高强度钢-混凝土组合梁静力性能分析

为研究高强度钢-混凝土组合梁在跨中荷载作用下的静力性能,设计并制作了组合梁足尺试件。根据静力加载和测点布置方案进行加载试验并获取试验数据,并绘制组合梁整体荷载-挠度曲线和混凝土结构的荷载-应变曲线。分析结果表明:最大挠度出现在荷载为150kN时,试验加卸载过程中,荷载与挠度基本成正比关系;混凝土梁顶部全部受压,底部C1-1处基本受压,C2-1处受拉。利用有限元软件建立三维实体模型进行数值模拟,有限元结果与试验结果吻合较好,表明了有限元模型的合理性和准确性。

钢—高强钢纤维混凝土组合梁负弯矩区裂缝研究

对钢—高强钢纤维混凝土组合梁的抗裂性能及其裂缝开展宽度进行反位试验研究,研究了高强钢纤维混凝土在各个加载阶段的裂缝开展情况。研究表明,高强钢纤维混凝土具有开裂荷载较高、相同加载水平条件下裂缝宽度较小、相同挠曲变形时裂缝比较密集、最大裂缝宽度较小的特点,且达到使用极限状态时荷载水平较高。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

传统螺栓连接件的直径小于钢梁预留孔的孔径,导致螺栓与孔壁存在间隙,容易引发钢梁与上部混凝土板间发生相对滑移使组合梁挠度增大。为尽量减小或消除上述间隙,本文引入铰制孔螺栓和螺纹孔螺栓作为组合结构的剪力连接件,并提出锥套自锁螺栓连接件。设计并开展了8个螺栓连接件推出试验,基于各试件的荷载-滑移曲线,研究了3种螺栓连接件与传统螺栓连接件间的抗剪承载力、滑移能力及抗剪刚度等受剪力学性能的具体差异。研究结果表明:3种螺栓连接件的破坏形态与传统螺栓连接件表现一致,均为螺栓杆剪断,混凝土无压溃现象;3种螺栓连接件的抗剪承载力均接近于传统螺栓连接件的抗剪承载力;基于试件的荷载-滑移曲线,3种螺栓连接件均可分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;3种螺栓连接件的延性系数和抗剪刚度均明显优于传统螺栓。综合考虑力学性能、施工性能和经济性,本文建议选用铰制孔螺栓用于组合结构的剪力连接件。

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。

车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁疲劳应力分析

【目的】随着桥梁服役期延长和车辆荷载增加等多种因素的影响,结构承载力会变得越来越弱,疲劳寿命不断降低,最终可能导致低应力疲劳破坏。因此有必要对车辆荷载下拱桥钢混组合梁的疲劳细节应力进行研究。【方法】采用数值模拟的方法,利用Midas FEA NX软件建立3个标准长度的三维实体精细有限元模型,分析钢混组合梁易损疲劳关键点的位置,并研究车辆荷载横向最不利加载位置和纵向加载下的疲劳细节应力变化规律。【结果】结果表明,组合梁次横梁与中纵梁交点处有三处疲劳关键点;靠近桥梁中线位置是车辆荷载下钢梁疲劳最不利的横向加载位置;四种不同标准的纵向车辆加载时,三个疲劳关键点均出现两次应力峰值,且最大应力幅值均低于常幅疲劳强度的极限值。【结论】研究成果可为钢-混凝土组合梁试验和相关研究提供参考。

可拆卸钢-混凝土组合梁抗弯性能有限元分析

为了研究可拆卸钢-混凝土组合梁的抗弯性能,文章采用ABAQUS有限元软件建立可拆卸钢-混凝土组合梁梁式试件的有限元模型,选取钢梁强度、混凝土板强度、插块强度和螺栓强度等级这四个参数,对比分析这四个参数对可拆卸钢-混凝土组合梁抗弯性能的影响。结果表明,H型钢梁的强度对可拆卸钢-混凝土组合梁的抗弯性能的影响最为明显;混凝土板强度对可拆卸钢-混凝土组合梁抗弯性能存在较小影响;混凝土插块强度对可拆卸钢-混凝土组合梁抗弯性能几乎没有影响。

钢纤维高强混凝土单轴压缩下应力-应变关系

在实际工程中推广应用钢纤维高强混凝土 ,要了解其基本力学性能 .采用MTS81 5 0 3型液压伺服刚性压力试验机 ,对钢纤维含量为 0～ 6%、抗压强度在 65～ 1 2 0MPa范围的 4种钢纤维高强混凝土 ,进行单轴压缩荷载作用下的应力应变全过程试验 .结合试验给出全曲线的方程 ,并分析钢纤维对抗压强度、弹性模量、韧度、泊松比等的影响 .试验表明 ,当钢纤维长度大于或接近于最大集料尺寸时 ,钢纤维高强混凝土具有较高的抗压强度和韧度 ,是一种优良的新型建筑材料 .

高强U形外包钢-混凝土组合梁受弯性能

为研究高强U形外包钢-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,对3根完全剪力连接的混凝土强度等级为C60、C80和外包钢板强度等级为Q420、Q460的简支组合梁进行了两点对称集中加载试验.分析了试件在弹性与弹塑性阶段的受力过程、荷载-挠度关系、U形外包高强钢板与内部高强混凝土应变的分布规律、外包钢板与组合梁端部滑移、裂缝发展情况以及破坏形态等;基于试验结果,提出了高强U形外包钢-混凝土组合梁正截面受弯承载力计算方法.研究结果表明:在静载作用下,高强U形外包钢-混凝土组合梁的受弯承载力比普通外包钢组合梁提高60%以上,位移延性系数分别为2.16、2.76和2.34,说明高强U形外包钢-混凝土组合梁受弯性能良好.

钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件受剪性能

采用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件的受剪性能进行三维实体有限元非线性分析,模型考虑钢梁、混凝土板和高强螺栓等材料非线性以及各部件之间的接触关系,在试验验证的基础上探讨混凝土强度以及高强螺栓直径、屈服强度、长径比和预紧力等参数对抗剪承载力的影响,分析结果表明:高强螺栓连接件的抗剪承载力随混凝土强度、螺栓直径与屈服强度的增大而提高。通过拟合建立考虑混凝土强度、高强螺栓直径和屈服强度影响的单个连接件抗剪承载力计算式,并对现行规范中栓钉受剪计算公式和国外学者及本文提出的高强螺栓受剪计算公式的计算值进行比较,结果表明本文提出的计算式具有较高的精度。

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验

试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响.试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式.螺栓剪力键的抗剪性能随螺栓的直径和螺栓等级的增大而提高;螺栓预紧力仅对初始抗剪刚度有影响;相比于传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求.结合试验结果和国内外规范公式,提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力.

钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线试验研究

钢纤维高强混凝土,可以大大改善高强混凝土的脆性,进而提高构件的延性和抗震性能。为研究钢纤维高强混凝土轴心抗拉性能,设计了合适的轴心抗拉全过程试验方案,然后分别对强度等级为C60和C80,钢纤维体积率为0%、1.0%、1.5%和2.0%的钢纤维高强混凝土进行轴心抗拉全过程试验。根据试验结果,分析了混凝土强度和钢纤维体积率对于改善混凝土抗拉强度、峰值应变的影响;提出了适用的钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为钢纤维高强混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。

新型外包钢-高强混凝土组合梁的试验研究

针对普通混凝土组合梁在理论及工程应用上存的问题,首先提出了新型外包钢-高强混凝土组合梁,进行了8根足尺简支梁的试验研究,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等,分析了外包钢-高强混凝土组合梁试件荷载-位移曲线,荷载-应变关系和应变沿截面高度的分布,认为外包钢-高强混凝土组合梁具有较优越的力学性能和良好的工程应用前景。与一般的组合梁比较,其抗弯承载能力更高,延性好,施工方便,耐久性更高,整体经济效益优良,适用于跨度较大的结构。采用三维实体模型,对外包钢-高强混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合。

碳纤维加固钢-混凝土组合梁承载力极限状态计算

碳纤维复合材料是进行桥梁维修和加固的理想材料。对采用碳纤维复合材料加固钢-混凝土组合梁桥的设计方法进行了分析。考虑桥梁结构带载加固分阶段受力的特点,与现行桥梁设计规范中承载能力极限状态计算方法相适应。首先基于平截面假设和碳纤维应变滞后的特点,确定承载能力极限状态下碳纤维片材的极限应变值。然后分别建立了碳纤维片材加固钢-混凝土组合梁在正弯矩区和负弯矩区抗弯承载力的计算图式和计算方法,可供桥梁加固工程设计参考。

钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓作为钢-预制UHPC组合梁剪力键的抗剪性能,共设计15个推出试件,探究螺栓间距和螺栓数量对试件的破坏模式、荷载-滑移曲线、极限承载力、延性和初始抗剪刚度的影响。试验结果表明,推出试件的主要破坏模式为螺栓剪力键剪断,同时在螺栓剪切面下端有局部UHPC受压剥落,UHPC预制板只在剪力槽四周出现细微裂缝。减小螺栓间距会导致试件的抗剪性能降低;而增加螺栓数量可以有效地提高试件的抗剪性能,但也会导致单栓初始抗剪刚度下降。分析国内外现行钢-混凝土组合梁中剪力键的抗剪承载力计算公式,并以此提出一条更适用于钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪承载力计算公式。对比提出公式的计算值与试验值,两者的平均比值、标准差和变异系数分别为1.02、0.02和0.02。

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

基于模态曲率差的钢-混凝土组合梁损伤识别方法研究

在役钢-混凝土组合梁在疲劳荷载和不良环境影响下会发生损伤,造成结构使用性能及承载力下降,需进行必要的健康检测及损伤评估。基于ANSYS有限元模型,对钢-混凝土组合梁栓钉和钢梁损伤前后的模态曲率变化进行分析,并基于模态曲率差进行损伤识别,最后通过模型试验进行验证。结果表明,栓钉损伤后,损伤区域内模态曲率反向斜率消失,损伤区域两端模态曲率差出现极值点,可将模态曲率反向斜率消失的区域和模态曲率差极值点之间的区域判断为栓钉损伤区域。钢梁损伤后,模态曲率和模态曲率差均在损伤位置发生突变,后者变化更明显;模态曲率结果受取值间距和取值路径影响,取值间距取栓钉间距时,按不同路径均可对栓钉和钢梁损伤进行有效识别;模态试验结果可以验证以上方法的可行性,但识别结果受测量误差影响较大。

支点位移法在钢-混凝土连续组合梁桥施加预应力中的应用研究

钢-混凝土连续组合梁桥的中间支点附近为负弯矩区,会导致桥面混凝土开裂,缩短使用寿命。支点位移法可以对混凝土桥面施加一定的预应力,从而避免桥面混凝土因受拉而开裂。结合张家界至南充国家高速公路湖北省宣恩(李家河)至咸丰段小模枢纽互通主线钢-混凝土连续组合梁桥的设计施工,分析研究支点位移法。