正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能,对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析,研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明:正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态;当钢纤维体积分数为1%时,钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大,但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小;正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关,极限弯矩则随钢板强度的增加而增大;增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩,当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时,开裂弯矩的提升率最大.

钢-混凝土组合板梁在既有铁路桥梁改造中的应用

最近几年来,我国铁路交通日益发达,长距离、大负荷、高速度的运输日益繁重,上世纪70、80年代所建造的铁路钢筋混凝土桥出现严重疲劳损害,对列车安全运营存在隐患。本文简要介绍现有传统加固技术的适用条件,针对于一些严重桥梁病害,提出在传统结构加固基础上发展起来的新型钢一混凝土组合梁,并介绍其技术在陇海线宝鸡东枢纽编组站1座交通涵改造工程的应用,验证此改造技术在既有铁路桥梁中应用的可行性。

钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲分析

为了研究钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲性能,采用夹层板理论推导了组合板弹性屈曲方程,分析了界面剪切刚度的影响.通过在钢与混凝土之间设置假想的剪切薄层,模拟钢-混凝土组合板界面滑移效应,建立考虑滑移效应的组合板分析模型,推导出四边简支矩形组合板在均匀受剪状态下的弹性屈曲方程,并分析了界面剪切滑移刚度对屈曲荷载的影响.通过参数分析拟合了防止完全剪力连接四边简支组合板整体屈曲所需混凝土板最小厚度的计算公式.结果表明,剪切刚度较小时,屈曲荷载增长较快;剪切刚度较大时,屈曲荷载变化缓慢并逐渐趋于稳定,与完全剪力连接组合板的屈曲值接近.该结果与有限元计算结果吻合较好.

新型钢-混凝土组合板的力学性能研究

以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块新型组合板的力学性能试验.试验结果表明,组合板的正截面承载力可按基于修正平截面假定的极限状态计算;组合板的跨中挠度,可在按现行规范计算的基础上,加上考虑界面滑移影响的附加变形值予以修正.

基于MASW的钢-混凝土组合板界面剥离损伤识别

目的提出一种基于多通道面波分析技术(MASW)的钢-混凝土组合板界面剥离损伤识别方法。方法从Rayleigh波的波动方程出发,结合MASW技术建立钢-混凝土组合板有限元模型,通过激励正弦信号产生Rayleigh波,研究其波速衰减特征,并提出基于波速衰减的MASW损伤识别算法;搭建MASW试验平台,建立多通道超声面波检测系统,并进行多道信号采集和数据处理,验证所提出算法的有效性。结果数值模拟中,组合板的界面剥离损伤使表面波产生"分流"现象并造成表面波速度衰减,其衰减幅度与剥离长度密切相关;MASW试验中,表面波在损伤区域发生了较大程度的波速衰减,其波速衰减的起始道间与剥离损伤的起点和终点相对应。结论波速衰减幅度与剥离长度近似呈正相关的线性关系,所提出的损伤识别方法能够确定剥离损伤的具体范围,识别精度达到厘米级。

钢-混凝土组合板在某大型烟囱工程中的应用

某大型火力发电厂烟囱结构中采用大跨度圆环形简支板。原设计方案为钢筋混凝土板,后改为钢-混凝土组合板。利用有限元程序对钢筋混凝土板和钢-混凝土组合板两种设计方案进行计算分析和对比,说明钢-混凝土组合板应用于大跨度不规则板结构的优点和经济指标。工程实践表明,应用效果良好。

钢-混凝土-钢组合板爆炸冲击响应分析

基于钢-混凝土-钢(SCS)组合板爆炸试验,采用LS-DYNA显示动力分析程序对其抗爆性能进行数值模拟。通过与试验的对比验证了模型的可靠性,采用该模型分析了比例距离、混凝土厚长比、钢板厚度以及混凝土强度变化对SCS板动态响应的影响。结果表明,该有限元模型能够有效模拟SCS板在爆炸荷载下的动态响应过程;随着比例距离的减小,SCS板跨中位移逐渐增大,并由弹性变形转变为塑性变形;增加混凝土厚长比和钢板厚度能够有效降低SCS板跨中位移,而混凝土强度变化不会对SCS板抗爆性能产生显著影响。

