CR连接件弹性抗剪刚度计算方法研究

当前对于钢混组合梁桥中CR连接件的研究主要集中于承载力,对其抗剪刚度研究较少,没有较为通用的理论计算公式。为建立合理的CR连接件抗剪刚度计算公式,笔者基于现有试验建立有限元模型并加以验证,模拟不同结构参数的剪力连接件弹性阶段的荷载-位移曲线,揭示不同参数下的连接件弹性抗剪刚度变化规律。利用等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型,笔者分别研究了剪力键、混凝土榫以及混凝土榫内贯穿钢筋的抗剪刚度,结合弹性阶段刚度叠加关系,建立了CR连接件弹性抗剪刚度理论计算公式。理论计算与有限元拟合结果对比表明:连接件弹性抗剪刚度理论计算值与拟合值的误差在7.7%以内,结果吻合性较好,可作为结构设计的依据。

岩体地基抗剪刚度系数试验研究

地基抗剪刚度系数反映了地基对上部结构在水平方向的约束强弱程度,直接影响地基上浇筑的混凝土结构温度约束应力的大小,是控制混凝土底板温度裂缝的关键参数之一。为完善温度约束应力计算中地基抗剪刚度系数的取值,基于岩体地基防水层底板温度应力监测现场试验,计算得到岩体地基防水层构造条件下地基抗剪刚度系数取值;而后进行了岩体地基上的防水层、垫层、滑动层3种构造条件的动力特性测试试验,基于量纲分析计算出了垫层和滑动层构造条件下的地基抗剪刚度系数取值。

栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性影响研究

设计6片钢—混凝土结合梁,从理论分析、试验和数值模拟3个方面,研究栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性的影响。结果表明:在常见的栓钉布置情况下,钢梁与混凝土板的界面存在滑移,二者变形不同步,振型存在明显相位差;随着栓钉连接件抗剪刚度的降低,结合梁整体刚度明显下降,与不考虑界面滑移的结合梁相比,完全连接和部分连接(连接度为60%)结合梁的刚度分别降低39%和48%,相应的1阶竖向自振频率分别降低22%和29%;栓钉连接件的抗剪刚度越小,结合梁的刚度折减越大,但各阶自振频率对应刚度的折减程度不同;少量的栓钉损伤对梁的竖向自振频率影响不明显。由于结构的基频对其冲击系数影响很大,因此在结合梁的动力性能分析及冲击系数计算中,应考虑栓钉连接件刚度的影响。

装配式组合梁剪力钉抗剪刚度研究

根据装配式钢-混凝土组合梁桥道板快速安装的工程需求,提出水平布置的装配式剪力钉。为了研究装配式剪力钉的抗剪刚度问题,进行推出试验。为选定合适的抗剪刚度公式,论述了国内、外常规剪力钉抗剪刚度计算方法的适用性和优缺点,并根据试验结果对现有抗剪刚度计算公式进行了分类。分析两类试件的抗剪刚度,发现:与常规剪力钉相比,装配式剪力钉的抗剪刚度均较大,正常使用极限状态下二者的抗剪刚度相差最明显。最后引入剪力钉抗剪刚度退化率的概念,用以分析组合构件在荷载作用下不同阶段的抗剪刚度变化特性。

副构架式转向架轮对径向装置抗剪刚度计算方法

轮对径向装置抗剪刚度是副构架式转向架的关键技术参数,直接决定车辆直线蛇行运动稳定性,并对其曲线通过能力产生较大影响。本文通过分析相关结构的受力及刚度串并联关系以确立决定轮对径向装置抗剪刚度的几何参数和刚度参数,并建立相应的数学计算公式。同时,使用高仿真有限元模型对比、验证该计算公式的精确性。该公式可为轮对径向装置抗剪刚度的参数设计提供必要的理论支撑。

盾构隧道凹凸榫-斜螺栓形式环缝径向顺剪抗剪刚度研究

为研究盾构隧道环缝径向顺剪的抗剪性能,针对凹凸榫-斜螺栓形式的环缝,建立环缝径向顺剪抗剪刚度模型;将环缝的径向顺剪过程分解为静摩擦作用、螺栓锚固、螺栓弯曲变形以及凹凸榫咬合4个阶段,分析不同阶段环缝的受力特点及抗剪刚度的主要构成,并通过解析方法得到4个阶段抗剪刚度的显式解答。选取足尺环缝径向剪切试验的试验结果对螺栓作用阶段抗剪刚度理论模型进行验证并分析误差来源,结果表明,由于螺栓的装配方式、环缝剪切试验中结构的受力变形原理等因素,理论模型与试验结果存在差异,但变形阶段存在一定的相似性,理论模型能够较正确地描述环缝剪切过程中螺栓的力学行为。选取带榫管片环缝剪切试验对分布式凹凸榫在咬合阶段的抗剪刚度进行验证,结果表明,当纵向力较大时(达到2000 kN),凹凸榫抗剪刚度的试验结果与理论模型计算结果接近,说明该模型能够较准确地描述在纵向力较大的情况下环缝剪切过程中凹凸榫的力学行为。

