钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥施工工艺

文中主要依托广佛肇高速公路青岐涌特大桥装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥项目施工,介绍一种装配式钢桁-混凝土组合连续刚构施工技术,为类似结构桥梁的设计与施工提供参考,最大限度为此类桥梁结构的发展与应用提供参考依据。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的剪滞效应

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥在截面形式上采用桁式腹杆和混凝土顶底板,由于剪切变形的不均匀性,使得组合箱梁在纵向弯曲时产生较为明显的剪滞效应。以某钢桁腹混凝土组合梁桥为例,利用空间实体模型分析了剪滞效应和有效宽度分布规律,并研究了顶底板厚度及钢管壁厚对剪滞效应的影响,为今后同类桥型的设计提供参考。

钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究

为研究钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力沿横桥向的分布情况,运用有限元软件ANSYS建立一座35 m等截面简支钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,考虑斜向腹杆杆力作用会使翼板产生附加轴力及相应的附加应力,故利用能量变分法原理推导出组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式,并据此探讨适用于计算组合箱梁的翼板纵向应力的方法。将有限元值和理论值进行比较,吻合程度良好。研究结果表明,组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算;为获得组合箱梁的翼板附加轴力,可将组合箱梁的钢桁腹杆和混凝土纵梁取出,认为两者通过节点构造共同构成平面桁架,翼板附加轴力即为平面桁架的弦杆杆力;组合箱梁的上翼板纵向应力可通过纵向弯曲应力和经修正的纵向附加应力叠加获得。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构性能分析

以南京绕越公路江山桥为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立该钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,分析其腹杆的受力情况,并据此计算腹杆轴力竖向分量对各分析截面的抗剪贡献,然后研究荷载横向变位对组合箱梁剪力滞效应的影响,最后推导出组合箱梁钢桁腹杆的纵向弹性模量计算公式并计算实桥腹杆纵向弹性模量,判断钢桁腹杆的抗弯贡献。研究结果表明:组合箱梁的钢桁腹杆主要承受轴力作用;组合箱梁的截面剪力可近似认为由钢桁腹杆承担;荷载横向变位对组合箱梁上翼板的剪力滞效应影响较大;钢桁腹杆可认为不抵抗截面弯矩。

钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析

基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。

钢桁腹混凝土组合梁试验与承载力设计方法研究

设计制作两片相同的钢桁腹混凝土组合梁进行静力加载试验,研究其在对称荷载作用下的受力性能;利用有限元软件ABAQUS建立与试验梁相同的有限元分析模型,对其受力性能进行分析;根据钢桁腹混凝土组合梁的破坏模式,提出不同破坏模式下承载力的计算公式,并与试验结果、有限元分析结果进行对比,验证公式的准确性。结果表明:钢桁腹杆与混凝土顶底板协同工作,整体性能良好且具有较好的延性。钢桁腹混凝土组合梁在试验过程中未出现腹杆屈曲破坏及节点的剪切破坏,表现出良好的剪切屈曲稳定性。本文提出的钢桁腹混凝土组合梁承载力计算方法简单可靠。

钢桁腹-混凝土组合箱梁偏载系数取值影响因素分析

以南京江山车行天桥为研究背景,为探究钢桁腹-混凝土组合箱梁的偏载系数的影响因素,利用有限元软件ANSYS对其腹杆壁厚、悬翼比、高跨比和宽跨比等参数与应力增大系数和位移增大系数进行相关性分析,将有限元分析结果与经验系数值及修正的偏压法计算出的偏载系数值进行比较分析。结果表明:腹杆壁厚、悬翼比、高跨比和宽跨比的变化对两个增大系数的影响不尽相同,宽跨比对钢桁腹-混凝土组合结构的偏载系数影响最大,其次是高跨比和腹杆壁厚,悬翼比的影响几乎可以忽略不计;经验系数法对钢桁腹-混凝土组合箱梁并不完全适用,位移增大系数比应力增大系数更加接近于经验系数值;在钢桁腹-混凝土组合箱梁宽度不是太大的前提下,位移增大系数与修正的偏心压力法计算出的偏载系数值更为接近。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应分析

为研究钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,根据其结构特性和力学特性,考虑共同工作区对组合箱梁腹杆纵向刚度的贡献,提出一种更适用于该类组合箱梁的畸变扇性坐标分布模式。采用新畸变中心定义符合钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变变形特征的畸变角,应用能量变分法建立畸变控制微分方程,并给出包含Krylov函数的初参数解。结合数值算例,分析钢桁腹-混凝土组合箱梁在均布畸变荷载作用下的畸变翘曲正应力,并通过有限元软件ANSYS验证所推导理论的正确性。通过改变腹杆壁厚、俯角等关键参数,探究其对畸变内力的影响规律。结果表明:按该方法揭示的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变应力分布规律与ANSYS计算结果吻合良好;横向畸变框架刚度是影响此类箱梁畸变效应的主要因素,且其对钢腹杆几何特性参数较为敏感。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。