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。

两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能与预测

为量化掺入再生粗骨料对两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能的影响并提出相应的设计方法,综合考虑混凝土非均匀收缩、徐变及开裂的影响,采用ABAQUS软件建立组合板长期性能有限元模型,并利用现有长期性能试验数据验证有限元模型的可靠性;进行有限元参数分析,量化再生粗骨料取代率等因素对两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能的影响;进而提出两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能设计方法,并对设计方法的可靠性进行评价。研究结果表明:所建立的有限元模型可有效预测两跨连续钢-再生混凝土组合板的长期性能,预测值与试验值相差在10%以内;再生粗骨料取代率对两跨连续组合板长期性能影响显著,再生粗骨料取代率分别取50%和100%时,组合板长期中支座负弯矩与跨中挠度分别增加7%与12%、21%与42%;考虑混凝土非均匀收缩变形影响的长期性能设计方法可有效预测两跨连续组合板的长期负弯矩作用范围、中支座负弯矩、裂缝宽度及跨中挠度,预测值与试验值最大相差15.3%。

四边简支钢-混凝土组合板的弹性局部剪切屈曲分析

钢-混凝土组合板近年来在建筑及桥梁结构领域逐渐受到关注,但目前关于组合板弹性稳定性能方面的研究较少,尤其是局部屈曲性能。剪力连接件(栓钉)的最大间距是防止钢板局部屈曲先于屈服的最关键因素,也是保证组合板中钢板与混凝土板协同工作的前提。采用有限元计算方法,通过模型参数分析,研究四边简支钢-混凝土组合板在纯剪切作用下发生局部屈曲的特征,建立具有典型边界条件单块钢板计算模型来模拟组合板中栓钉包围钢板局部屈曲特性,从而推导出四边简支组合板栓钉连接最大间距的计算公式,计算结果偏于安全。

钢-混凝土组合板的弹性弯曲及稳定性分析

通过在钢与混凝土之间设置假想的剪切薄层,依靠剪切层的剪切变形考虑钢板与混凝土板之间的相对滑移,建立考虑滑移效应的钢-混凝土组合板模型,并推导出四边简支组合板在均布横向荷载作用下的弯曲变形和单向压缩作用下的弹性稳定解析解。通过有限元分析,验证了模型和解析解的正确性和适用性。参数分析表明:当χ5时,四边简支组合板弹性屈曲荷载接近于钢板和混凝土板各自的弹性屈曲荷载之和,可近似不考虑组合板中钢板与混凝土板的共同作用。

开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合板有限元分析及参数研究

采用有限元软件ABAQUS对带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板进行了三分点加载模拟,有限元中考虑了混凝土的非线性本构关系、钢板与混凝土之间的非线性接触关系。将模拟结果与试验数据进行对比,结果表明:有限元分析能较好地模拟钢-混凝土组合板的受力全过程。在探讨误差产生的原因的同时,对影响组合板受力性能的因素进行分析。结果表明:孔距和贯穿钢筋对组合板的抗弯极限承载力影响较小,对组合板的刚度影响较大。最后提出了带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板的抗弯承载能力理论计算公式,对参数进行重要性分析后得到满足实际工程应用的简化计算方法。

带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板的试验

基于临时应急和长期使用相结合的特殊需要,提出了带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板这一新型组合板,型钢加劲肋分别采用工字钢、矩形钢管和由工字钢剖分而成的T形钢三种形式。以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块组合板的力学性能试验。结果表明,通过适当地选择型钢加劲肋形式、合理地布置栓钉和确定混凝土厚度,可以保证钢承板和混凝土组合作用的发挥。

加劲钢板-混凝土组合悬臂板塑性阶段荷载分布宽度分析

塑性阶段的荷载分布宽度不同于弹性阶段,但在设计中普遍仅采用弹性阶段的荷载分布宽度。针对一种新型的组合板——加劲钢板-混凝土组合板,进行了足尺模型试验研究。利用非线性有限元方法,分析了组合悬臂板在弹性和塑性受力阶段的荷载分布宽度,并将结果与我国现行公路桥梁设计规范计算公式进行了比较。结果表明:在塑性极限状态,试验分析得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了44%,数值计算得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了61%。

