PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架受弯性能试验

通过3片开孔钢板(PBL)加劲型矩形钢管混凝土桁架和1片矩形钢管混凝土桁架受弯性能试验,研究主管内设PBL及节点支主管宽度比β对桁架破坏模式、支主管应变变化和极限承载力的影响,对桁架竖向挠度限值进行分析,并探讨节点变形对桁架整体变形的影响。结果表明:矩形钢管混凝土桁架和PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架均发生节点破坏,主管内设PBL改变了管内混凝土的开裂模式,有效限制了混凝土裂缝发展,使钢管与混凝土更好地协同受力;矩形钢管混凝土桁架和β分别为0.5,0.75,0.875的PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架的节点变形占桁架整体变形比例分别为33.43%,24.44%,23.69%和21.44%,PBL有效限制受拉支管处主管的外凸变形,使节点变形占桁架整体变形比例减小,提高节点承载力,但对受压支管处主管变形基本无影响;对于矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥竖向挠度限值可参考《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)取为桁架全长的1/500。

PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点有效分布宽度

为研究PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点应力分布规律及其有效分布宽度,采用ABAQUS软件建立42个矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点有限元模型并进行位移加载;根据有限元计算结果拟合得到矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的有效分布宽度表达式,将拟合公式计算值与CIDECT规范计算值和有限元计算值进行对比。结果表明:在节点受力全过程中,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点相对于矩形空钢管节点和钢管混凝土节点的应力分布不均匀性减小;当加载位移达到3%b0(b0为主管宽度)时,PBL加劲型节点的有效分布宽度更大,具有更好的受力性能,支板应力分布效率ξ随主管宽厚比2γ与支主管厚度比τ的增大而减小,其中τ对ξ的影响更大;支板应力分布效率ξ随支主管宽度比β变化较小,且呈抛物线变化;拟合公式计算值与CIDECT规范计算值及有限元计算值吻合良好,验证了公式的正确性。

横向内置加劲型中埋式橡胶止水带研制

铁路隧道衬砌施工缝质量问题十分突出,主要表现为中埋式橡胶止水带在混凝土浇筑过程中发生移位、扭曲、折皱等变形,使施工缝处衬砌混凝土形成薄片状或薄块状,存在掉块风险,危及行车安全。若将薄片或薄块状混凝土全部剔除,又会影响隧道的外观质量。基于此,为解决铁路隧道衬砌施工缝质量问题,研制了横向内置加劲型中埋式橡胶止水带,在不改变橡胶材料性能的基础上,通过工厂化生产将钢板直接置入橡胶止水带中,从而将复杂的安装工艺和现场管理问题从根本上予以解决。通过现场试验表明,新产品具有"使用方便,安装质量好、安装效率高、综合成本低"的特点,极具推广应用价值。

隧道二衬中埋式止水带安装工艺的改进及新型加劲止水带的应用

高铁隧道二衬施工时可能在材料种类及数量、施工工艺选用等因素影响下出现埋设位置不够精准、中埋式止水带线型不一等问题。郑万高铁黄家沟隧道工程,纵向止水带采用U型托夹配合支杆定位、张拉,环向止水带采用T型筋精准定位;为更好的保证工作效果,采用了新型加劲止水带。工程实践表明所采取措施有效提升了中埋式止水带设置深度、结构平顺度及位置准确度,防水效果提升而工期缩短、经济效益良好。

T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板的抗弯承载力

为研究考虑T型加劲肋贡献的组合桥面板抗弯承载力,采用经试验验证的有限元模型开展关键参数分析,主要影响参数包括纤维混凝土层厚度、纤维混凝土强度、钢顶板厚度、钢板强度和钢筋直径。结果表明:正弯矩抗弯承载力随纤维混凝土板厚度、纤维混凝土强度、钢顶板厚度和钢板强度的增加而提高;负弯矩抗弯承载力随钢顶板厚度、钢筋直径和钢板强度的提高呈线性增长趋势,但不随纤维混凝土强度增加而提升。基于组合桥面板的受力特性与破坏模式对其正负弯矩区的抗弯承载力公式进行研究,提出考虑T肋贡献修正系数的组合桥面板正弯矩区抗弯承载力修正计算公式,并推导出考虑T肋参与受力的组合桥面板负弯矩区抗弯承载力计算公式,均具有较好的计算精度。

T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板疲劳性能分析

为研究T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板疲劳性能,以某座T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板体系的连续钢箱梁桥为研究对象,进行局部足尺模型的疲劳性能试验,并建立有限元模型。在验证有限元模型正确的基础上,通过有限元模型计算,确定组合桥面板疲劳细节最不利位置,并对比各疲劳细节最不利位置刚度、热点应力以及应力集中系数,分析混凝土桥面板和栓钉布置形式对组合桥面板疲劳性能的影响。研究结果表明:通过局部足尺模型试验的实测数据,验证了有限元模拟方法的相对误差均不超过10%,具有较好的精度;与无混凝土板的纯钢T型加劲肋钢桥面板试件模型相比,铺设混凝土组合桥面板试件的整体刚度更高,并且大幅降低了各疲劳细节的热点应力;采用“错焊”栓钉布置形式,可以有效降低钢顶板与T肋的双面角焊缝处应力集中系数,最大减幅接近20%,建议在实际工程中应避免将桥面板栓钉“正焊”于T肋上方。

