装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥受载性能试验研究

为探析剪力连接布置形式对装配式钢桁-混凝土组合梁的性能影响,制作剪力栓钉水平布置(PSTC-H)与竖向布置(PSTC-V)两种不同形式的钢桁-混凝土组合(PSTC)梁试件,通过两点加载负弯矩试验,观察组合梁的荷载开裂、弹性恢复、关键点位移,分析其力学规律。研究结果表明:各组试验梁的初始裂缝均位于加载点附近的桥道板顶面侧边;PSTC组合梁开裂后,板内裂缝发展较慢,组合梁能够在较长的荷载范围内继续工作;整个加载过程中PSTC-H与PSTC-V梁的剪力连接件工作状态均较好,钢桁架与道板预埋钢板间未见破损及开裂;同级荷载水平下,PSTC-H的破坏最大挠度值、滑移值、裂缝宽度均明显小于PSTC-V。综合来看,栓钉水平布置的PSTC-H剪力连接方式性能更优。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥施工关键技术分析

结合工程实例,阐述了装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥施工中需解决的主要问题,分析了该类桥梁结构设计方案和工作要点,探讨了施工关键技术,主要包括钢桁梁构造、钢桁梁节点构造、桥道板、剪力联结构造、墩梁联结构造、下部结构施工技术等内容。结论证实,通过优化施工方案设计,把握施工关键技术,有助于缩短工期,取得了一定的社会效益,同时还节约了施工成本,取得了一定的经济效益。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型建立方法

新型的钢桁-混凝土组合连续刚构桥(Prefabricated Steel Truss-concrete(PSTC)Composite Continuous Rigid Frame Bridge)采用全装配式施工,并通过焊接预埋于混凝土桥道板内的剪力联结钢构件,将预制混凝土桥道板与钢桁联结为一体,无需预留剪力键后浇孔洞和现浇预制桥道板间湿接缝。为探索一套适用于装配式钢桁-混凝土连续刚构桥的非线性动力模型建立方法,掌握全桥动力计算中的新型装配式栓钉剪力键(PCSS剪力键)、预制混凝土桥道板、拼接缝及桥墩的非线性模拟方法,基于前期已经开展的PCSS剪力键推出试验和精细化有限元分析,建立了钢桁-混凝土组合连续刚构桥中2 m节段PCSS剪力键的实体有限元模型,得到了顺桥向、竖向以及横桥向的荷载-滑移曲线、刚度及承载能力,并作为非线性弹簧单元的特征值代入全桥计算模型;借用动力分析中的P-M-M塑性铰模拟了预制混凝土桥道板间接缝可能出现的开裂,并利用Ucfyber程序计算塑性铰的P-M参数,代入有限元程序中计算得到P-M-M塑性铰特征值;利用以上方法,建立了l=386 m装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型,得到了该桥的动力特性。研究成果为后续研究该桥型的动力性能或抗震响应奠定了基础,亦可供同类装配式桥梁参考。

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法

为了研究装配式钢桁-混凝土组合梁(PSTC)负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法:将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,并同时考虑钢与混凝土之间的界面滑移影响。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力特征。根据简化计算结果,在20 t和47 t荷载作用下,梁的挠度为3.96 mm和8.31 mm,相比试验测试值4.03mm和8.39 mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥的预制桥道板安装过程有限元模拟方法

为了掌握装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥施工阶段的受力性能,对预制桥道板安装过程进行了精细化有限元建模方法研究。根据该桥型的构造和施工特点,提出了两种不同的模拟方法。方法一为提出在安装钢桁单元时激活钢桁与桥道板之间的弹性连接,以实现预制桥道板单元分批次安装在变形后的钢桁上;且仅设置SD_x方向刚度值,以此模拟桥道板独自获得预压应力的状态。待全桥桥道板安装及张拉完成后,再将弹性连接方式更换为刚性连接,使之成为组合梁承受后期荷载。方法二为在安装钢桁单元时激活钢桁与桥道板之间钢臂连接单元以实现预制桥道板单元分批次安装在变形后的钢桁上,且释放钢臂连接单元顶端转动及水平约束,以此模拟桥道板独自获得预压应力的状态。待全桥桥道板安装及张拉完成后,再恢复钢臂连接单元顶端的转动和水平约束,使之成为组合梁承受后期荷载。分别用以上两种方法建立了某主跨70 m依托工程的全桥计算模型,对其关键施工阶段进行了仿真模拟分析。计算结果表明:两种计算方法均能精确的模拟预制桥道板安装过程,且两种方法数据吻合较好,可供同类桥梁参考。

