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。

大跨度铁路钢桁架-混凝土组合连续梁设计方案

钢桁架-混凝土组合连续梁是一种新型的桥梁结构形式,其具有刚度大、力学性能优良、用材节省、经济性良好等优点。本文以一座主跨246 m的铁路大桥为背景,从结构体系、主桁形式、桁高、主桁间距、主桁倾角、节间长度、下弦曲线等方面对钢桁架-混凝土组合连续梁桥的结构特点和关键参数进行了比选和计算分析。结果表明:该桥更适合采用连续刚构体系,负弯矩区通过增加纵向配筋允许开裂的方式更经济,并给出了各项参数的最优值。

螺旋体钢桁架-混凝土主体结构综合施工技术

东莞玉兰大剧院工程采用了复杂的螺旋体钢桁架-混凝土主体结构,混凝土和钢结构相交关系复杂,施工难度大,施工中创新地应用了多种支模方法和综合应用了直吊、抬吊、滑移、牵拉等钢结构安装方法,解决了复杂施工环境中混凝土结构和钢结构相互交叉施工的难题。

钢桁架-混凝土组合结构温度作用下剪力滞效应

为研究钢桁架-混凝土组合结构在温度作用下的剪力滞效应并计算有效分布宽度。以某钢桁架-混凝土组合结构为研究案例,采用ANSYS建立空间有限元模型,选取6个截面作为研究对象,分析整体升温20℃,整体降温20℃以及温度梯度升、降温作用下的桥面板上缘正应力分布情况,对比常温下的正应力分布情况,研究剪力滞效应随温度作用的变化规律,采用应力合力与有效分布宽度内实际最大正应力合力相等的原则计算有效分布宽度。研究结果表明:钢桁架-混凝土组合结构在常温下,距支点四分之一跨径的桥面板正应力值由边支点向跨中方向逐渐减小,中跨跨中正应力值大于边跨跨中。整体升温和降温对组合结构剪力滞效应影响程度相近,方向相反。温度梯度变化对组合结构剪力滞效应影响较大,最大应力变化幅度超过200%,需在组合结构设计时予以考虑。在温度作用下,升温和降温分别使有效分布宽度变大和变小的趋势。

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。

全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系结构介绍

装配式建筑由于其适合工业化生产,绿色环保,施工周期短,受到国家大力推崇。装配式建筑中,楼盖是房屋建筑的主要组成部分。装配式楼盖中目前应用最为广泛的是钢-混凝土组合楼盖,但其无法适用于大跨度结构。为了适应当今建筑业发展过程中大跨度和超高层的要求,由此诞生了装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系。装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系构造复杂,对大跨度,超高层建筑有良好的适用性。拟建的长沙天空城市工程项目就是采用此类楼盖,本文以该工程项目为例,对装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系进行介绍。

叠加空腹桁架的钢-钢骨混凝土组合转换桁架设计分析与监测

针对某上弦为钢骨构件、腹杆及下弦为型钢的钢-钢骨混凝土组合转换桁架结构,采用PKPM软件对组合转换桁架和其上空腹桁架进行了多个整体模型的弹性对比分析及静力推覆分析。结果表明,施工模拟方式、楼面板刚度模拟方式、混凝土空腹桁架构件徐变、中大震下出铰情况对转换桁架和空腹桁架分担的转换荷载计算值均有较大影响,相关因素应予包络、准确地考虑。对多个子结构组合而成的结构体系,应明晰各子结构在整体中发挥的作用,以及各子结构在相关因素变动情况下的定量变化情况,以保证各子结构性能稳定性和整体结构的安全。工程施工阶段监测表明,叠加空腹桁架的组合转换桁架结构变形及构件应变基本与设计预期相符,转换结构安全合理。

钢桁架-混凝土组合梁的试验研究

以钢桁架-混凝土组合梁为研究对象,对3组钢桁架和3组桁架组合梁(每组有2榀桁架)进行对比试验研究。研究桁架组合梁和钢桁架的刚度、变形和承载力等受力性能,并对两者进行比较,得出:将钢桁架与混凝土翼板组成桁架组合梁后,桁架杆件的受力性能和结构稳定性得到很大的改善,结构整体刚度和承载力显著提高,具有显著的经济效益。在结构力学的基础上,提出了桁架组合梁的短期刚度、挠度及抗弯承载力计算公式,并利用试验实测结果对公式进行验证。

基于舒适度的钢桁架-混凝土组合楼板动力特性研究

大跨楼盖结构的振动舒适度问题在结构设计中不可忽视,钢桁架-混凝土组合楼板是大跨结构中常用的楼板形式。针对该类型楼板的振动舒适度问题,建立简化层合梁模型以及精细的层合板模型,分析结构动力特性的影响因素和影响机理,并建立某真实结构的参数化有限元模型,计算细部构件对楼板振动频率影响规律。研究表明:当混凝土板和钢桁架的弹性模量比、质量密度比满足一定条件时,存在"分界点"使得随着混凝土板厚增加,组合楼板基频先降低后增加。进行舒适度计算或减振设计时,应注意是否存在"分界点"以及"分界点"位置;增大混凝土板弹性模量或减小密度能提高楼板基频,但对基频改变不明显;工程上可通过适当提高下弦杆和腹杆截面惯性矩、提高桁架高度和减小楼板跨度等方法提高组合楼板频率。

