灌浆圆钢管桁架-混凝土组合梁试验研究

为了减小大跨度梁的自重,便于管道在梁腹通过,实现施工阶段梁的自承重,提出灌浆圆钢管桁架-混凝土组合梁结构。为了解梁的受力性能、破坏机理、正截面承载力及变形计算方法,设计制作4根灌浆圆钢管桁架-混凝土组合梁,通过模型试验考察桁架上弦、下弦、包裹上弦的钢筋混凝土等对组合梁受力性能的影响,介绍4根试验梁从加载到破坏的全过程,建立这种梁的正截面受弯承载力和刚度计算方法。

预应力内置圆钢管桁架混凝土组合梁的受力性能

通过4根预应力内置圆钢管桁架混凝土组合简支梁的试验,得到了试验梁的荷载-跨中挠度曲线、正截面承载力、裂缝分布与展开特征。结果表明:可基于平截面假定计算该类组合梁正截面的承载力,该类组合梁的平均裂缝间距取决于下弦钢管外径及下弦二钢管截面面积之和与截面有效受拉混凝土面积的比值。提出了与试验结果吻合良好的裂缝宽度和刚度计算公式。

高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥稳定性研究

为研究高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定性,依托主跨300 m深茂铁路虎跳门水道特大桥,采用有限元软件ANSYS建立以梁单元为主的空间杆系有限元模型,对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥开展线弹性稳定分析,并进行考虑几何初始变形及材料弹塑性的非线性稳定性分析。结果表明:在弹性稳定分析下,该桥梁的一阶失稳形式为主梁整体纵飘及塔纵弯失稳,二~四阶均为桥塔处的主梁下弦杆首先出现横向偏位而局部失稳;在运营阶段弹性稳定系数最小为7.639,第二、三阶和第四、五阶稳定系数分别相同且失稳形式为对称失稳;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)后,一阶稳定系数减小6.39%;考虑非线性因素影响后稳定系数降低明显,仅考虑几何非线性因素的影响后一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低11.23%、9.01%和10.13%,而考虑几何及材料双重非线性因素影响后,一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低67.78%、60.63%和52.56%,表明材料非线性对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数影响更为显著;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)以及双重非线性因素影响后,铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数为1.985,大于规范1.7的要求。

波形钢腹板-桁架-混凝土板组合梁静力三分力系数分析

为研究波形钢腹板-桁架-混凝土板组合梁的抗风性能,建立了该类梁的CFD数值分析模型,分析了-3°,0°,3°三种风攻角以及均匀流与C类地貌两种流场条件下组合梁截面的流场、截面的风压分布以及不同位置处的平均风压系数,并给出了均匀流与C类地貌下该类梁的升力系数、阻力系数与升力矩等气动三分力系数。研究结果表明:桥面板的上表面主要表现为风吸力,下表面风压分布主要受到特征湍流即分离涡的影响;均匀流场下气动三分力系数约为C类地貌下的1.1~1.2倍;与数值分析结果相比,《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)建议的气动三分力系数取值偏于保守。

敞开式钢管-混凝土桁架组合梁施工技术

新汴河大桥主桥A部分为60 m敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥,该工程是徐州至明光高速公路的重难点工程,也是新技术、新工艺应用工程;该新型桥梁具有建筑高度低、结构新颖和谐、造型简洁美观、结构自重轻及工程造价低等特点。结合本工程施工实例,综合介绍该新型桥梁的施工方案及施工工序,特别是桥梁桥面系结构及下弦杆采用满堂支架现浇施工,钢管桁架采用搭设支架悬挂安装,钢管混凝土采用混凝土地泵顶升灌筑施工,可为类似工程的施工提供参考。

下承式钢管-混凝土桁架组合梁施工过程有限元分析

徐(州)明(光)高速公路安徽段新汴河大桥主桥A部分上部为跨径60 m下承式钢管-混凝土桁架组合梁,该桥梁建筑高度低、结构新颖且工程造价低,为国内首次应用的桥梁结构型式。施工方案为:搭设碗扣式钢管脚手架及钢管桁架拼装支架,钢管桁架各节段拼装并焊接完后浇筑桥面系及下弦杆混凝土,张拉下弦杆及中(端)横梁预应力钢束,最后灌注钢管内混凝土。通过对该桥梁施工过程的各工况进行有限元模拟,从变形分析结果确定了施工预拱度值;从应力分析结果表明在整个施工过程中,桥梁结构应力均小于容许值,施工过程处于安全状态。从而说明该施工方案可以保证桥梁结构内力和线形均满足设计要求,是一种安全、合理的施工方案。