八字型加劲肋加固洞口对腹板开洞钢–混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究不同八字型加劲肋加固洞口对腹板开洞钢–混凝土组合梁受力的影响,选择合适的八字型加劲肋参数以降低开洞造成的不利影响;利用ABAQUS对洞口设置在弯剪区段的组合梁进行力学性能分析,研究了八字型加劲肋上端距离洞口中线距离、八字型加劲肋下端距离洞口中线距离以及八字型加劲肋厚度对承载力、变形能力的影响。结果表明:钢–混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;八字型加劲肋厚度变化对承载力影响最为明显,其次为上端距中线距离,下端距中线距离影响不大;八字型加劲肋厚度越大及下端距中线距离越小变形能力越大、上端距中线距离越小其变形能力越小。

T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板力学性能研究

针对钢桥面柔性铺装病害频发的问题,提出采用纤维混凝土替代部分沥青柔性铺装,通过有限元分析软件MSC.Marc建立T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板实体有限元分析模型,选取纤维混凝土厚度、钢顶板厚度、T肋翼缘板厚度及横隔板间距4个参数进行力学性能分析。研究表明:纤维混凝土层的厚度及T肋翼缘板厚度的改变对组合桥面板的刚度影响显著;纤维混凝土层和钢顶板的厚度变化均对其影响较大,随着纤维混凝土及钢顶板厚度的增加,界面剪应力明显下降;增大横隔板间距对各力学指标的影响不太明显;在30m跨径下的T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面各构造参数的合理范围如下:纤维混凝土层厚度宜为80mm、钢顶板厚度宜为14mm;T肋厚度宜为10mm、横隔板间距应取1.5m。

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。

PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比,建立了热点应力集中系数有限元模型,计算了支主管节点热点应力集中系数;基于最小二乘法对计算结果进行拟合,给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式,对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明:采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致,支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987,两者差值小于15%,因此,有限元模型可靠;PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致,随支主管宽度比呈抛物线变化,在0.6~0.8之间达到最大值,随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大,与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致;拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011,均方差为0.222,变异系数为0.219,说明了拟合公式准确;采用应力集中系数计算公式,将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上,主管热点应力集中系数下降了61%以上,在2.0×106循环次数作用下,容许荷载幅提高到3倍以上。

T型外部补强箱型节点加劲肋长度的确定

为研究T型加劲肋长度对箱型节点性能的影响规律并确定合理的加劲肋长度,对T型外部补强箱型柱—工字梁节点进行弹塑性分析.采用ANSYS有限元方法,分析了T型外部补强节点应力发展趋势,进行了加劲肋长度对箱形柱—工字梁节点性能影响的参数分析,根据节点的设计标准确定了T型外部补强节点合理的加劲肋长度.研究结果表明:采用T型加劲肋时,塑性铰外移到梁翼缘与加劲肋连接端部,节点初始刚度和极限承载力有很大的提高;节点的弯矩传递路径由梁翼缘中部逐渐向梁两侧的加劲肋传递,并通过加劲肋有一部分弯矩传递给柱,从而节点变形大大减小.增大加劲肋长度有利于梁端弯矩通过加劲肋向柱腹板传递,但加劲肋过长时,柱腹板承担过多的应力,梁柱翼缘连接处容易局部屈服,最终确定当加劲肋长度取腹板对角线与梁翼缘夹角在10°～15°时为合理的加劲肋长度.

扁平钢箱梁U型肋加劲板稳定承载力规范计算方法研究

闭口肋加劲板作为钢箱梁的主要受力构件,其稳定承载力的计算成为钢箱梁设计的一个关键性问题.分析比较了钢箱梁受压加劲板极限承载力的常用计算理论以及基于这些理论在国内外最新规范中关于加劲板承载力计算的相关规定,并运用实例对各规范的相关规定进行验算.结果表明,中国规范、欧洲规范计算结果较为接近试验结果,美国规范次之,最后是英国规范和日本规范;并从同一规范的不同桥梁之间的比较得知,在极限承载力的计算中,加劲肋相对刚度比对计算结果有着很大的影响;通过控制加劲肋的刚度比,可以使用规范较好地得到加劲板的极限承载力,为钢箱梁的设计提供一些可借鉴的思路.

U型加劲板稳定极限承载力影响因素分析

为研究U型加劲板稳定极限承载能力受初始几何缺陷、焊接残余应力以及荷载偏心距等因素的影响,采用考虑几何与材料双重非线性的有限元模拟方法,对各影响因素进行参数分析.结果表明, U型加劲板的稳定极限承载能力受初始几何缺陷的影响明显,而焊接残余应力对其影响较初始几何缺陷更为显著;荷载偏心距对加劲板极限承载力影响明显,极限承载力随偏心距的增加逐渐降低,且偏向U肋一侧时的降低幅度更大.