预制钢桁架-混凝土组合剪力墙受力性能研究

钢桁架-混凝土组合剪力墙是一种适用于装配式建筑的新型抗侧力结构体系。本文采用ABAQUS有限元软件建立钢桁架-混凝土组合剪力墙的分析模型,对13个不同设计参数的钢桁架-混凝土组合剪力墙进行了单调加载模拟,得到了构件的变形性能和受力性能;考察了轴压比、混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量等参数对钢桁架-混凝土剪力墙受力性能的影响规律。研究结果表明:轴压比对于剪力墙的抗剪承载力和延性都具有较大影响,轴压比在0.3~0.5之间,钢桁架混凝土剪力墙的抗剪承载力较大;混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量对剪力墙受力性能影响不大;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对于剪力墙的抗剪承载力提升效果不明显。

钢桁架-混凝土组合梁桁板节点刚度计算

以低碳环保的桥梁建造与发展为契机,为深入探究钢桁架-混凝土给合梁三维桁杆结构大型节点板(桁板节点)的稳定性能及其对整体结构性能的影响,构建了三维桁板节点实体精细化模型和考虑桁杆焊接节点实际刚度的梁-实体组合结构精细化模型。计算得到了钢桁梁焊接节点连接处腹杆、弦杆及平联分别绕强轴和弱轴的弯矩-转角关系曲线,分析了影响桁板节点转动刚度的敏感参数,揭示了桁板节点初始刚度随节点板厚度、轴压比以及焊接温差应力的变化规律,建立了板节点刚度计算方法。在此基础上,研究了节点板厚度、轴压比以及焊接温差应力引起桁板节点转动刚度变化对钢桁架-混凝土组合梁整体稳定性能的影响,获取其整体结构的安全储备,提出了桁板节点刚度对整体结构稳定性能影响公式。研究结果表明:钢桁梁焊接节点半刚性特征较为明显。杆件沿截面强轴方向转动时,具有较大的强度和抗弯刚度;而沿弱轴方向转动时,杆件的强度和刚度均较小。节点板厚度由20增加至40 mm时,桁板节点初始刚度增加了39.49%,极限转角减少了46.40%,结构第1阶屈曲特征值增加了342.95%;轴压比由0增加至0.8时,桁板节点初始刚度下降了12.20%,极限转角减少了24.43%,结构第1阶屈曲特征值减小了55.48%;考虑焊接温差应力时,桁板节点初始刚度下降了8.63%,极限转角减少了26.01%,结构第1阶屈曲特征值减小了4.90%。所提公式简单实用,研究成果可为钢桁架-混凝土组合梁的全寿命设计与建造提供理论依据。

钢桁架-混凝土组合梁界面工作协调性及整体力学性能

为深入研究钢桁架-混凝土组合梁的界面工作协调性及整体结构力学性能,建立可为工程应用的简明算法,选取某钢桁架-混凝土组合连续梁作为研究对象,采用精细化有限元分析方法,以多维度单元相组合的形式建立其三维数值空间模型。以中支点截面及中支点附近2 m处截面、边跨跨中截面以及边支点截面处共5组剪力钉为分析对象,计算不同直径剪力钉的荷载-滑移关系曲线。研究预应力混凝土桥面板(简称PC板)的强度、厚度以及剪力钉的形式3种结构参数对PC板与钢桁架界面滑移量的影响程度。结合皮尔逊相关系数给出界面工作协调性对各参数的敏感度,提出了考虑PC板强度、厚度和剪力钉形式的界面滑移量计算公式。通过挠度与应力的变化特征确定钢桁架-混凝土组合梁的整体力学性能,并提出组合梁整体结构的最大挠度预测公式。研究结果表明:随着PC板强度的增加,在荷载较小时,界面滑移量呈下降趋势,荷载较大时,界面滑移量呈上升趋势;PC板厚度对界面滑移量的影响规律不明显;剪力钉的形式对界面滑移量有直接影响,剪力钉直径越小,PC板与钢桁架的界面工作协调性越差。组合梁最大挠度随PC板强度提高而减小,随PC板厚度增加呈现先减小后增大的趋势,剪力钉直径对组合梁最大挠度影响较小。PC板强度变化对钢桁架最大正应力影响不大,但对PC板最大压应力影响幅度超过20%。当PC板厚度与钢桁架高度比值在0.0506~0.0532时,组合梁的界面局部工作特性及整体力学性能较为均衡。所提公式简洁,该研究成果可为钢桁架-混凝土组合桥梁全寿命建造与安全运维提供理论依据。

