波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件横向抗弯性能研究

为研究波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件的横向抗弯性能,以地约科1号大桥(波形钢腹板连续刚构桥)为背景,分析波形钢腹板与混凝土顶板双开孔钢板连接件(简称“T-PBL连接件”)在横向弯矩作用下的破坏模式及抗弯性能。以穿孔钢筋直径为变量,设计了3个试件,进行横向抗弯静力试验,并将试验值与现行《波形钢腹板组合梁桥技术标准》(CJJ/T 272-2017)中的理论值进行对比。结果表明:穿孔钢筋直径对T-PBL连接件试件破坏形态影响较小,在横向弯矩作用下试件的破坏形态均为受拉侧底部混凝土拉裂,同时受拉侧混凝土与钢翼缘板发生较大的剥离;试件的荷载~位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段;增大穿孔钢筋直径可以提高T-PBL连接件试件横向抗弯承载力,现行行业标准中对于T-PBL连接件的横向抗弯承载力计算方法较为保守,尤其对于大直径的穿孔钢筋试件,其安全储备较高。

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性.研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.

波形钢腹板组合梁体外预应力极限应力模型试验及建议公式

为研究波形钢腹板组合梁体外预应力极限应力增量的影响因素和计算方法,开展了体外预应力波形钢腹板组合梁的抗弯承载力试验,建立了非线性数值模型,分析了各参数对体外预应力极限应力增量的影响规律.基于Pannell模型和参数拟合分析,提出了适用于波形钢腹板组合梁体外预应力极限应力的建议公式,并与已有试验结果进行对比验证.结果表明:波形钢腹板组合梁具有良好的延性;体外预应力筋应力增量随混凝土强度的增加而线性增加,随受拉区普通钢筋面积和强度、体外预应力筋初始有效应力及跨高比的增加而线性减小;跨中加载与三分点加载方式下极限应力增量的比值为0. 87;等效塑性铰长度和中性轴高度比值的均值为17. 74.

波形钢腹板组合梁挠度计算方法对比

波形钢腹板的剪切变形对组合梁挠度影响显著,不同计算方法结果差异明显。以波形钢腹板组合梁典型结构体系(简支梁和悬臂梁)为研究对象,基于5种计算理论——经典梁法、Timoshenko梁法、弹性剪切变形法、有效刚度法、三角级数理论,通过对比其假设和计算公式,建立空间有限元模型分析在跨中集中荷载和均布荷载作用下不同挠度计算方法的精度,总结适用不同跨高比区间的计算方法。建议简支梁在集中荷载或均布荷载作用下需要考虑剪切变形的跨高比限值均取35;对于悬臂梁,跨高比限值则分别取10,14. 5。

工字型装配式波形钢腹板组合梁张拉试验研究

郑州市机西高速二期贾鲁河大桥主桥为2×50 m装配式波形钢腹板连续箱梁桥,采用预制装配式施工方法,二次张拉体内预应力束。为研究工字型装配式波形钢腹板组合梁在预应力张拉阶段的受力性能,以该桥主桥为背景,制作工字型装配式波形钢腹板组合梁试验梁,实测了预应力钢束张拉阶段试验梁的挠度和波形钢腹板的应变,并与有限元计算和理论分析结果进行对比。结果表明:张拉底板预应力钢束时,波形钢腹板纵向力值较小,接近于0;波形钢腹板几乎不承受轴向力,易被压缩使得预应力能有效地施加在混凝土顶、底板上,从而提高预应力施加效率;张拉试验完成后,单片试验梁上挠值较小,可确保所有的工字梁均基本处于同一平面,可减小施工现场工字梁组合成箱梁过程中的施工误差。

体内预应力波形钢腹板组合梁预应力导入效率研究

研究一种新型的体内预应力波形钢腹板组合梁的预应力导入特性。通过设置一种钢包混凝土构件,在波形钢腹板组合梁下翼缘引入体内预应力,设置的波形钢腹板使预应力更大限度地导入上、下翼缘,形成一种新型体内预应力波形钢腹板组合梁。提出的新结构与现有的波形钢腹板组合结构对比,受力性能大幅改善,梁体重量显著降低,避免了体外索的频繁更换。基于卡氏定理,根据波形钢腹板组合梁截面刚度协调特性,推导波形钢腹板的预应力导入效率计算方法,并针对提出的新型体内预应力波形钢腹板组合结构开展预应力导入效率数值分析,通过理论计算结果与有限元对比,发现两种方法获得的导入效率系数变化一致,验证了该文提出的反对称波形钢腹板的预应力导入效率计算方法。