钢桁腹混凝土组合梁剪力滞效应试验与分析

为了研究钢桁腹混凝土组合梁的剪力滞效应,制作试验梁对其进行对称加载,通过分级加载测得l/2截面、l/4截面和l/8截面各关键点的应变值,得到各截面应变分布规律,并利用软件ABAQUS建立与试验梁相同的模型,边界条件与加载方式均与试验相同,将有限元分析和试验结果进行对比。结果表明:两者误差较小,验证了试验的准确性与可靠性;钢桁腹混凝土组合梁在承受竖向荷载时,混凝土顶底板与钢桁腹杆交界处存在明显的剪力滞效应。

钢桁腹-混凝土组合梁桥的力学性能研究

钢桁腹-混凝土组合梁桥是桥梁结构的轻型化和工业化理念下催生的新结构,在现今中等跨径新桥型中具有一定竞争力。本文拟以该类桥梁为研究对象,研究分析合理节点形式,探讨该类桥梁的可施工性和力学性能;研究钢桁腹-混凝土组合梁桥的空间受力行为,揭示点支撑下混凝土桥面板受力特性,提出钢桁腹-混凝土组合梁桥整体结构的设计理论与优化措施。

钢桁腹-混凝土组合梁等效计算模型及自振频率研究

为分析钢桁腹-混凝土组合梁这种非连续腹板结构的力学性能,基于结构等效的理念,考虑钢桁腹杆结构在不同方向上的有效弹性模量,将不连续的钢桁腹杆梁腹结构等效为正交异性板梁腹结构;运用薄壁箱梁的弯曲振动和扭转振动频率公式,可计算出钢桁腹-混凝土组合梁的弯曲振动频率和扭转振动频率,并对有限元计算结果与理论公式计算得到的理论解进行对比分析,讨论了横向刚度对有限元求解方法和理论求解方法结果产生的影响;分析组合梁高度、钢桁腹杆截面积、悬臂端长度等结构尺寸因素对钢桁腹-混凝土组合梁自振频率的影响。结果表明,利用等效原理计算钢桁腹-混凝土组合梁自振频率误差在10%以内,具有较高精度,可为工程实践提供一定的理论依据;在顶底板结构尺寸保持不变的情况下,弯曲振动频率受其他结构参数影响的变化很小,扭转振动频率受钢桁腹杆截面积、悬臂端长度的影响变化明显,随着钢桁腹杆截面积的增大而增大,随着悬臂端长度的增大而降低。

疲劳荷载作用后钢-混凝土组合外接式节点静载性能试验研究

为研究疲劳荷载对钢桁腹-混凝土组合外接式节点静力性能的影响,设计并制作了3个1∶3节点模型,分别进行了静载破坏试验和疲劳后静载破坏试验,获得了节点破坏模式、荷载-位移曲线及节点板荷载-应变曲线,研究了节点屈服荷载、极限荷载、节点刚度及延性系数等力学性能指标的变化.试验结果表明:节点板是组合节点受力关键构件,节点板破坏是外接式节点的典型破坏模式;疲劳荷载对节点屈服前的受力性能影响较小,但对节点屈服后的受力性能影响显著;与仅承受静载的试件相比,未疲劳破坏试件的极限承载力减小4%,延性系数减小28%,有疲劳破坏试件的极限承载力减小25%,延性系数减小52%;疲劳裂纹引起了节点板应力重分布,增大了无疲劳裂纹区域的应变,且应变增长率随着与疲劳裂纹距离的增加而减小.

预制装配式预应力钢桁-混凝土组合梁桥的应用研究

报道了一种新型的结构体系——预制装配式预应力钢桁—混凝土组合梁桥在三峡工程中的应用 ,在同类条件下的工程应用表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和静动力荷载实验及经过三峡施工高峰期的考验 ,均证明该桥型具有良好的使用性能。

广东青岐涌特大桥方案比选

通过分析广东青岐涌特大桥特殊的桥位条件,工期要求等,得出了等高钢桁和变高钢桁两种主桥方案,对拟定的两种方案从安全、经济、体系结构、施工方法等方面做了研究比选,推荐采用变高钢桁混凝土组合连续刚构桥。

南京绕越公路江山桥的设计与施工

钢桁腹预应力混凝土组合桥梁是一种新型的组合结构桥梁,具有受力明确、造型美观等特点,同时采用了钢桁腹杆的工厂化制作、体外预应力等技术,实现施工方便、缩短工期等良好的社会和经济效益。介绍了我国首座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥——南京绕越公路东北段江山桥的节点试验研究、设计与施工关键技术和工程应用,为同类桥型的建设积累了技术经验,有助于推进我国新型组合结构桥梁的应用和发展。