变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

装配式钢筋桁架简支梁力学性能有限元分析

提供一种新型装配式钢筋桁架梁的设计,采用蛇形腹筋代替传统箍筋,利用有限元软件ABAQUS对四个模型的受力性能进行分析。研究蛇形腹筋与底部纵筋形成的不同角度,以及梁在两种荷载形式下的力学性能。对比分析了传统钢筋混凝土简支梁与新型钢筋桁架简支梁的承载力、挠度、裂缝发展和经济效益。结果表明,相较于传统钢筋混凝土梁,新型装配式钢筋桁架梁的抗弯和抗剪承载力均有所提高,钢筋用量大幅度减小。在保证结构安全性和可靠性的前提下,新型装配式钢筋桁架梁结构充分发挥钢筋混凝土结构的优势,节约建设成本,将经济效益最大化。研究结果可对结构专业设计人员提供参考。

钢桁腹-混凝土组合结构桥梁新型PBL-钢管节点试验研究

开发了一种适用于钢桁腹-混凝土组合结构桥梁、便于现场快速组装的新型PBL-钢管节点.为研究该节点的力学性能,制作了大比例缩尺模型试件并进行了静力加载试验,同时制作了一个不带开孔夹持钢板的简单V形钢管节点试件进行对比.研究结果表明:新型PBL-钢管节点的破坏形态表现为钢管交汇区的直剪破坏,导致破坏的主要原因是混凝土弦杆节间的轴力差在节点区产生的竖向剪力;设置夹持钢板可提高节点的抗剪承载力及变形能力,但夹持钢板作用存在滞后效应;新型PBL-钢管节点的抗剪承载力主要由连接螺栓、PBL剪力键及弦杆混凝土提供,基于节点破坏形态提出的抗剪承载力简化公式的计算结果偏于安全,可用于指导节点设计.新型PBL-钢管节点是一种可靠的节点形式,适用于实际工程.

钢腹杆-混凝土新型组合箱拱桥试设计

介绍了大跨度混凝土拱桥的发展现状,提出了用钢腹杆代替混凝土箱拱截面中的混凝土腹板,形成钢腹杆混凝土新型组合箱拱桥的构思.介绍了钢桁腹杆混凝土组合结构在梁桥中的应用情况.以主跨160 m的福建宁德岭兜混凝土拱桥为结构原型,进行了钢腹杆混凝土组合拱桥的试设计,并采用有限元方法进行了结构计算分析.结果表明,试设计桥梁满足设计要求且较混凝土拱桥减小拱圈自重约32%.初步研究表明,钢腹杆混凝土组合箱拱通过减轻自重,减小了拱圈内力,有利于悬臂施工,可提高抗震性能,是一种具有应用前景的新型组合拱结构.

钢桁腹组合梁剪力滞效应的有限元分析

为了研究钢桁腹组合梁剪力滞效应,利用通用有限元软件Ansys建立三维实体模型,并建立与之对应的波形钢腹板组合梁的有限元模型,进行对比分析。通过分别施加集中荷载与均布荷载,研究钢桁腹组合梁在不同荷载工况下的剪力滞效应,以及截面上剪力滞系数的分布情况。结果表明:钢桁腹组合梁在集中荷载与均布荷载作用下,顶底板存在明显的剪力滞效应;钢桁腹梁组合梁在集中荷载作用下的剪力滞效应比均布荷载下的要明显;在相同荷载作用下,钢桁腹组合梁顶底板正应力小于波形钢腹板组合梁;在不同荷载工况作用下,2种组合梁顶底板剪力滞系数横向分布大致相同。

钢腹杆-混凝土新型组合拱桥地震响应特性

目的为钢腹杆-混凝土组合拱桥这种新型组合桥型的实际应用打下基础.方法以一座混凝土箱拱桥为工程背景,采用时程分析法,对三向地震动作用下的钢腹杆-混凝土新型组合拱桥的动力特性和地震响应进行了分析.结果与原混凝土箱拱相比,该新型组合拱的面外基频降低约45%,面内基频降低约18%～26%;而横向内力响应减少约50%,纵向弯矩和轴力响应分别减小约30%和17%,而且采用钢腹杆代替混凝土腹板对抵抗竖向地震动有一定的作用.结论钢腹杆-混凝土新型组合拱桥具有较好的抗震性能.

钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转效应分析

结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构特点,基于薄壁箱梁扭转理论,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而推导出组合箱梁约束扭转控制微分方程;利用初参数法求解微分方程,并分析出翘曲双力矩以及扭转翘曲正应力随梁跨的变化规律。通过有限元模拟分析,将有限元值和理论值进行比较,结果吻合良好。研究表明,翘曲双力矩在集中扭矩作用处达到最大值,并且衰减速度很快,使得该处箱梁截面的翘曲应力达到最大值,箱梁的翘曲双力矩在远离集中扭矩作用处几乎为零,翘曲正应力也几乎为零;有限元数值与理论数值的差值百分比在10%以内,说明本文建立的理论计算方法合理可行。

钢桁腹式混凝土组合箱梁桥的空间梁格模型

为更加合理地开展钢桁腹式混凝土组合箱梁桥的设计,通过对比已有分析模型的优缺点,提出了钢桁腹式混凝土组合箱梁桥的空间梁格模型。介绍了空间梁格模型的建模思路,并参考Hambly关于梁格建模的基本原则,提出了适用于空间梁格模型的建模方法。通过应用示例,展示了基本空间梁格和精细化空间梁格的建模方法,并与实体有限元模型进行对比。结果表明:对于结构整体分析,基本空间梁格就能满足要求;而对于横向分析,则需采用更为精细化的空间梁格模型。

考虑节点刚度的钢桁腹连续箱梁桥多尺度分析

为探究某在建4×60 m钢桁腹-混凝土连续箱梁桥新型桥梁结构的工作性能,建立精细化非线性节点模型,求解节点转动刚度曲线,并通过界面连接关系,建立适用于连续组合桥梁腹杆与负弯矩区受力性能研究的多尺度模型。研究结果表明:考虑组合节点初始转动刚度时,成桥状态腹杆受弯矩较小,可采用节点铰接的简化设计方法;负弯矩区腹板在弦杆和腹杆共同作用下,上部受拉下部受压,应力呈阶梯状分布,其中受腹杆轴力影响最大,应沿主拉应力迹线方向配置预应力钢束;竖向荷载作用下顶板存在正剪力滞效应,节点处顶板存在负剪力滞效应。

钢桁式腹板组合截面在桥梁工程中的应用

钢桁式腹板组合截面能有效地减少结构自重,在大跨径梁桥应用其优点显著。本文介绍了该组合截面形式的主要特点,并与其他类型的钢-混凝土组合截面进行了比较,同时介绍了该截面类型在桥梁工程中的应用,并以法国的BrasdelaPlaine桥为例,重点介绍其在刚构桥中的应用。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的剪滞效应

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥在截面形式上采用桁式腹杆和混凝土顶底板,由于剪切变形的不均匀性,使得组合箱梁在纵向弯曲时产生较为明显的剪滞效应。以某钢桁腹混凝土组合梁桥为例,利用空间实体模型分析了剪滞效应和有效宽度分布规律,并研究了顶底板厚度及钢管壁厚对剪滞效应的影响,为今后同类桥型的设计提供参考。

交错桁架-柱装配式节点滞回性能试验研究

针对交错钢桁架与柱子装配式连接的工程应用和抗震设计需要,设计了三个不同连接构造的节点,试验研究了由上弦杆、斜腹杆和柱子组成的受轴力循环作用的桁架节点滞回性能,试验表明斜腹杆与节点板的焊接部位是薄弱环节,容易开裂破坏。在以上节点的斜腹杆破坏失效后,选择了其中两个节点,继续试验研究了由弦杆和柱子组成的受弯矩循环作用的框架节点滞回性能。分析了这些节点在斜腹杆失效前后的破坏特征、承载力、延性、耗能能力等性能以及不同连接构造细节对这些性能的影响。研究表明受循环轴力的桁架节点具有较高的承载力和初始刚度,但延性、耗能能力一般,弦杆与柱的连接构造形式对节点性能影响不显著;受循环弯矩的框架节点仍具有较高的抗弯承载力和耗能能力,但是弦杆与柱的连接构造形式对节点性能有较大的影响。为了抵抗地震作用,建议交错钢桁架的H形截面弦杆的上下翼缘应与柱子可靠连接,来确保斜腹杆破坏退出工作后弦杆通过抗弯方式传力到柱子,实现强节点的功效。