钢-混凝土波形钢腹板组合梁弯扭性能研究

为进一步揭示弯扭作用下钢-混凝土波形钢腹板组合梁的开裂机理和弯扭破坏模式,完成了5片试验梁在弯矩和扭矩联合作用下的弯扭性能模型试验,结合ANSYS有限元分析,给出弯扭作用下波形钢腹板组合梁开裂弯矩折减系数和开裂扭矩折减系数计算公式,以及极限弯矩和极限扭矩相关关系。结果表明:随着扭弯比增大,开裂弯矩减小,开裂扭矩增大,混凝土板斜裂缝与梁轴的夹角逐渐减小;破坏形式由正截面受弯破坏逐渐变化为以最大主拉斜裂缝开裂过大、裂缝间混凝土斜压短柱达到极限压应变为特征的受扭破坏。扭弯比k小于0.15时,极限弯矩基本不受扭矩影响;大于0.6时,极限扭矩基本不受弯矩影响;在0.15和0.6之间时,极限弯矩和极限扭矩均出现明显削弱,二者呈现单调下降的直线相关关系。针对一定扭弯比范围内的波形钢腹板组合梁,提出的开裂弯矩和开裂扭矩折减系数计算公式以及极限弯-扭关系方程,揭示了弯扭作用下混凝土板的开裂机理和弯扭破坏模式,可为研究其他扭弯比条件下的波形钢腹板组合梁弯扭性能提供参考。

弹性阶段波形钢腹板组合梁体外预应力增量

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,开展了体外预应力波形钢腹板组合梁的抗弯承载力试验,结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑“剪切变形”和“二次效应”的影响,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁在两点对称荷载作用下的体外预应力筋应力增量的计算公式,研究了各参数对体外预应力筋应力增量的影响规律。研究表明:公式计算结果与试验结果吻合较好;在弹性阶段,“二次效应”对体外预应力筋应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;体外预应力筋应力增量随混凝土弹性模量的增加而线性减小,随梁高的增加而线性增加;波形钢腹板厚度与梁高的比值对体外预应力筋应力增量的影响可以忽略。

波形钢腹板组合梁应用与研究进展

波形钢腹板组合梁具有施工速度快、节省支架和模板等优点,具有十分广阔的应用前景。在简要叙述波形钢腹板组合梁的组成及受力特点、国内外应用情况的基础上,重点介绍了波形钢腹板组合梁的抗剪性能、抗弯性能及抗扭转畸变性能在国内、外研究进展情况,指出了目前存在的问题与不足,并提出了建议,包括:如何考虑混凝土板及连接件对组合梁抗剪承载力的有利作用,不考虑波形钢腹板对梁整体抗弯的有利影响,进一步加强关于扭转畸变的研究等。

波形钢腹板组合梁体外预应力筋模型试验及建议公式

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,验证了基于光纤的智能预应力钢绞线在桥梁工程中应用的可行性和优越性,基于光纤光栅智能钢绞线技术对波形钢腹板组合梁模型开展试验研究。考虑了荷载形式、剪切变形和二次效应,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁的体外预应力筋应力增量的计算公式。研究结果表明:公式计算结果与试验结果吻合较好;在弹性阶段,二次效应对弹性阶段体外预应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;光纤光栅传感器和振弦式压力传感器测量的锚下预应力-荷载的发展规律相同,测试数据的误差最大值为4.01%,证明了光纤光栅智能钢绞线技术在工程应用中的可行性和准确性;光纤光栅智能钢绞线技术不仅具有传统钢绞线优异的力学指标和优良的感知性能,而且突破了振弦式传感器监测测点少的局限性,所以光纤光栅智能钢绞线技术比振弦式压力传感器更具优越性。

波形钢腹板组合梁疲劳性能研究进展

波形钢腹板组合梁具有施工速度快、节省支架和模板等优点,具有十分广阔的应用前景。本文主要介绍了波形钢腹板组合梁的组成及受力特点、国内外应用情况及研究现状。在系统分析已有研究成果的基础上,对波形钢腹板组合梁的抗疲劳性能的研究与设计方法进行了分析与研究,并指出了目前存在的问题与不足。

大跨径波形钢腹板组合梁桥设计与力学性能研究

为研究波形钢腹板组合梁桥在大跨径时与同跨径混凝土刚构梁桥的受力对比情况,文章以龙马红水河特大桥为依托工程,设计了波形钢腹板梁桥与混凝土刚构梁桥两种桥型方案,在跨径组合一致的前提下进行模拟分析,并对同等跨径下两种桥梁结构承载力极限状态及正常使用状态下的抗弯、抗剪力学性能进行差异性分析,为同类桥梁选型设计提供理论支撑。研究表明,同等跨径下,预应力波形钢腹板组合梁桥与混凝土刚构梁桥相比具有自重轻、材料利用率高、安全储备大等优点。

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的挠度计算

采用能量变分法,建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用此挠曲线微分方程,得到了简支波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式。通过与空间有限元模型进行对比分析,表明理论计算公式是准确的。

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的变形计算方法

结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑剪切变形的影响,对其挠度计算方法进行了较为系统的分析和研究。采用静力法和能量变分法,分别建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用该挠曲线微分方程,得到了波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式和短期折减刚度。通过将跨中挠度的理论计算值与有限元分析值进行对比,表明理论计算公式具有较高的计算精度。