考虑非均匀收缩影响的钢-混凝土组合板长期挠度设计方法研究

为研究沿截面高度混凝土非均匀收缩对钢-混凝土组合板长期挠度的影响,基于国内外现有组合板长期性能的试验研究确定了组合板非均匀收缩预测模型;采用MATLAB语言,建立了可考虑非均匀收缩、徐变及混凝土开裂综合影响的组合板非线性有限元模型,据此系统分析了各参数对组合板收缩挠度的影响;沿用现有组合板设计规范中有效刚度的概念,提出了可考虑非均匀收缩影响的组合板长期挠度计算公式。研究结果表明,由非均匀收缩引起的挠度占组合板长期挠度的58%~86%,组合板设计时不应忽略非均匀收缩的影响;混凝土抗压强度和组合板跨高比对组合板收缩挠度的影响较大;所提出的组合板长期挠度计算公式预测结果与有限元分析结果吻合较好,公式预测结果与有限元分析结果比值的均值为0.971~0.997,判定系数R2为0.803~0.815。

钢-混凝土组合空腹板架静力特性理论研究

钢-混凝土组合空腹楼盖是一种新的构造形式。结合一算例,利用ANSYS有限元软件,建立了组合空腹楼盖的三种计算模型:空间梁单元与壳单元的混合元模型、空间壳单元模型、壳单元和块体单元模型三种理论计算方法,对这三种计算模型作分析对比,得到了静荷载作用下该类结构的内力分布规律及其他一些有价值的结论。

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.

爆炸载荷作用下钢-混凝土-钢组合板的动态响应数值模拟

钢-混凝土组合结构的抗爆性能已成为防护工程和反恐防爆等领域的研究热点。以钢-混凝土-钢组合板为例,利用有限元软件ABAQUS对爆炸载荷作用(爆距为2.5~7.5 m,TNT炸药量为50~100 kg)下该结构的破坏形态和动力学性能进行了数值模拟。研究结果表明,组合板的破坏形态与炸药量和爆距有关。炸药量越大,爆距越小,组合板的破坏程度越明显。当TNT炸药量为100 kg、爆距为2.5 m时,组合板发生明显的翘曲,出现了塑性铰。钢板的存在有效地抑制了核心混凝土的剥落。在爆距相同的条件下,炸药量越大,组合板的变形越明显,跨中挠度和峰值速度也越大。当炸药量相同(100 kg)时,与爆距为7.5 m相比,爆距为5.0 m时组合板的跨中挠度为其1.53倍,爆距为2.5 m时组合板的跨中挠度为其5.01倍。

钢-煤矸石混凝土组合板受弯性能分析

为研究钢-自燃煤矸石混凝土组合板的受弯性能,基于收集的试验数据与力学性能预测模型,采用ABAQUS有限元软件,建立钢-自燃煤矸石混凝土组合板有限元模型,量化自燃煤矸石骨料取代率等参数对钢-自燃煤矸石混凝土组合板受弯性能的影响,并对现有规范进行适用性验证。研究结果表明,钢板强度和骨料取代率对钢-自燃煤矸石混凝土组合板受弯性能影响显著,ACI 318和AS 3600规范可以较好的预测钢-自燃煤矸石混凝土组合板的抗弯刚度。

基于有限单元法的钢-混凝土组合空腹板的优化设计

为了研究钢-混凝土组合空腹板最优截面几何尺寸,建立了四边简支条件下结构的有限元分析模型、优化参数模型和优化数学模型,通过对已建工程的优化设计分析,在给定条件下使造价减少24.7%,表明该方法优化效果显著,并且效率高,可广泛应用于钢-混凝土组合空腹板截面优化设计工程.通过对不同跨度的组合空腹板进行优化设计,获得在给定条件下的最优截面尺寸和最优网格尺寸,并探讨了长跨比的影响,给出组合空腹板优化设计的几何尺寸建议.