钢桁腹混凝土组合梁挠度计算方法研究

为了研究钢桁腹混凝土组合梁在竖向荷载下的变形性能,考虑钢桁腹杆的剪切变形,引入钢桁腹混凝土组合梁剪切变形位移函数,利用Timoshenko梁理论与能量变分原理,推导出钢桁腹混凝土组合梁在不同加载工况下的挠度计算方程。结合ABAQUS有限元分析算例,对比分析简支钢桁腹混凝土组合梁在不同加载工况下的挠度值。研究结果表明:钢桁腹混凝土组合梁挠度计算公式的结果与有限元分析值吻合良好;剪切变形和弯曲变形对钢桁腹混凝土组合梁的挠度影响在98%以上,剪力滞效应产生的附加挠度仅有1.2%左右。

新型轻钢龙骨体系桁架梁承载力试验研究

根据12根无比钢桁架梁的承载力试验,获得了典型桁架梁在竖向荷载作用下的极限承载能力、破坏模态及抗弯刚度。无比钢桁架梁的极限承载力和竖向抗弯刚度均较小,跨中弯矩-应变基本呈直线关系。在进行设计时,应加密布置,加大受压上弦杆的截面型号,放宽梁刚度的限制数值。该体系的破坏一般经历局部破坏和整体失稳2个阶段:前者包括V型连接件局部屈曲和自攻螺丝被剪坏2种情况,可分别通过增加V型连接件的数量或自攻螺丝的直径或数量加以解决。

马鞍山长江公路大桥三塔悬索桥钢箱梁设计特色

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为三塔两跨悬索桥,其主梁采用钢箱梁结构。根据结构受力合理、施工方便、节省材料等原则设计了钢箱梁。横隔板采用空腹桁架式结构,既满足结构受力要求,又可减轻结构重量、便于施工;在中塔位置采用下横梁与钢箱梁不等高的固结设计,使下横梁内力及钢箱梁应力满足设计要求;塔梁固结设计增大了钢箱梁的竖向刚度,减小了中塔顶主缆的不平衡水平力;在标准节段与塔梁固结段设置变高段使塔梁固结位置应力传递匀顺;将锚拉板与钢箱梁内纵腹板连为一体并伸出钢箱梁顶板,桥面荷载直接通过纵向腹板及横隔板耳板传给吊索,避免了设置复杂的吊索锚固加劲构造及吊索锚固耳板与桥面板间直接承受拉力的焊缝。

钢-混凝土组合桁架外接式节点优化分析

钢-混凝土组合桁架外接式节点由钢腹杆和上下混凝土弦杆组成,节点板包括内置混凝土部分和外露部分。采取荷载位移曲线对是否考虑钢节点板内置部分与混凝土之间的粘结效应进行对比分析。利用弦杆近加载端荷载位移曲线对影响节点承载力的单因素进行分析。采用数理统计中的正交试验方法对影响节点承载力的因素进行多因素多水平正交分析,同时讨论因素之间的交互作用并给出最优解。在特定弦杆截面尺寸下,研究结果表明:钢节点板厚度和钢腹杆壁厚对节点的承载力影响较大,二者间存在明显的交互作用。研究成果可为以后实际工程设计以及理论研究提供帮助。

钢-混凝土排架体系与轻钢门式刚架的比较

在工业厂房中,常用的结构体系有排架体系和刚架体系。因此对中小型单层厂房中实腹式钢柱加实腹式钢板梁排架体系,实腹式钢柱加空腹钢管桁架排架体系以及钢筋混凝土柱加空腹钢管桁架排架体系与轻钢门式刚架进行了综合比较。

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象,开展抗扭性能试验和理论分析,并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比;研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响,并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明,波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂,且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法,提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态,提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法,并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比,误差不超过8.5%。

新型钢桁腹预应力混凝土组合梁性能分析

为了更清楚新型钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的力学性能,以一座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥为工程背景,采用精细化空间梁格模型进行了比较分析。研究表明:恒载作用下全桥各个截面都存在明显的剪力滞效应,但顺桥向位置不同其不均匀性也有差异;由于桥面板局部刚度较低,钢腹杆节点疲劳问题较为突出;取消了上下钢弦杆,顶底板混凝土的预应力效率大幅提高。