装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥施工工艺

装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥在弦杆受力、节点水平剪力、稳定性和纵向力分配等方面还存在一些问题,需要对这些问题进行深入的研究和分析,对场地进行合理的布置,利用正确的钢桁梁分片、钢桁片立方布置等工艺,才能确保装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥的稳定性。

全装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥应用研究

全装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥是钢桁架梁和混凝土桥道板组合形成的一种新型组合结构桥梁,具有装配化施工、设计简单、工期短、避免了混凝土结构裂缝、可克服混凝土收缩徐变等病害、显著降低自重、施工质量易保证、桥梁力学特性良好、方便检测维修等优势,本文在依托工程的基础上,介绍了该桥型的发展、应用、结构特点及设计要点,供工程设计人员参考。

某装配式钢桁-混凝土组合连续刚构特大桥荷载试验检测技术研究

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥是一种新型桥梁,克服了传统的混凝土连续刚构桥普遍存在的难以根治的纵、横、斜裂缝和后期长期挠度过大的问题,而且由于现场拼装,不仅质量便于控制,而且大大缩短工期。本文以装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥为背景,介绍了该类型桥型荷载试验的实施过程,包括静载试验和动载试验的技术要点和试验方法,并根据实测结果与理论计算值的比较,按相关规范对桥梁整体性能进行评价,分析结果表明该桥各项测量指标均满足规范要求,结构处于正常弹性工作状态。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥施工工艺

结合工程实例,阐述了装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥施工现场规划与布置、钢桁梁分片施工工艺、钢桁片拼接施工工艺、刚构桥挂篮悬臂现浇施工前准备、测量环节控制施工工艺、钢桁架的具体测量计算、混凝土连续刚构桥挂篮悬臂现浇施工工艺及注意事项,旨在正确利用钢桁片,科学合理布置,提升装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥的整体质量与稳定性。

装配式钢桁-混凝土组合梁抗裂性能研究

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁剪力键预留孔和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带预埋抗剪栓钉(PCSS)剪力键的装配式钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-concrete Composite Beam,PSTC),为考察其抗裂性能,在介绍基本概念的基础上,阐述了PSTC组合梁的制作方法,进行了1组3个带预应力的PSTC组合梁负弯矩区段加载试验,并分析了在负弯矩作用的开裂极限状态下PSTC组合梁截面应变的构成特征;依据考虑滑移影响后的截面应变协调条件和PCSS联结构造的剪力-滑移本构关系,分别建立了PSTC组合梁微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程,推导得到了考虑滑移后PSTC组合梁的开裂弯矩计算公式。研究结果表明:PSTC组合梁首先需要在预制混凝土板内预埋带栓钉的剪力传递钢板,然后在钢桁梁上安装预制混凝土板并施加纵向预应力,最后对剪力传递钢板与钢桁梁顶面的纵缝施焊联结形成组合梁;PSTC试验梁初始裂缝出现在加载点附近的混凝土板边,开裂荷载随混凝土板预应力的增大而增大,相邻预制板间接缝的初始裂缝均略晚于板内首条裂缝出现,PSTC组合梁无明显的抗裂薄弱部位;得到的计算公式计算结果与试验数据吻合良好,可为同类桥梁提供参考。

装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁(PSCCB)的受弯性能,制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件,对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型,通过试验结果验证模型的可靠性,并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响。试验结果表明:高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性;随着宽跨比增大,PSCCB抗弯承载力和延性分别提高8%~19%和11%~21%;穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供高效的组合作用,部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异少于10%;与梁高320 mm的PSCCB相比,梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高96%,但延性降低10%。分析结果说明:有限元分析结果与试验结果较吻合,所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能;随着螺栓间距和预紧力的增大,PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变;适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度;增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力,而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小。根据试验和有限元参数分析,提出PSCCB受弯性能设计方法,受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好,可为PSCCB的工程设计提供参考。