六边形孔蜂窝组合梁的等效抗剪刚度研究

目的研究六边形孔蜂窝组合梁等效抗剪刚度,提出可行的等效抗剪刚度计算公式,为蜂窝组合梁设计提供依据.方法将试验结果与有限元模拟进行对比,证明有限元模型的可靠性.建立不同径高比与距高比的6个有限元模型,将笔者计算公式结果与有限元模拟结果以及估算法结果进行比较.同时利用笔者公式对不同径高比与距高比的24个试件进行计算,分析等效抗剪刚度的影响因素.结果相比其他计算方法,文中公式计算结果误差较小,与有限元模拟结果相比误差均不超过9%.利用折减系数计算结果与有限元模拟结果误差不超过7.5%.结论研究表明,径高比是影响蜂窝组合梁等效抗剪刚度的主要因素,笔者提出的公式计算蜂窝组合梁等效抗剪刚度精度较高.

钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度分析

为建立钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算方法,结合已有文献推出试验,采用ABAQUS显式准静态求解技术进行非线性有限元分析,仿真计算结果与文献推出试验结果基本吻合。以橡胶套高度、橡胶套厚度、混凝土强度和栓钉直径为影响参数,分析组合连接件抗剪刚度变化规律,并结合现有栓钉抗剪刚度计算式拟合出SFRC栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算公式。结果表明:ABAQUS显式准静态求解技术能较好地实现组合连接件推出试验数值模拟;采用橡胶套包裹栓钉后会大幅降低连接件抗剪刚度,抗剪刚度最大降幅约为60%;当橡胶套高度为25 mm、厚度为2.5 mm时,即可显著降低连接件抗剪刚度;钢纤维混凝土强度对抗剪刚度影响较小;组合连接件抗剪刚度与栓钉直径近似呈正比关系;提出的抗剪刚度设计计算式能较准确预测钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度,为工程设计提供参考与借鉴。

大直径盾构隧道管片纵向连接抗剪刚度分析

盾构管片接头螺栓与螺栓孔存在装配间隙,剪切作用下管片纵向连接螺栓在受剪的同时还受弯矩作用。为得到更接近工程实际的管片纵向连接抗剪刚度,根据Timoshenko理论推导了大直径盾构管片纵向连接抗剪刚度计算公式,并通过上海长江隧道管片环缝抗剪性能试验进行了验证。研究结果表明:公式计算结果与试验结果吻合得较好;由于装配间隙的存在,剪切作用下管片纵向螺栓抗剪刚度主要由其弯曲刚度控制,螺栓变形也以弯曲变形为主。

矩形顶管F型承插接头抗剪刚度及影响因素研究

为研究矩形顶管F型承插接头抗剪刚度等抗剪力学特性,建立精细化三维有限元模型,通过分析不同剪切位移下接头构件的力学特征,对接头抗剪刚度及影响抗剪刚度的因素进行研究。结果表明:1)矩形顶管F型承插接头的抗剪刚度呈非线性特征,分为3个阶段。当接头错台量小于7.6 mm时,接头抗剪刚度基本不变;接头错台量为7.6~22.29 mm时,接头的抗剪刚度降低为30%;接头错台量超过22.29 mm时,接头达到屈服荷载,接头抗剪刚度基本为0。2)接头的破坏过程为接头倒角部位钢套环先屈服,之后接头倒角部位混凝土发生受压破坏,最后范围逐渐扩大形成整个破坏面;接头发生剪切错台变化时,倒角部位钢套环及端部混凝土承担大部分剪切荷载,易发生破坏,应对此位置重点加强。3)接头钢套环厚度和长度、倒角半径、管片厚度的增加均会提高接头抗剪刚度,其中管片厚度对接头抗剪刚度的影响最大。

考虑界面滑移的剪力钉群等效抗剪刚度研究

针对现有剪力钉抗剪刚度研究中较少考虑混凝土界面滑移,未能体现实际变形的问题,以单塔双索面自锚式悬索桥——朝元门桥为背景,考虑界面滑移,建立了混凝土塔柱与钢结构装饰塔柱间剪力钉群结构有限元模型,并推导出剪力钉群等效剪切刚度简化计算公式。结果表明:有限元计算能模拟钢和混凝土结构界面滑移,群钉抗剪刚度随着滑移的增大逐渐变小;借用板的有效工作宽度计算方法,确定剪力钉群构件中混凝土参与变形的面积,建立的剪力钉群剪切刚度计算公式主要与剪力钉的尺寸和布置等参数有关;推导公式计算值与试验结果、数值分析计算值、实测值一致。

栓钉连接件抗剪刚度计算与荷载-滑移曲线方程

为了明确栓钉抗剪刚度的影响因素,采用m法对栓钉连接件抗剪刚度进行了理论推导,建立了荷载-滑移曲线方程,计算结果与试验值及数值模拟结果吻合较好。在此基础上,探讨了栓钉直径、高度和材料性质,以及混凝土强度对栓钉抗剪刚度的影响。研究结果表明:栓钉直径对栓钉抗剪刚度影响较大,栓钉高度、材料性质及混凝土强度对栓钉抗剪刚度影响较小。