钢-混凝土组合梁扭转的组合作用分析

在试验及理论分析的基础上,对开口截面钢-混凝土组合梁在扭转中的组合作用进行研究。组合梁在扭转中,即使是纯扭作用下,截面上仍存在组合作用,分析时不能忽略混凝土翼板和钢梁间的相互约束作用,否则会低估组合梁的抗扭能力。钢梁自身的抗扭作用很小,钢梁对组合梁扭转的贡献在于,它向混凝土翼板提供了纵向约束。在钢筋混凝土变角软化桁架模型(RA-STM)的基础上,通过引入平截面假定,以考虑组合梁扭转中的组合作用,建立适于分析开口截面钢-混凝土组合弯扭性能的三维桁架模型:在弯扭作用下,组合梁截面各单元分别处于一维应力状态(体系1)和二维应力状态(体系2),体系1用来抵抗由弯矩和扭矩引起的截面纵向应力,体系2用来抵抗由扭矩引起的截面剪应力,两者通过截面的纵向应变协调和内力平衡条件联系起来。所分析内容充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程。计算结果与试验结果吻合良好。此外还简要评价了现有的组合梁极限扭矩计算公式的不足。

开口截面钢-混凝土组合梁弯扭性能非线性分析

在钢筋混凝土变角软化桁架模型的基础上,提出了适于分析开口截面钢-混凝土组合梁弯扭性能的三维桁架模型。在弯扭作用下,组合梁截面各单元分别处于一维应力状态(体系1)和二维应力状态(体系2),体系1用来抵抗由弯矩和扭矩引起的截面纵向应力,体系2用来抵抗由扭矩引起的截面剪应力,两者通过截面的纵向应变协调和内力平衡条件联系起来。分析充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程。通过对部分试件的计算验证,结果表明该模型不仅可以用于预测组合梁的极限强度,而且为混凝土翼板开裂后组合梁全过程分析,提供了有效途径。

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。

钢-混凝土组合桁架梁性能分析

通过将普通工字钢组合梁的理论计算结果与ANSYS有限元软件模拟分析结果进行比较分析,验证有限元模型的合理性。通过有限元软件对比分析普通工字钢组合梁、钢桁架梁和钢-混凝土组合桁架梁(SCCTG)在同工况作用下的受力性能。结果表明SCCTG的跨中挠度小于前两者,用钢量比普通工字钢组合梁节约22.6%,说明SCCTG在受力性能和工程造价上都具有明显的优势。

钢桁架-混凝土组合梁桥结构形式及构造研究

钢桁架-混凝土组合梁桥形式多样,其桁架形式、节点构造形式以及剪力连接件布置形式和构造的选取都是初步设计中的关键点。论文针对该类结构的关键形式和构造进行调研总结,分析其工作机理和受力特点,并提出不同的结构形式和构造的设计要点及适用范围,可为相似工程提供参考依据。

钢桁架-混凝土组合梁、楼盖研究综述

钢桁架-混凝土组合梁及楼盖由混凝土板与钢桁架通过剪力连接件连接而形成的组合结构,其具备承载力高、自重轻和节省建筑空间的优点。在整理了国内外钢桁架-混凝土组合梁研究的基础上,介绍了关于该结构的力学性能试验、有限元数值模拟、剪力连接件、动力性能方面的研究,又对新型钢桁架-混凝土组合结构的研究进行了梳理,为该结构的研究、设计及应用提供参考。

预应力钢桁-混凝土预制面板组合梁桥在三峡工程中的应用

本文详细介绍了新型的桥梁结构体系-预应力钢桁-混凝土预制面板组合粱桥在三峡工程临时施工用桥中设计和施工方法,工程应用表明该桥梁体系在水电工程施工中安装快捷、可以重复使用从而节省材料。本文还报道了设计的关键技术和施工的关键环节,与三峡工程中同类条件下的桥梁工程比较证明该桥型具有明显的经济效益和社会效益。通过对该桥的有限元分析与现场的静动力荷载试验比较和拆除时的损伤检测,均证明该桥型具有良好的使用性能。该桥经过三峡施工高峰期的考验。

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.