外包式钢桁架-混凝土组合设备基础

传统意义上的钢桁架-混凝土组合结构,是钢桁架位于混凝土板之下,考虑混凝土板对钢桁架受力性能的贡献。这种传统的钢桁架-混凝土组合结构,可以定义为下置式钢桁架-混凝土组合结构。本文介绍在设备基础中成功应用的钢桁架外包混凝土板结构,即钢桁架上下弦位于块体式混凝土设备基础上下表面,这是一种全新的组合结构形式。为区别起见,暂定名外包式钢桁架-混凝土组合结构,因其在设备基础中应用,而称之为外包式钢桁架-混凝土组合设备基础。与传统概念的钢桁架-混凝土组合结构不同的是,该结构的基本特点是钢桁架夹混凝土梁,在技术上是一个创新。外包式钢桁架-混凝土组合设备基础已有大量应用于设备基础工程中的报道,取得了良好的经济效益。本文扼要介绍这种设备基础从施工工艺发展和开发的历程,以及施工方法、受力特点和计算方法。本文对这种新结构的应用前景予以展望。

钢-混凝土组合桁架疲劳性能的精细有限元分析

为研究钢—混凝土组合桁架在疲劳荷载下的受力性能,提高组合桁架的疲劳寿命,为疲劳设计提供一定依据,以某大跨桥梁为基础设计6组组合桁架构件,采用有限元计算软件ANSYS和名义应力理论相结合的方法对其进行数值模拟和研究。由精细有限元分析模拟疲劳荷载引起单元的损伤,进而获得更加准确的修正S-N曲线。通过对模型施加常幅疲劳荷载,计算其在不同配筋率和混凝土抗压强度下的疲劳寿命,考察不同影响因素对组合桁架疲劳寿命的影响。结果表明,混凝土强度增加1个等级(约8%),疲劳寿命提高约20%;而配筋率也以约8%的速率增加时,疲劳寿命只提高约0.3%。混凝土抗压强度和配筋率均为影响组合桁架疲劳性能的因素,构件的疲劳寿命随混凝土抗压强度和配筋率的提高而增长,其中混凝土抗压强度的影响相比配筋率更为显著。研究结果可为组合桁架桥梁的设计提供了依据。

大跨度钢-混凝土组合桁架铁路桥端节点模型试验研究

钢-混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,有必要通过模型试验对其钢-混上弦节点的应力应变状态及工作性能进行研究,探索组合桁架上弦节点合理构造和承载力。介绍节点模型的设计、加载过程和测点布置等;重点通过对试验结果分析和有限元计算的比较,得出弦杆应变和节点板应力的分布规律,通过绘制弦杆荷载-水平位移曲线,对节点的非线性受力行为进行研究,得出节点整体的受力性能。研究表明:钢-混凝土组合桁架节点受力合理,节点承载力安全储备较高,满足铁路桥梁设计要求,PBL连接件抗剪能力良好;节点板是受力的关键部位,加设节点板加劲肋可以有效提高节点屈服后强度,但对极限荷载的提高作用不大。

80m钢-混凝土组合桁架施工组织方案

介绍了近年来发展起来的新型桥梁结构——钢-混凝土组合桁架的施工组织方案,此结构在铁路桥梁中的应用前景非常广阔,通过技术攻关,解决"大跨度钢-混凝土组合桁架"的腹杆钢箱制做技术难题。

方钢管混凝土柱-钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.

钢-混凝土组合桁架外接式节点优化分析

钢-混凝土组合桁架外接式节点由钢腹杆和上下混凝土弦杆组成,节点板包括内置混凝土部分和外露部分。采取荷载位移曲线对是否考虑钢节点板内置部分与混凝土之间的粘结效应进行对比分析。利用弦杆近加载端荷载位移曲线对影响节点承载力的单因素进行分析。采用数理统计中的正交试验方法对影响节点承载力的因素进行多因素多水平正交分析,同时讨论因素之间的交互作用并给出最优解。在特定弦杆截面尺寸下,研究结果表明:钢节点板厚度和钢腹杆壁厚对节点的承载力影响较大,二者间存在明显的交互作用。研究成果可为以后实际工程设计以及理论研究提供帮助。

钢-混凝土组合桁架梁研究综述

钢-混凝土组合桁架梁(SCCTG)是在普通组合梁的基础上发展起来的一种新型构件,通过剪力连接件将混凝土板和钢桁架形成整体共同工作。钢-混凝土组合桁架梁与普通组合梁相比具有经济性好、抗弯刚度大、承载力大等优点。在总结SCCTG在国内外应用和研究的基础上,重点介绍了关于SCCTG在计算模型、有限元分析、剪力连接件推出试验和翼缘有效宽度等方面取得的成果。为SCCTG在我国的进一步研究、设计及应用提供参考。