新旧混凝土结合面剪切强度参数分析和计算研究

新旧混凝土结合面的抗剪强度是装配式混凝土结构和混凝土结构加固等领域重点关注的问题.基于搜集、整理的新旧混凝土结合面(以下简称结合面)的剪切试验数据库(含439个试件),对GB 50010―2010、ACI 318―19、Eurocode 2、PCI7th四个规范所给结合面抗剪建议计算式进行对比分析.结果表明:在各参数的影响下,ACI结果的保证率表现最好,而Eurocode 2计算强度的拟合效果最好;在结合面宽度达到300~400 mm时,GB 50010―2010的表现最好,但安全富余均较低,相对误差最大达到9倍.对数据库进行参数分析,发现结合面剪切强度τ_(exp)存在尺寸效应,与结合面的沿剪切方向尺寸关联较大;且τ_(exp)与夹紧力ρfy有较好的相关性.基于分析结果,根据叠加计算理论,对计算式提出建议和修正:分析引入尺寸效应系数β;同时修正了摩擦系数μ;应用了数据库拟合的销栓力分段函数,极大值为6.6 MPa.经对比验算证明,修正计算式在有无插筋及各种粗糙度情况下的误差最小,拟合效果最好,可为工程应用提供参考.

波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥设计参数分析

为明确波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥关键设计参数的合理取值范围,以3×30 m波形钢腹板结合梁桥通用图为研究对象,建立波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁有限元模型进行参数敏感性分析。研究翼缘板宽厚比、波形钢腹板高厚比、横隔板间距及钢梁高跨比等对结构受力性能的影响,并给出关键设计参数合理取值建议。结果表明:波形钢腹板工字钢梁跨中处受压上翼缘板宽厚比小于23、支点处下翼缘板宽厚比小于19时可满足结构稳定性要求;跨中处波形钢腹板高厚比不宜大于265,支点处腹板厚度由抗剪需求控制;波形钢腹板横向刚度大于平钢板,横隔板间距可放宽至支点处翼缘板宽度的35倍;波形钢腹板工字钢结合板梁桥的钢梁高跨比可取1/28~1/18,经济合理高跨比约为1/25。

桥塔钢-混凝土结合段剪力键破坏机理及极限承载力

为了研究和开发可用于桥塔钢-混凝土结合段的新型剪力键,针对传统的推出试验无法得出剪力键真实承载力的问题,采用新的试验方法对包括栓钉和两种新型剪力键在内的3大类7个子类共31个试件进行了破坏试验研究。根据试验结果,对各类剪力键的破坏机理进行了研究,并对其极限承载力进行了定量分析,建立了各类剪力键极限承载力的统一计算公式。通过与试验值的对比可知:该公式计算结果与试验值吻合良好,可为新型剪力键的设计和应用提供依据。

单边索斜塔钢—混凝土结合梁斜拉桥塔梁根部应力分析

采用板 (壳 )、梁及三维实体单元相结合 ,对长沙市浏阳河洪山庙大桥塔梁根部区域进行空间有限元分析。分析表明 :主梁根部过渡段钢箱梁及混凝土的应力满足规范的限值要求 ,行车道板的剪力滞效应明显 ,徐变对主梁应力的分布影响显著 ;塔根部混凝土在施工过程及运营阶段均处于全截面受压状态 ,与试验结果相比较 。

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。

钢-混凝土结合梁试件降温与升温过程的数值计算

根据非稳态导热的控制微分方程,建立了钢混凝土结合梁试件降温与升温过程的数学模型。将恒热流的三维导热问题视为相应的3个一维导热问题的叠加,并采用有限差分法对控制微分方程进行离散,对钢混凝土结合梁试件在强迫对流环境下的降温(25^-45 ℃)和自然对流环境下的升温(-45~25 ℃)中的温度分布进行了数值计算。研究结果表明:在降温与升温过程中,钢混凝土结合梁试件内部各点温度变化速率不相同,导致试件内温度分布不均匀,形成了温度梯度;气温的较大变化会使钢混凝土结构内部温度分布不均匀,由此产生的温度应力可能会破坏桥梁结构。

斜拉桥桥塔钢—混凝土结合段模型试验研究

根据几何、物理以及边界条件相似原则,设计绵阳城南新区1号桥桥塔钢—混凝土结合段的缩尺试验模型。对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试试验模型控制断面和主要构件的应力、变形随加载历程的变化。试验结果表明:结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低,钢箱与混凝土之间相对滑移量较小,钢箱与混凝土之间共同受力工作性能良好,钢结构的荷载被比较顺畅地传递到混凝土结构上,这说明该桥结合段的设计合理,满足安全性要求,且具有较高的安全储备。

大跨钢-混凝土结合梁斜拉桥传力机理

为探讨大跨结合梁斜拉桥中钢主梁与混凝土板的传力机理,采用梁段模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对观音岩长江大桥主梁的受力性能进行了研究.用有限元软件ANSYS建立标准梁段的空间有限元模型,对不同组合荷载作用下结合梁的应力分布进行了弹性分析;考虑材料的非线性特性和剪力钉荷载-滑移的非线性关系,对设计荷载组合下结合梁的力学行为进行了弹塑性分析.在此基础上,采用1∶2的缩尺比例进行模型试验研究,测试了不同荷载组合下结合梁截面的应力.研究结果表明:在设计荷载组合作用下,混凝土板与钢主梁间的相对滑移较小,剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;结合梁截面应力基本满足平截面假定,钢主梁以抗弯为主,混凝土板承担较大截面压力.