钢-预应力混凝土组合梁抗扭极限分析

根据软化桁架模型理论,通过力及力矩的平衡、变形协调和材料本构关系,得出在转矩作用下预应力组合梁的受扭强度、扭率、应力、应变、扭转角等一系列方程,并推导出在转矩作用下开、闭口截面钢-预应力混凝土组合梁的抗扭极限强度计算公式.

钢桁架混凝土组合梁受弯承载力试验

通过对3根内置钢桁架-混凝土组合梁的试验,研究腹杆间距对此种梁承载力、刚度和裂缝的影响,为内置钢桁架-混凝土组合梁的设计提供理论依据。实验结果表明:内置钢桁架腹杆间距对试验梁承载力影响不大。斜腹杆间距与平均裂缝宽度成正比,与刚度成反比。此类梁的正截面受弯承载力计算公式可以沿用普通钢筋混凝土梁的计算公式,但需加以修正。

双幅空间桁架组合梁受力性能分析

双幅空间桁架组合梁是一种新型组合结构。为了解其在荷载作用下的破坏形式、变形能力、桁架各杆件的内力分布规律等,利用ABAQUS有限元软件对组合梁进行双幅加载和单幅加载下的受力性能分析。研究表明:双幅空间桁架组合梁具有良好的变形能力,组合梁的破坏原因是下弦杆发生弯曲破坏,由局部失稳导致整体失稳;单幅加载时横向联系的上腹杆受力比双幅加载时大很多,并伴随有腹杆节点的强度破坏;桁架中梁端位置的腹杆受力较大,跨中位置的腹杆受力较小;在不考虑翼板与桁架相对滑移的情况下,截面应力变化满足平截面假设。

变截面钢-混凝土组合连续桁梁桥设计与施工

钢桁架-混凝土组合桥梁是组合结构桥梁的一个重要分支。虽然我国起步较晚,钢桁架-混凝土组合桥梁更是少之又少,但该结构经济效益佳,并能兼顾美学功能,因此在国内具有广阔的发展空间。现以北京顺于路西延跨温榆河桥为例,总结变截面钢-混凝土组合连续桁梁桥的设计、建造要点,并提出措施优化设计、施工。

CFRP加固组合梁承载力性能实验研究

对碳纤维复合增强材料(CFRP)条带加固的混凝土-钢组合梁抗弯性能进行实验研究。在考虑CFRP条带加固长度和宽度两个变量的基础上,采用四点加载的方式,研究加固和未加固组合梁在加载过程中的承载力性能。通过分析试件的荷载-位移曲线和其破坏模态,揭示在加固前后混凝土试件的初裂荷载和极限承载力的变化规律,并分析组合梁各类破坏模态的产生机理。实验研究结果表明:采用CFRP条带加固的组合梁承载能力会提高,当CFRP加固长度为试件总长的60%时,承载力的提高效率最高。同时提出一桁架模型,用以分析加固前后组合梁中混凝土板、钢梁腹板以及FRP条带的内力,为该类加固梁的极限荷载预测提供了依据。

不同材料胶结层对组合梁粘结性能影响的试验研究

为研究不同胶结层材料对装配式混合连接钢-混凝土组合梁受力性能及粘结性能的影响,设计制作了2根3 m跨径的试验梁进行静载试验。胶结层材料分别为环氧砂浆和C60水泥基灌浆料,其它参数不变。通过试验对比分析了试件的破坏模式、极限承载力、荷载-挠度曲线、荷载-滑移曲线和沿梁高应变曲线。研究表明,在弹性阶段,C60水泥基灌浆料的最大滑移量仅为环氧砂浆的62.7%,采用C60水泥基灌浆料作为胶结层在弹性阶段可以明显减少混凝土板与钢梁之间的滑移量,粘结性能更优;在塑性阶段,C60水泥基灌浆料的滑移量急剧增大,因此破坏阶段时环氧砂浆的粘结力稍强。