纵向V型肋卷边C形不锈钢梁抗弯承载力试验研究

为研究在冷弯薄壁C形不锈钢梁腹板增设纵向加劲肋后对其极限抗弯承载力的影响,本文考虑腹板高度、高宽比以及加劲肋尺寸的不同,进行4组试件的对照试验研究。结果表明:对卷边C形不锈钢梁腹板进行加肋能良好地抑制腹板鼓曲,有效提高其极限抗弯承载力;加大加劲肋的尺寸会略微提高其极限抗弯承载力,但刚度略有降低;增加卷边C形不锈钢梁的腹板高度可有效提升其极限抗弯承载力和抵抗变形的能力。

一体成型铝合金加劲肋角型件高强螺栓连接节点力学性能研究

铝合金角型件高强螺栓连接节点的可用性已经得到了验证,但其角型件强度过低,且存在焊接加劲肋会导致强度进一步降低的问题。据此,提出一体成型铝合金加劲肋角型件,为了探究一体成型铝合金加劲肋角型件对节点受力性能的影响,基于准确的有限元数值模型,建立了3种不同加劲肋厚度的铝合金角型件高强螺栓连接节点。研究表明,一体成型铝合金加劲肋角型件能大幅提高节点的承载力,且随着加劲肋厚度的提高,节点的承载力和刚度也逐渐提高。

正交异形钢桥U型加劲肋加工模具的改进研究

U型加劲肋是正交异形钢桥的重要加劲之一,为提高U型加劲加工质量,对原有折弯模具进行改进研究,设计出了C型模柄和多规格半径模头,解决了U型加劲肋加工成型后开口宽度过大和压角有裂纹产生的问题,能使加工一次成型达到质量要求,加快了U型加劲肋制造速度,节约了制作成本。

钢箱梁T型纵肋加劲制造方法

利用焊接型H型钢(HA)的制造原理,将T型纵肋加劲设计成H型部件。根据图纸要求用数控等离子切割机对所用钢板进行下料(翼板可直接通过拉条得到,而腹板还需沿纵向中心线每隔2m锁点切割),将下料好的翼板和腹板零件用特定组立机进行组装,再用船位小车焊进行焊接,待H型部件冷却后用翼缘矫正机进行矫正,最后切开锁点得到T型纵肋加劲。

腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢拼合钢柱的畸变屈曲性能及其相关作用,并评估现行各国规范计算方法适用性,设计制作了22根构件进行压弯试验。以Σ型加劲、腹板孔位、偏心荷载作用位置、柱长等为主要参数,考察其对试件屈曲行为、破坏特征和极限承载能力的影响。结果表明:试验主要发生畸变屈曲或畸变-整体、畸变-局部相关屈曲,Σ型加劲有效地防止了腹板局部屈曲;腹板开孔不会影响屈曲模式的改变;关于强轴和弱轴的偏压位置及偏心距离对试件畸变屈曲行为有显著影响。采用中美技术标准包括中国规范GB50018-2002、JGJ/T 421-2018以及北美规范NAS 100-2016计算的承载力结果与试验结果进行了对比分析,结果表明:荷载绕强轴偏心作用时,中美规范计算结果均偏于安全;荷载绕弱轴偏心作用时,GB 50018-2002和NAS 100-2016计算结果偏于安全,而JGJ/T 421-2018计算值较为保守,试验与其比值约为1.64,该文建议腹板双肢并合截面整体协同工作下绕弱轴稳定承载力可按全截面计算。

论不同形状加劲肋对角铝高强螺栓连接节点力学性能的影响

角铝高强螺栓连接节点是铝合金结构的重要连接形式,但其刚度和强度较低,限制了铝合金结构的发展。为研究不同的角型件加劲肋形状对连接节点力学性能的影响,通过ABAUQS有限元软件建立准确的数值模型,分析4种不同形状的铝合金结构加劲肋角铝高强螺栓连接节点,得出以下结论,直角三角形加劲肋对节点的承载力提升最为显著,综合考量力学性能和经济性,建议采用圆弧形加劲肋角型件。

石砌U型高桥台破坏机制及对策的模型试验研究

针对公路建设中出现的高桥台开裂问题进行对比试验研究。设计制作4种尺寸相同的10∶1桥台模型,其中3个桥台模型采用不同构造加强形式,通过对4种桥台模型进行的填土加载和在填土表面施加外荷载,测量桥台前墙和侧墙外表面各点的水平位移进行对比分析,同时对4种高桥台模型进行三维数值计算与对比分析,得出不同构造加强形式高桥台的改进效果非常明显。试验结果表明,在桥台结构中同时采用内倒角和U型钢筋混凝土加劲构件的组合加强构造形式可以将桥台结构抵抗破坏能力提高1倍以上。