连续钢-混凝土结合梁桥负弯矩区处理方法研究

北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联结合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂.为判别该施工方法能否有效控制裂缝开展,保证施工质量及安全,分别采用ANSYS数值模拟和施工监测手段对其各施工阶段的应力和变形进行了研究.结果表明,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析,施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大.

植筋与开槽的新老混凝土结合面抗剪性能试验分析

新老混凝土能够作为整体共同工作是结构加固的关键问题。针对加固设计中经常出现植筋和开槽的技术比选问题,设计了12个试件,比较了植筋与开槽新老混凝土结合面的抗剪性能和破坏形式。试验结果表明:植筋试件破坏具有延性破坏的特征,而开槽试件破坏具有明显脆性破坏的特征,新混凝土在开槽位置被剪断;植筋试件的抗剪承载力明显高于开槽的处理方式。因此,在结构加固设计时建议采用植筋的处理方式,同时应控制植筋深度和植筋间距。

钢-混凝土结合梁在温度作用下的响应分析

在钢 混凝土结合梁中 ,温度作用通常包括三种形式 ,即 :变温、温差和温度梯度。这些温度作用有时可能导致钢 混凝土结合梁中产生较大的温度应力 ,故必须引起足够的重视。本文在五个基本假设的基础上 ,综合考虑微段的平衡条件和钢梁与混凝土板之间的变形协调条件 ,推出了钢 混凝土结合梁在沿梁截面高度方向线性分布的温度梯度作用下 ,考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响时的内力、相对滑移和位移计算公式。然后根据芜湖桥初步设计方案 ,取上层公路桥面系中的一个钢 混凝土组合截面 ,按照剪力钉沿纵向全梁均匀分布和沿纵向分段均匀分布 (梁端部附近剪力钉分布较密 ,其他地方剪力钉分布较稀 )两种布置方案 ,计算了钢 混凝土结合梁在温差作用及温度梯度作用下的响应 ,得到了一些有价值的结论。文中给出的公式和结论芜湖桥桁梁结合梁设计参考。

大跨径连续刚构桥混凝土结合面收缩效应分析

采用空间有限元方法,研究大跨径连续刚构桥混凝土结合面在收缩效应下的应力分布规律,并比较浇筑时间间隔、配筋率等参数的影响.研究结果表明:依据中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004),混凝土浇筑不同步引起的收缩特性差异对结合面应力影响较小,而由截面剧烈变化引起的影响更为明显.浇筑时间间隔、配筋率对收缩应力影响较小,而环境年平均相对湿度对结合面收缩效应影响显著.对于厚度大的混凝土构件,美国AASHTO规范的收缩效应计算结果更加合理,有必要对JTG D62—2004中理论厚度取值的规定加以修正,建议规定h≤300 mm.根据研究结果,提出了控制结合面开裂的设计、施工对策.

丹江口大坝加高工程新老混凝土结合问题研究

在大坝加高工程中,新老混凝土结合问题是主要技术难题之一;同时,坝体加高前后的坝踵应力变化、新老坝体能否联合受力也是设计关心的主要问题。根据丹江口大坝加高施工方案,对大坝加高施工期以及完建后的运行期新老混凝土结合面工作状态、新老坝体联合受力情况、水库水位抬高后对坝踵应力影响等问题,采用数值模拟方法进行了仿真计算分析。得出了大坝加高及水库水位升高后,与大坝加高前相比,坝踵附近垂直向应力状态没有恶化;在任一时刻,新老混凝土结合面都是部分张开、部分接触,但缝面还是能有效地传递水平推力等结论。

铁路钢-混凝土结合梁动力系数试验研究及参数分析

以抗剪连接度为参数设计了2片钢-混凝土简支结合梁,对车辆模型以不同速度和重量过梁时的动力响应进行了测试;采用ANSYS软件建立了车桥模型,分析了行车速度、结合梁跨度、车桥频率比、车桥质量比、栓钉抗剪连接度等参数对结合梁桥动力系数的影响。结果表明:随车辆速度的增加,结合梁动力系数呈共振和消振交替上升趋势;动力系数随车桥频率比的增大而增大,随结合梁跨度、栓钉抗剪连接度和车桥质量比的增大而减小,车桥质量比越小,动力系数下降速度越快。所有参数中,结合梁跨度和车桥频率比对动力系数的影响最大。

