤的混凝土和螺栓连接件的材料退化本构模型,建立不同疲劳加载次数后的螺栓连接件力学性能退化仿真计算流程,并对仿真结果进行了验证。结果表明:新型螺栓连接件疲劳加载270万次后剩余承载力退化了12.1%,且疲劳后破坏模式为螺栓剪断。采用的材料本构退化模型的仿真计算值与试验结果吻合较好,能够合理地反映螺栓在疲劳后的力学性能退化状况。

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。

南京长江第四大桥节段预制拼装箱梁足尺模型试验

为研究节段预制拼装箱梁在正常使用阶段和施工状态下的结构行为,结合南京长江第四大桥开展了一孔48 m跨径该类箱梁的足尺模型试验。首先模拟正常使用荷载工况,测试试验梁的主要静力反应,然后模拟在张拉一部分预应力束的梁上通行运梁车的工况,测试试验梁的应力状况,并采用ANSYS建立试验梁实体有限元模型进行对比分析。研究结果表明:在正常使用阶段,节段预制拼装桥梁的整体性较好,键齿接缝两侧基本没有相对滑移,加载、卸载后梁体残余变形较小,力学行为基本符合平截面假定;在梁上运梁工况下,实测梁体下缘压应力约为6 MPa,距消压状态还有一定的安全储备。

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁试验

介绍了波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的发展与应用概况,为研究该类结构的受力性能,根据依托工程设计制作了缩尺比例为1∶4的模型试验梁,按分级加载的方式进行了静力荷载试验,对波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的弯曲、剪切及扭转性能进行了试验研究,得到了各级荷载作用下的箱梁挠度,混凝土顶底板、波形钢腹板、横隔板的应变,支座反力以及开裂荷载与破坏荷载。试验结果表明:波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的受力性能与普通预应力混凝土箱梁相比有其自身的特点;在试验荷载作用下,其弯矩由混凝土顶底板承担,绝大部分剪力由波形钢腹板承担;在4点对称荷载作用下,箱梁跨中截面顶板存在负剪力滞现象;在弹性范围内,混凝土顶底板纵向应变呈线性变化,符合梁理论的平截面假定;箱梁受弯过程可分为3个阶段,弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和屈服破坏阶段;布置中横隔板能有效地提高箱梁的抗扭刚度。

混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能研究

为研究混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能,本文对2类7组共28个插入式试件进行破坏性试验。基于试验结果,对分别采用超高性能活性粉末混凝土(RPC)和C50普通混凝土浇筑的PBL剪力键力学性能、破坏形态及传力原理等进行分析,探讨影响PBL受力性能的主要因素;同时将试验结果与国内外学者提出的PBL承载力公式计算值进行比较,建立孔内榫剪断形式下、考虑开孔钢板与混凝土黏结作用的PBL承载力计算式。结果表明:采用RPC浇筑的PBL剪力键相对采用C50浇筑受力性能得到改善,PBL延性主要受孔内贯穿钢筋变形性能控制,混凝土榫能有效提高PBL的抗剪能力。建立的承载力计算式物理意义明确,计算值与试验值吻合较好,可用于采用RPC或普通混凝土浇筑的混合梁钢-混结合段PBL承载能力的确定。

钢混组合梁桥跨中下挠成因分析与解决方案

钢混组合梁桥在实际运营时跨中常出现下挠现象,这不仅影响了桥梁的正常使用,还可能对桥梁的安全构成威胁。分析认为:钢混组合梁桥跨中下挠问题主要由材料性能退化、设计施工缺陷和运营维护不当等因素导致。对此,从材料性能提升、结构加固改造和管理维护体系完善等方面入手进行解决。并通过典型案例的总结和分析,提出相应的下挠解决方案,可为类似问题的解决提供参考。

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.

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。

钢-混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计。采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性。对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25%。可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性。

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。

波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算的初参数法

为准确计算波形钢腹板混凝土组合梁的挠度,推导了考虑剪切变形影响的波形钢腹板混凝土组合梁的挠曲线初参数方程.首先分析了波形钢腹板混凝土组合梁截面上剪应力的分布特点,得到了腹板剪应力的简化计算公式;然后推导了其挠曲线的初参数方程,提出了组合梁挠度的计算方法,进而对承受跨中集中荷载、两点对称荷载和均布荷载等3种典型荷载作用下的波形钢腹板混凝土组合梁的挠度进行分析,并将其结果与试验实测值、有限元结果进行比较,验证了文中理论方法的准确性和适用性;最后利用文中理论方法和有限元方法分析了跨高比和宽高比对波形钢腹板混凝土组合梁剪切变形的影响,并给出了波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算是否需要考虑剪切变形影响的跨高比界限建议值.

钢管混凝土拱桥拱肋横撑对动力和稳定性的影响

针对钢管混凝土拱桥拱肋横撑对整体桥梁结构的竖向抗弯刚度和扭转刚度的影响作用,运用通用有限元分析软件ANSYS对某一跨径为400 m的钢管混凝土拱桥建立空间有限元计算模型,分8种工况计算了该桥的动力特性和稳定安全系数,对比分析了横撑的位置、形式及数量等因素对这类型桥梁结构的动力性能和稳定性能的影响。计算结果表明,大跨度钢管混凝土拱桥的拱脚和拱顶必须设置横向联系,拱脚横撑对面内基频的影响不大,对面外基频和结构稳定性影响大,而拱顶横撑对面外基频、面内竖弯基频以及稳定性影响不大,但对扭转基频影响显著,另外,"K"撑对动力和稳定性能的影响比"米"撑显著,建议在不改变横撑数量的情况下优先采用"K"撑。

432m活性粉末混凝土拱桥的设计

拟修建的巴卡尔桥为432 m跨径的拱桥,位于里耶卡到塞尼的高速公路上,横跨巴卡尔海峡。该桥几乎完全由强度达到200 MPa的活性粉末混凝土预制构件拼装组成。对该桥新颖的结构形式,施工工艺和富有美感的外形进行了描述与分析。

疲劳荷载作用下栓钉连接件的抗剪承载力退化规律

为了解钢-混凝土组合结构中栓钉连接件在疲劳荷载后的力学特性,针对栓钉推出试件进行静载破坏试验、完全疲劳试验以及非完全疲劳破坏试验.在此基础上归纳了已有栓钉连接件的非完全疲劳破坏的相关试验数据,将疲劳循环次数和剩余抗剪承载力这两个参数作归一化处理,使得所有试验数据具备可比性;同时基于剩余强度理论,推导出适用于栓钉连接件的剩余承载力计算模型,并通过试验数据拟合确定其参数;最后通过若干文献的试验数据进行验证分析.结果表明:在疲劳荷载作用下,栓钉连接件的剩余承载能力呈现先慢后快的非线性退化趋势.所提出的栓钉连接件承载力幂指数退化模型可以较好地描述栓钉连接件的剩余承载力随疲劳循环次数的变化规律.