论框架柱抗剪刚度与外力有关

框架柱抗剪刚度的计算很重要,但现在大都不考虑外力的影响,因而计算结果存在一定程度的误差,有时还很大。以常用的D值法为例进行讨论,说明宜与外力有关。

剪力键抗剪刚度对组合梁桥收缩徐变的影响分析

为研究剪力键抗剪刚度对组合梁桥收缩徐变的影响,根据收缩徐变的本构模型,依托工程实例用有限元软件分析,总结出剪力键抗剪刚度对挠度和应力的影响规律。结果表明:跨中截面挠度随着剪力键刚度的增加而增大,第一跨跨中截面混凝土桥面板应力随剪力键刚度的增加而增大,而第二跨跨中截面混凝土桥面板应力随剪力键刚度的增加先增大后减小,且钢梁应力随剪力键刚度的增加而减小。

DDJ—W程序的抗剪刚度计算

从有限元的基本理论出发,分析了 DDJ-W 程序使用中一个用户易忽视而产生错误的计算——空间梁单元截面弹性性质文件中抗剪刚度的计算,并运用固体力学的经典理论,针对工程设计中常用的截面形状,推导出箱形和工字形截面梁抗剪刚度的具体计算公式.

开孔板连接件初期抗剪刚度试验

为建立组合结构桥梁使用的开孔板连接件抗剪刚度计算方法,以开孔板孔径、混凝土强度和弹性模量及孔中钢筋直径、强度和弹性模量等为变化参数,进行了60个模型试件的抗剪刚度试验;分析各试件剪力-相对滑移曲线的切线与割线的斜率比值变化,提出了以相对滑移0.2mm对应的割线斜率为开孔板连接件抗剪刚度的取值方法;采用弹性地基梁法分析了孔中混凝土及钢筋的抗剪机理,推导了开孔板连接件抗剪刚度的理论计算表达式;基于理论分析和123个模型试验提出了开孔板连接件抗剪刚度的计算式。研究结果表明:计算式反映了孔中混凝土、孔中钢筋及其对混凝土约束的作用,物理意义明确,可用于钢-混凝土组合结构考虑结合面开孔板连接件作用的计算分析。

不同锈蚀程度下栓钉连接件的抗剪性能分析

为研究栓钉连接件锈蚀条件下的抗剪性能退化规律,建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟.针对均匀圆环、受压区半环、受拉区半环及拉压区半环4种不同的锈蚀分布形态,考虑不同的锈蚀高度、锈蚀深度进行数值分析.结果表明,当锈蚀深度相同时,4种锈蚀分布形态的栓钉抗剪承载力随锈蚀高度的增加而降低,在锈蚀高度为10 mm时降到最小,且锈蚀深度越大,承载力降低程度也越大;当锈蚀高度相同时,随着锈蚀深度的增加,抗剪承载力和抗剪刚度基本上呈线性下降趋势;当锈蚀高度和深度相同时,均匀圆环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最大,相比其他3种情况降低60%左右,受压区半环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最小.研究成果可为钢混组合结构栓钉连接件耐久性设计提供参考.

电弧点焊连接的受力蒙皮体抗剪强度与刚度的研究

本文根据电弧点焊连接的受力蒙皮体抗剪试验结果,导出这种受力蒙皮体发生板框连接件破坏、板缝连接件破坏以及板整体剪切屈曲时极限承载力的简化计算方法,提出了这种蒙皮抗剪刚度的计算式。

转K7型转向架轮对径向装置抗剪刚度设计

针对转K7型副构架式自导向径向转向架,通过相关结构受力与刚度串并联关系分析,明确了决定其轮对径向装置抗剪刚度的几何和刚度参数,构建了抗剪刚度的数学计算公式。基于车辆系统动力学分析技术,确定了转K7型转向架轮对径向装置所需抗剪刚度为11MN·m-1。考虑转向架结构实际受限条件,对轮对径向装置各组成件的几何和刚度参数进行匹配设计。首先设计确定出对角斜撑角和连接杆轴向拉压刚度分别为42°和150MN·m-1,然后使用抗剪刚度数学计算公式导出所需的副构架结构横向刚度应不小于23.6MN·m-1,进而按该参数要求对副构架结构进行相应设计。考虑部件间接触配合关系,建立了轮对径向装置的高仿真非线性有限元装配体分析模型。计算结果表明:结构横向刚度为24MN·m-1,达到了轮对径向装置抗剪刚度的设计要求;抗剪刚度为所需设计值11MN·m-1,验证了抗剪刚度数学计算公式和设计方法的可靠性。

考虑栓钉抗剪刚度组合梁桥受力性能分析

分析采用弹性连接模拟栓钉抗剪刚度考虑组合结构中钢与混凝土接触面滑移对组合梁桥受力性能的影响。对某45m+66m+45m的三跨钢—混凝土连续组合梁桥结构进行分析,结果表明有滑移模型与无滑移模型在不同荷载工况下其内力及挠度最大误差均超过工程精度的5%,因此栓钉剪切变形引起的组合梁结构滑移对结构受力的影响不可忽略。研究结果可为同类型桥梁的设计和计算提供参考。