部分充填混凝土钢箱连续梁抗弯性能研究

为研究部分充填混凝土钢箱连续梁抗弯性能,对2个两跨部分充填混凝土钢箱连续梁和1个空钢箱连续梁试件进行了静力试验研究,获得了试验梁变形发展、截面应变发展、破坏特征等方面试验数据.试验结果表明,部分充填混凝土连续钢箱试验梁的极限承载力是钢箱连续试验梁的1.9倍,延性也增加了大约5倍.提出了部分充填混凝土钢箱连续梁截面抗弯强度计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.利用计算公式对连续梁截面强度影响的主要参数进行了分析,表明增大受拉区钢箱翼板厚度,对于提高梁的抗弯承载能力效率最高.

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗裂性能研究

为了研究充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弯曲性能,以及栓钉间距、配筋率对连续组合梁负弯矩区混凝土翼板抗裂性能、裂缝开展和宽度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁的静力加载试验;考虑翼板混凝土收缩应力的影响,推导出连续组合梁负弯矩区翼板开裂弯矩理论计算公式。试验结果表明,在较低荷载下连续组合梁翼板负弯矩区就会开裂,而发生明显的内力重分布;箍筋间距对裂缝间距有一定的影响,且剪力连接程度和配筋率对连续组合梁负弯矩区裂缝发展以及宽度的影响较明显,适当增加配筋率可以减小组合梁负弯矩区翼板最大裂缝宽度。通过求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,考虑收缩应力的影响能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算值与试验值进行比较,证明这种理论计算式是可行的。

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗弯承载力

为了研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区抗弯承载力,完成了3根简支组合梁在负弯矩作用下的弯曲性能试验;分析了影响部分填充混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区结构受力性能的主要因素。通过换算截面原理以及混凝土翼板参与受拉的程度系数m来确定组合梁截面惯性矩与抗弯刚度,推出部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化的塑性理论,得到负弯矩区极限抗弯承载力计算方法,并进行计算值和实测值对比分析。总体而言,充填的混凝土限制了受压部位钢箱的结构变形,能够明显提高钢箱组合梁负弯矩区的弹性工作范围和极限承载力,使钢箱组合梁具有更好的工作性能。

部分充填混凝土连续组合梁桥支座处截面极限强度的塑性理论分析

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁桥是钢箱-混凝土组合梁与矩形钢管混凝土结构结合的一种新型组合结构梁桥.基于一般钢箱-混凝土连续组合梁桥中支座负弯矩区因混凝土翼板开裂而导致抗弯强度、局部稳定性不足的特点,提出了一种部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁桥,并对其中支座负弯矩区的正截面强度和支座截面抗剪性能进行了塑性理论分析.

部分充填混凝土钢箱连续梁试验及有限元分析

通过2个两跨部分充填混凝土钢箱连续梁和1个钢箱连续梁模型在两个集中力作用下的试验,研究其变形发展及破坏过程.试验结果表明,部分充填混凝土钢箱连续梁模型与钢箱连续梁模型相比,弹性承载能力提高45%,极限承载力提高90%,延性增大8倍.利用ANSYS对部分充填混凝土钢箱连续梁受力行为进行了非线性有限元分析,分析结果与试验实测结果吻合良好,验证了计算模型的有效性,利用有限元模型参数分析表明增大受拉区翼板厚度对承载力效果最优.

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明:在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区局部屈曲分析与试验研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁主要由钢筋混凝土翼板、下箱室充填混凝土的窄幅钢箱梁和抗剪连接件组成。通过2根部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁弯曲性能试验研究,对比考察了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力全过程,分析了组合梁钢板的局部屈曲特征,给出了钢梁腹板屈曲应力的简化计算模型。试验结果表明,钢箱内部分充填混凝土可以有效地提高负弯矩区的抗弯性能、梁的整体延性性能和受压区钢梁的稳定性,能够显著地改善钢板的局部屈曲性能。

部分充填钢箱—混凝土组合梁变形计算

为研究组合梁负弯矩区的滑移及变形进行了3片不同抗剪连接度的部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁试验,观测了在对称集中荷载作用下交界面的相对滑移分布规律和挠度的试验结果。试验结果表明,随着抗剪连接度的增加,滑移逐渐减小且基本上以跨中为对称点沿梁对称分布。建立了考虑滑移效应的组合梁受力模型,推导出部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁交界面的滑移微分方程,针对钢结构设计规范运用刚度折减法计算挠度出现的问题,建议采用有效刚度法,同时将计算结果与试验结果进行了对比分析。对比结果表明,在弹性阶段滑移理论计算值和实测值具有很好的拟合性,弹性阶段以后有一定的误差,有效刚度法计算得到的挠度可以准确描述组合梁的变形。