有粘结预应力波形钢腹板组合梁受弯性能分析

采用钢管混凝土作为下翼缘的预应力波形钢腹板组合梁桥可避免正弯矩作用下传统组合梁桥受拉侧混凝土板易开裂的问题。文章为了研究这一新型构造形式组合梁桥的受弯性能,进行了7根简支有粘结预应力波形钢腹板组合梁在两点对称荷载作用下的数值模拟分析。研究表明:这种预应力波形钢腹板组合梁具有良好的抗弯承载能力和变形能力;减小跨高比和增大钢管强度可显著提高组合梁的极限承载能力;提高混凝土强度等级和减小钢管强度可显著提高组合梁的变形能力;各参数对承载力极限状态时跨中截面的预应力筋拉力影响均不显著,各试件预应力筋预应力介于0.92 f ptk和0.96 f ptk之间。

考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合梁翼缘有效宽度计算方法

波形钢腹板组合梁在竖向荷载作用下会产生较大的腹板剪切变形,从而影响梁的内力分布和剪力滞效应,但目前针对该类型梁的剪切变形还缺乏理论研究。为此,首先在等高度波形钢腹板组合梁剪力滞效应分析方法的基础上推广至变高度梁,然后借助该方法以一等高度连续梁为对象,计算了欧拉梁理论、铁木辛柯梁理论、实体有限元3种不同内力解情况下的翼缘有效宽度系数,并与有限元法验证结果进行了对比。结果表明,采用实体有限元内力解时精度最高,其次为采用欧拉梁内力解,铁木辛柯梁内力解精度最低。最后以一变高度连续梁为对象,研究了欧拉梁理论与铁木辛柯梁理论内力解情况下的翼缘有效宽度系数,结果表明,腹板剪切变形对变高度梁翼缘有效宽度影响不大。

横隔板对波形钢腹板组合梁翼缘有效宽度影响研究

为研究横隔板对波形钢腹板组合梁翼缘有效宽度的影响,通过有限元法研究横隔板厚度对截面翘曲变形的影响,以及跨间横隔板对组合梁翼缘有效宽度的影响。针对支点处横隔板,提出在波形钢腹板组合梁剪力滞效应微分方程的基础上,通过引入广义位移函数边界条件,计算其对翼缘有效宽度影响的方法;并与有限元法、不考虑横隔板作用的分析方法以及基于单广义位移函数的分析方法进行对比。结果表明:横隔板对截面翘曲变形的约束能力随着横隔板刚度的增加而增强;横隔板对组合梁翼缘有效宽度的影响仅存在于横隔板位置附近,而通常情况下,跨间横隔板厚度较小,可不考虑其影响;所提方法得到的组合梁翼缘有效宽度与有限元结果吻合良好,与另外两种方法相比具有更高的精度。

波形钢腹板组合梁桥异步与同步悬浇施工对比研究

波形钢腹板组合梁桥相比普通的钢筋混凝土结构连续梁桥在结构受力、抗震性能、耐久性能、进度控制、节能环保以及维修养护方面有其独特的优越性,因此在大跨度桥梁设计时被普遍选用。正因为其独特的结构形式在结构受力和进度控制方面的优越特性,同时被施工单位广泛认可。利用波形钢腹板自身承重的性能,目前有同步悬浇和异步悬浇两种施工工法,本文通过对两种施工工法在结构形式、施工工艺、进度控制、成本控制、安全控制等方面进行对比研究。

采用挂篮悬浇施工桥梁超宽波形钢腹板组合梁

以南昌市朝阳大桥为背景,从主桥悬浇施工方案总体考虑、挂篮构造设计、波形钢腹板体系整体吊装、超宽波形钢腹板主梁线形及应力控制等方面,介绍了波形钢腹板-PC组合梁的悬浇挂篮施工。为常规挂篮与桥面吊机结合使用提供了新思路,丰富了国内波形钢腹板的安装方法,可为今后类似桥梁提供参考。

浅议波形钢腹板钢混组合梁的支架法施工技术

为分析支架法在波形钢腹板-混凝土组合箱梁桥施工中的应用,文章以我国西北地区某公路的天桥为研究对象,研究了支架法在实际工程中的施工过程与质量控制标准。基于项目实际情况的分析,结合钢材预处理精度、构件加工误差、钢箱梁组装工艺、防腐涂装设计等,指出钢箱梁的设计应充分考虑现场实际条件控制构件的加工与组装误差,并依据服役条件设计适宜的防腐涂装,以提高桥梁耐久性。以支架法的实际施工过程为例,通过分析支架搭设及预压、钢箱梁吊装施工、桥面板及支点处混凝土施工等关键施工工艺,总结了对应工艺流程及质量控制标准。研究结果表明:结合现场条件细化钢箱梁的设计流程,严格控制钢箱梁的加工与组装精度,采用支架法进行波形腹板钢箱-混凝土组合梁的施工,可实现高质量控制精度、成本、规范化程度。