基于施工全过程健康监测的装配式部分包覆钢-混凝土组合结构体系动力特性研究

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合结构的动力特性,基于世博文化公园双子山项目,采用全过程健康监测手段对装配式PEC结构体系施工全过程的应力、加速度进行监测,研究其阻尼比和自振频率在施工过程中的变化情况,将实测结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:结构应力计算值、自振频率计算值等均与实测值吻合较好,验证了结构施工全过程仿真模拟计算的合理性。施工过程中PEC框架梁柱及节点后浇区的型钢及混凝土应力实际监测结果均满足强度要求。节点后浇区混凝土浇筑前后,结构自振周期和阻尼比差别较小;结构顶部覆土恒载施加完成后,结构的自振周期和阻尼比均较之前有所增大。结构设计时阻尼比取0.04,小于施工完成后的阻尼比实测值最小值0.046,阻尼比取值偏于安全,设计阻尼比取值合理。

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。

装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点抗震性能研究

将屈曲约束支撑(BRB)引入装配式混凝土柱-钢梁(RCS)组合结构中,提出一种装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑(P-RCS-BRB)组合结构连接节点,以适应当前抗震设计的更高要求。该节点不仅能实现全装配,还能有效降低支撑所带来的开合效应影响。采用经验证的有限元模拟分析方法,对此节点的抗震性能进行分析,结果表明:该节点具有高承载、可装配、震后无损伤等特点,满足强节点连接的设计要求和大震弹性的抗震目标,有助于实现结构的震后功能可恢复。

装配式钢-混凝土组合管剪力墙抗震性能试验与数值分析

为研究装配式钢混凝土组合管剪力墙的抗震性能,完成了5个SRCT剪力墙试件和1个RC剪力墙试件的拟静力试验,分析了其破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等.采用数值模拟软件建立了SRCT剪力墙有限元模型,并对其进行参数化分析.结果表明:SRCT剪力墙刚度大、承载能力高,约束区混凝土破坏程度低;随着钢板厚度的增大,破坏形态由型钢与钢板撕裂转变为焊缝破坏,建议保证焊接质量以实现预期破坏模式;距墙肢底部500 mm范围的混凝土、U形钢、薄钢板和栓拉筋受力复杂,应采取措施提高墙体承载与变形能力;随着轴压比、混凝土强度和钢材强度的提高,SRCT剪力墙承载力和刚度也逐渐增大,但延性降低;建议轴压比不宜大于0.5,混凝土强度不宜高于C50,钢材强度等级不宜大于Q390.

水平荷载下装配式钢-混凝土组合管剪力墙受力性能有限元分析

在3个剪跨比为1.65、轴压比为0.2的装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙试件的低周往复加载试验基础上,选用合适的单元类型和材料本构关系等,建立了SRCT剪力墙的非线性数值分析模型。考察了轴压比、混凝土强度、钢材强度及拉结筋布置方式等对SRCT剪力墙水平荷载下受力性能的影响。结果表明:数值分析方法计算值与试验值吻合良好,可以较好地用于SRCT剪力墙在水平荷载下的受力分析;随着轴压比、混凝土强度及钢材强度的提高,SRCT剪力墙峰值承载力及初始刚度均有提高,但位移延性降低;梅花式拉结筋布置的SRCT剪力墙与并列式布置形式的SRCT剪力墙初始刚度和承载力相差不大,但位移延性大于并列式布置形式的SRCT剪力墙;在试验和数值分析的基础上给出影响SRCT剪力墙受力性能主要参数的取值范围。

装配式钢-混凝土组合结构体系研究

以内蒙古集宁宜和小区为工程背景,研究出一种新型装配式钢-混凝土组合结构体系,由方钢管混凝土柱、钢板剪力墙、U型梁、叠合板和装配式自锁连接整浇外墙组成,对其进行了结构抗震性能化设计,并与常规结构方案进行了对比优化分析,结果表明各项指标均满足规范要求,且具有装配率高、重量轻、含钢量少、节点安装方便以及施工速度快等优点,值得推广应用。

钢-混凝土组合结构在装配式建筑中的应用

近年来,钢-混凝土组合结构在装配式建筑中的应用与发展受到了建筑行业的高度认可,多种组合结构体系在实际工程中得到应用,本文介绍了装配式钢管束组合结构体系、PEC预制装配的组合结构体系以及捷约预制装配式框架体系三种可用于装配式建筑的组合结构体系,重点介绍了三种组合结构体系的构成、优势以及典型案例,可供有关工程技术人员参考。