部分填充混凝土窄幅钢箱组合梁非线性有限元分析

为研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁力学性能,考虑组合梁剪力连接件剪切滑移的非线性、材料非线性、几何非线性等因素,建立非线性有限元模型,分析部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区全过程的受力性能。用有限元法计算得到试验梁荷载-挠度曲线、纵向钢筋的荷载-应变曲线和承载能力等结果。通过与试验结果进行比较,有限元分析计算值与试验实测值吻合较好,验证了有限元模型分析的有效性。利用有限元模型对组合梁进行了参数分析,研究结果表明,增大翼板配筋率和钢箱底板厚度对提高组合梁极限承载能力和开裂后刚度作用显著,对提高组合抗裂能力作用不明显;充填混凝土对提高组合梁极限承载能力作用明显,充填高度达到钢箱高度一半后对承载能力提高的效率降低;钢箱顶板厚度达到10 mm后,继续增大对组合梁承载能力提高影响不明显。

部分充填钢管混凝土独柱墩的最小混凝土充填率

钢管混凝土独柱墩具有占地面积小、承载能力高和结构耗能能力强等优点,在我国城市高架桥中得以广泛应用,但在高烈度区的应用还缺少相应的抗震设计指导。结合圆形钢管混凝土桥墩充填率的研究现状,根据《城市桥梁抗震设计规范》中提出的2种不同的抗震设计思想(减隔震设计和延性抗震设计),提出了最小混凝土充填率这个抗震设计指标,通过理论分析和实体有限元数值模拟给出相应的实用计算公式并进行验证,为促进部分充填圆形钢管混凝土桥墩在我国高烈度区的应用提供抗震设计参考。

不同抗剪连接度的部分充填式钢箱–混凝土连续组合梁性能研究

钢–混凝土连续组合梁根据抗剪连接程度可分为部分抗剪和完全抗剪。为了研究不同抗剪连接度对连续组合梁挠度、极限承载能力、相对滑移的影响,对3根抗剪连接度分别为0.5, 0.75, 1.0的部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁进行了两点对称集中荷载试验。试验结果表明:完全抗剪比部分抗剪的极限承载力更大、相对滑移更小。

部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁竖向抗剪试验研究

钢–混凝土组合结构因其轻质高强、施工方便等特点得到了广泛的运用,提出一种新型部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁。为了分析组合连续梁的中支座在负弯矩作用下的受力全过程特征、延性、截面刚度变化及竖向抗剪强度,对两根不同中支座混凝土充填形式连续梁试件进行抗剪试验研究。试验结果表明:充填的核心混凝土对钢箱腹板抗局部屈曲能力的提高和承担抗剪起到了重要作用。

滑移对部分充填式钢箱-砼组合梁承载力的影响

为了分析滑移对受负弯矩作用的部分充填式钢箱-混凝土组合梁弹性抗弯承载力的影响,建立在反向两点对称加载工况下的组合梁微段模型,并推导滑移微分方程,在此基础上得出滑移和滑移应变解析解.根据截面应变分布,进一步推导出组合梁考虑滑移效应的弹性抗弯承载力计算公式.对3根反向两点对称加载的组合梁进行试验,对公式的准确性进行验证,试验得出的结果与公式计算值之间拟合良好.结果表明:考虑滑移的不利影响后,组合梁的弹性抗弯承载力下降明显.

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用,对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型(相似比为1∶6.7)进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验,研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝,而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝,所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时,受横桥向恒载偏心的影响,有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧,塑性发展区域也大于无偏心桥墩,这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过,由于有偏心桥墩并未发生开裂,所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大,均在3 cm左右,验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计,其抗震性能也能满足既定的要求。此外,恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等,可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异,不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时,需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数,减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。

部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩下的竖向抗剪强度

为研究新型部分充填式钢箱-混凝土组合梁裂缝开展、局部屈曲过程和竖向抗剪强度,对3根不同配筋率的试验梁进行了两点对称式反向加载试验,得到了试验梁的荷载-跨中挠度曲线、跨中应变分布曲线和剪应变分布曲线,分析了混凝土翼板配筋率和充填区混凝土对组合梁负弯矩区抗剪承载力的影响.通过塑性理论分析推导出抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好.结果表明:在负弯矩作用下,充填区混凝土承担了截面的部分剪力,翼板区纵向钢筋抑制了混凝土翼板开裂,横向钢筋对剪力连接件起到约束作用;以上各项因素共同提高了组合梁的局部稳定性及抗剪承载力.

变刚度梁弯曲解析解在桥面板中的应用

针对新型连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁,研究了该桥型桥梁的桥面板拉应力控制方法与措施.将该桥型组合桥梁等效为可变刚度的Euler梁,给出任意横向荷载作用下变刚度梁的静力弯曲解析通解,并得到三跨连续阶梯型变刚度梁变形及其内力分布特征.在此基础上,以三跨连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁为研究对象,考虑下部钢箱梁与上部混凝土桥面板完全剪力连接,通过改变负弯矩区钢箱梁壁厚、内部充填混凝土的强度、长度与高度等参数,分析得到可有效控制桥面板拉应力的关键因素.结果显示:在负弯矩区段内的钢箱梁内部充填混凝土对控制该区域混凝土桥面板拉应力效果明显,但混凝土强度影响较弱.混凝土桥面板开裂区域随钢箱梁中充填混凝土长度的增加而减少,但桥面板顶部拉应力会随混凝土充填高度的增加呈现先减小后增大的趋势,在充填高度为箱梁内部净高的20%~30%左右时效果较为显著,此时经济效益最佳.