大轴力桩基托换中新旧混凝土结合面抗剪性能试验分析

桩基托换的关键在于新旧混凝土结合面的连接方法和可靠性能。本文结合某城市地铁隧道穿越高架桥桩基主动托换工程,提出了一种新型连接方式:凿毛+钻孔植筋(植筋胶)+建筑胶喷面的连接形式。设计制作了3个试件,结合面每30cm×30cm范围内植入一根钢筋,部分试件梁部箍筋加强,进行了重复静力加载试验。试验分析表明:此连接方式具有较高的抗剪承载力,最大可达9.208×103 kN/m2;提高新浇筑梁的箍筋配筋率对提高界面抗剪承载力有较大作用;植筋在新旧结合面抗剪能力中起到了主要作用;新旧混凝土交界面上植筋所受的力较大,植筋两端受力较小;此连接形式在大轴力桩基托换中使用是安全可靠的。

无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性

为了解无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性,对该类型结合部构造的受力特点及各结构参数影响进行了较系统的研究。通过混合有限元方法建立了无格室-承压板结合部构造的局部计算模型,讨论了其受力特点,并选取混凝土梁预应力、抗剪连接件刚度、抗剪连接件数量、抗剪连接件间距及承压板厚度等5项参数,对该类型的构造进行了较为系统的参数分析。分析结果表明,承压板和钢梁顶底板上的抗剪连接件是该类型结合部荷载传递的主要部件,承压板以承受板厚方向的剪切为主,混凝土梁承担了大部分的结构荷载;在所取的参数范围内,承压板厚度2070 mm的影响很小;混凝土预应力、抗剪连接件刚度和数量对该类型的结合部构造的受力性能影响很大,是设计过程中需重点考虑的问题。

拱桥加固中新老混凝土结合面的受力性能

结合工程实例,制作了2个拱圈试件,通过一次性加载破坏试验,对试件的破坏特征、新老混凝土结合面的工作性能及应力、应变分布进行了研究.试验结果表明:受荷初期,结合面的抗剪主要由无植筋时新老混凝土的粘结承担;当剪应力达到新老混凝土粘结抗剪强度后,主要由植筋承担.在裂缝附近区域、靠近裂缝和远离裂缝的非裂缝区域,结合面的粘结剪应力分布不同,主要区别在纵向钢筋开始屈服到试件破坏阶段.在此阶段,裂缝附近区域结合面的粘结剪应力随荷载增大线性减小,在靠近裂缝的非裂缝区域基本不变,而在远离裂缝的非裂缝区域线性增大,直至试件破坏.粘结剪应力最大值出现在拱顶裂缝附近.

斜拉桥桥塔不同龄期混凝土结合面收缩效应分析

以六冲河斜拉桥为背景,采用空间有限元与理论分析相结合的方式,研究斜拉桥桥塔不同龄期混凝土结合面的收缩应力分布规律,并比较不同分层浇筑时间间隔、环境年平均相对湿度、配筋率以及中美规范下的收缩效应。研究结果表明:依据中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004),桥塔截面突变及环境年平均相对湿度对桥塔结合面的收缩效应影响显著;浇筑时间间隔、配筋率对桥塔结合面的收缩效应影响较小。对于大体积混凝土构件,美国AASHTO规范计算的收缩效应明显高于JTG D62—2004,并建议对JTG D62—2004中规定的构件理论厚度h加以修改。

Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施

Π型钢-混凝土结合梁由于其良好的受力性能和经济性,广泛应用于大跨径斜拉桥中,但其气动性能相对略差,若设计不当则容易出现涡激振动现象,从而影响行车舒适性、安全性或结构疲劳寿命等.本文以广东潮汕大桥为实际工程依托,该桥为主跨205 m的独塔双索面Π型钢-混凝土结合梁斜拉桥,开展了Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施研究.首先,采用几何缩尺比为1∶50的主梁节段模型对该桥原设计方案主梁断面运营期涡激振动进行了试验研究;然后,分别采用下稳定板、导流板、裙板、上稳定板等气动控制措施对主梁涡激振动响应的控制效果进行了研究;最后,采用计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对主梁断面最终采用气动控制措施机理进行了研究.结果表明:主梁原设计方案在设计风速范围内存在大幅涡激共振现象,涡激振动幅值超过规范限值;采用“三道下稳定板+两侧竖向裙板+上中央稳定板”组合气动控制措施后,主梁涡激振动响应得到明显抑制;该组合气动控制措施对Π型钢-混凝土结合梁涡激振动的控制机理主要表现为:设置三道下稳定板可有效破坏Π型主梁下侧较大旋涡,Π型主梁两侧设置竖向裙板改善了其气动流线型程度,设置上中央稳定板可有效阻止主梁上侧较大旋涡的运动.

中美规范下大跨径梁桥混凝土结合面收缩效应比较

基于中国和美国规范,研究了因混凝土龄期不同而带来的收缩特性差异对大跨径连续刚构桥典型结合面部位混凝土应力分布的影响,并分析了2种规范下计算结果存在较大差异的原因。结果表明:对于厚度大的混凝土构件,AASHTO规范的收缩效应计算结果更加合理。当浇筑时间间隔较长时,结合面部位混凝土极易开裂。而依据JTGD 62-2004规范,混凝土不同浇筑时间间隔下,结合面的应力始终较小,而截面突变位置的应力相对更为明显。有必要对JTGD 62-2004中理论厚度规定一上限,建议h≤300 mm。还提出了一些避免此类裂缝的设计和施工对策。