集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。

钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合曲梁局部承压承载力试验研究

为研究钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合曲梁(CIG-CFTF-CW)在局部压力作用下的承载力,设计制作了3根曲梁试件,包括2个CIG-CFTF-CW和1个平板翼缘-波纹腹板曲梁(CIG-CW),对其进行局部承压破坏试验研究。通过分析试件的破坏形态、荷载-位移曲线和关键区域的应变发展规律,研究了试件的失效机制和承载力。将试验结果与已有文献中的钢管混凝土翼缘-波纹腹板组合直梁(SIG-CFTF-CW)的局部承压试验结果进行对比,并结合有限元分析,研究了初始曲率对CIG-CFTF-CW的局部承压承载力的影响。研究结果表明:新型组合曲梁试件的局部承压承载力为CIG-CW试件局部承压承载力的1.98倍;受压翼缘的抗弯、抗扭强度和波纹腹板的波形对CIG-CFTF-CW的局部承压承载力影响较大;当新型组合曲梁的圆心角不大于0.6 rad时,初始曲率对承载力的影响较小。

基于板-梁理论的集中荷载下带侧向弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的弯扭屈曲分析

基于板-梁理论和能量变分原理,建立集中荷载下跨中布置侧向弹性支撑的矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁的弯扭屈曲总势能方程,其中位移和转角模态试函数选用6项三角级数形式。引入无量纲参数并依据势能驻值原理,获得弯扭屈曲无量纲临界弯矩解析解。采用1stOpt数学优化分析软件,拟合矩形钢管混凝土翼缘工字形简支梁无量纲临界弯矩计算公式,并与ANSYS有限元解进行对比。结果表明:拟合的无量纲临界弯矩计算公式具有可靠的精度,误差在5%以内,可为工程设计提供参考。

矩形钢管混凝土翼缘及波形腹板的工字型梁承载力研究

提出一种新型工字梁——翼缘为矩形钢管混凝土的波形腹板工字梁(CFTFGs-CW).采用有限元软件ANSYS对CFTFGs-CW及翼缘填充混凝土的普通平腹板工字梁(CFTFGs)的静力承载力进行分析.通过与试验结果的对比,验证了有限元模型的可靠性.在此基础上,运用所提出的有限元模型研究了CFTFGs-CW随着几何参数波深hr和波宽b的不同,梁的极限承载力的变化规律.结果表明,与CFTFGs相比,CFTFGs-CW具有更高的承载力和更好的稳定性,是一种静力性能优异的构件.

矩形钢管混凝土翼缘梁与柱节点的火灾滞回性能

地震时火灾往往对钢结构力学性能产生严重影响,因此钢结构耐火是结构领域研究热点。为了研究矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点火灾过程中滞回性能,根据标准升温曲线ISO834,对矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点、纯钢节点进行热力耦合数值模拟,得到了火灾中的滞回性能。研究结果表明:滞回曲线随温度升高越来越水平,塑性出现越来越早;升温过程中,矩形翼缘组合梁节点的滞回性能优于纯钢节点;钢材和混凝土性能受温度变化影响机理不同,应加强上翼缘钢管的耐火方法研究。由上述结果得出:对于处于高烈度区有火灾隐患的结构可采用矩形翼缘组合梁,且应加强矩形翼缘组合梁耐火的深入研究。

钢管混凝土翼缘组合梁振动特性

为研究大跨高架桥梁中钢管混凝土上翼缘钢混组合梁(以下简称钢管混凝土翼缘组合梁)的动力特性,采用有限元ABAQUS软件,建立钢管混凝土翼缘组合梁与等效截面工字钢梁的有限元模型,通过数值模拟,得出模型的振动频率,进行对比分析,依据《公路桥涵设计通用规范》中简支梁基频计算公式中对组合梁自振频率的计算,对比解析解与有限元模拟值,并分析不同构造形式对钢管混凝土翼缘组合梁振动特性的影响,得出如下结论:(1)钢管混凝土翼缘组合梁与等效工字形钢梁的横向一阶自振频率相差较小,管翼缘组合梁扭转一阶自振频率为等效工字钢相应自振频率的2.08倍,钢管混凝土翼缘组合梁因钢管混凝土翼缘降低了腹板的高度,提高了组合梁的抗扭性能;(2)钢管混凝土翼缘组合梁竖向自振频率规范公式计算值与有限元计算值差别较大,规范基频的估算公式不适用于组合梁竖向基频的计算;(3)增加下翼缘宽度,对提高钢管混凝土翼缘组合梁的横向刚度较明显,竖向和扭转刚度影响较小。

矩形钢管混凝土上翼缘梁静力性能分析

增加工字形梁上翼缘宽度是提高其稳定承载力普遍使用的方法。本文改进了这种方法,提出一种新型工字形梁——RCTFB,其上翼缘采用矩形钢管混凝土。本文利用ANSYS有限元软件对RCTFB的静力性能进行了分析。结果表明,RCTFB是一种承载力高、刚度大、材料利用效率高、性能优异的抗弯构件。

波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁的受弯性能分析

为研究波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁受弯性能,推导其在弹性和塑性状态下理论计算公式,建立了钢管混凝土翼缘刚度相关参数。利用有限元分析,对此类构件的受弯承载力进行了模拟计算,分析了钢管管壁上应变集中特性规律。结果表明:波形钢腹板高度及钢管混凝土翼缘刚度相关参数(钢管管壁厚度)对减小弹性阶段组合梁跨中截面薄弱位置应变,最大可使应变减小59%;组合梁截面含钢率对于提高其受弯承载力影响显著,最大可提高78%;有限元模型结果与试验和理论结果拟合较好,所采用的材料本构模型及边界条件假定可较好地反映此类组合梁的弯曲受力性能,理论方法能有效预测管壁纵向应变值。结合有限元分析结果,对跨中附近波形转角处的钢管管壁应变集中与波形角关系进行了分析,结果表明计算时需要引入与波形角有关的应变集中系数,以合理预测跨中附近波形角部位的应力集中。

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论:随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。

矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。

美国高性能钢工字形钢板梁新型截面形式研究

高性能钢(HPS)在美国钢桥建设中得到了越来越广泛的应用。与传统桥梁用钢相比,HPS强度高、可焊性好、断裂韧性强、耐腐蚀耐候,较适于公路桥梁。为进一步充分利用HPS的优点,需要开发新型的优化截面形式,取代常规的箱形截面与工字形截面。介绍北美3种新型高性能钢工字形钢板梁的研发与应用情况,即:波纹腹板工字形钢板梁、钢管混凝土翼缘工字形钢板梁、双层腹板工字形钢板梁。上述新型截面形式提高了腹板稳定性,同时又易于制造、加工、安装,可以降低工程造价。