锈蚀栓钉钢−混凝土组合梁的疲劳寿命预测模型

采用有限元分析软件ANSYS和理论公式相结合的方法,提出一种预测锈蚀栓钉钢−混凝土组合梁疲劳寿命的模型。根据钢−混凝土组合梁在实际试验中发生疲劳破坏的原理,提出组合梁在疲劳加载过程中栓钉依次退出工作的假设,同时把栓钉疲劳寿命预测模型和栓钉剩余承载力计算公式与数值分析相结合,综合考虑疲劳加载幅、疲劳加载上限、栓钉极限承载力、栓钉直径以及栓钉初始缺陷等因素对组合梁疲劳寿命的影响,计算分析组合梁的疲劳寿命。首先预测未锈蚀栓钉钢−混凝土组合梁的疲劳寿命,在验证模型的有效性基础上,综合考虑锈蚀率对栓钉极限强度、屈服强度、弹性模量、截面直径和本构关系等因素的影响,修正组合梁有限元分析模型,并结合锈蚀栓钉的疲劳寿命预测模型,对锈蚀栓钉钢−混凝土组合梁的疲劳寿命进行模拟计算。研究结果表明:采用本文提出的模型预测组合梁试件FSCB-4和FSCB-5的疲劳寿命,计算结果与试验结果的相对误差分别为12.30%和6.95%,较利用传统S-N曲线的分析方法具有更高的精度,与试验值更吻合;栓钉的锈蚀对钢−混凝土组合梁的疲劳寿命影响较大,当栓钉的锈蚀率分别为5%,10%,15%和20%时,组合梁的疲劳寿命分别下降11.51%,25.27%,48.08%和79.65%。

锈蚀栓钉的钢—混凝土组合梁静力特性数值分析

运用有限元软件ANSYS分别建立考虑滑移与抛起效应的两种三维组合梁的有限元模型,与石卫华博士的试验结果对比,验证有限元模型的准确性,计算结果表明:随着栓钉锈蚀率的增加,两种组合梁的承载力和延性均下降,其中完全抗剪组合梁承载力退化与部分抗剪组合梁性能退化较慢,但是延性下降较快。

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。

锈蚀栓钉钢-混凝土组合梁研究综述

钢-混凝土组合结构是在钢结构与钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型的承重构件,可以充分发挥混凝土和钢材两种材料的特性。暴露在腐蚀环境下的钢-混凝土组合梁桥,由于混凝土板开裂和混凝土密实性差等一些原因,侵蚀性介质的侵入,从而引起栓钉锈蚀,而栓钉锈蚀会直接导致连接件传递剪力性能的退化和钢-混凝土组合梁结构的疲劳寿命,弱化钢梁和混凝土翼板的组合作用。

栓钉锈蚀影响下的钢板叠合梁受力状态分析

为深入研究栓钉锈蚀对钢板叠合梁受力状态的影响,建立了经试验验证的有限元模型,分析了不同锈蚀率对结构延性、滑移与抛起值、叠合梁刚度的影响。计算结果表明,有限元模型精度较高,可以较为真实地反映栓钉锈蚀下的结构性能;锈蚀产物一定程度上减少了钢板叠合梁延性,且锈蚀率偏高或偏低时延性指标下降速率更快;钢板叠合梁滑移与抛起绝对值随锈蚀率增加而增大,抗弯刚度则随锈蚀率增加而减小;不同锈蚀率与单钉承载力的下降幅度呈非线性关系,当锈蚀率超过6%时单钉承载力下降达12.49%。在钢板叠合梁运维过程中应加强栓钉锈蚀的日超监测工作,维护结构使用寿命,避免安全事故发生。

栓钉锈蚀钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的力学性能研究

基于受弯性能试验和数值分析,研究栓钉锈蚀钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的力学性能。对5根梁进行试验,其中4根梁采用恒定电流通电加速锈蚀方法(CCAC)使其抗剪栓钉锈蚀,栓钉锈蚀率为0%~40%。加载结果表明:随着栓钉锈蚀率的增加,组合梁抗弯承载力轻微减小,但其抗剪承载力则明显减小。根据试验结果,建立一个新的计算分析模型,以研究负弯矩下栓钉锈蚀组合梁的力学性能。该数值分析模型能够相当准确地预测试验结果。

栓钉锈蚀与抗剪承载力试验研究

栓钉剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘共同工作的关键元件,栓钉锈蚀后将直接影响组合梁的抗剪连接程度,进而影响梁的承载能力.文中将通过推出试验,研究栓钉锈蚀对其承载力的影响规律.通过对试验结果的回归分析,研究栓钉锈蚀后的抗剪承载力的计算公式.

栓钉锈蚀后钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

对腐蚀与长期荷载耦合作用后的钢-混凝土组合梁进行了极限承载力试验,研究了栓钉锈蚀与长期荷载对组合梁极限承载力、跨中挠度、界面相对滑移的影响。研究结果表明,栓钉锈蚀后,组合梁跨中挠度和界面相对滑移增大,极限承载力降低。与未锈蚀试件相比,锈蚀试件极限承载力降低了0.5%~5.4%,160 kN荷载作用下的跨中挠度增加了8.2%~47.5%,120 kN荷载作用下最大界面相对滑移增加了34.6%~50.8%。与无长期荷载试件相比,有长期荷载试件极限承载力无明显降低,160 kN荷载作用下的跨中挠度增加了16.1%~19.0%,120 kN荷载作用下的最大界面相对滑移增加了18.3%~31.8%。考虑滑移效应的影响,提出栓钉锈蚀条件下钢-混凝土组合梁挠度计算方法,与试验结果比较,组合梁挠度理论值与实测值吻合较好,可为工程实际应用提供参考。

栓钉锈蚀情况下组合梁极限承载力的一种计算方法

为了研究栓钉锈蚀对组合梁极限承载力的影响,通过对栓钉锈蚀率不同的钢-混凝土组合梁进行极限承载力破坏试验,对试验结果进行理论分析,并基于组合梁的不完全抗剪连接理论,提出了栓钉锈蚀后组合梁极限承载力计算公式.结果表明:栓钉锈蚀将导致组合梁的极限承载力降低,且极限承载力随着栓钉锈蚀率的增加呈线性下降趋势;将栓钉锈蚀率与组合梁抗剪连接系数相关联,提出栓钉锈蚀情况下组合梁极限承载力计算模型,该模型计算值与试验值吻合良好.

栓钉锈蚀的钢-混凝土组合梁疲劳性能研究

为研究栓钉锈蚀后负弯矩区钢-混凝土组合梁的疲劳性能,分别进行1个试件的静力试验和5个试件的疲劳试验研究。通过静力试验获得组合梁的极限荷载,为疲劳试验提供依据。通过疲劳试验测试分析了不同栓钉锈蚀率组合梁在经历不同的疲劳循环加载次数后的材料应变、跨中挠度、残余变形及刚度等。试验结果表明,栓钉锈蚀率的增加使组合梁疲劳寿命下降,使负弯矩区组合梁在经历相同疲劳加载次数后的残余变形增加。组合梁刚度在疲劳加载过程中有一定程度的退化,弯曲刚度的退化与栓钉的锈蚀率无明显关系,滑移刚度的退化会随着栓钉锈蚀率的增加而加剧。

腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形研究

为探究腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形规律,对钢-混凝土组合梁进行腐蚀与荷载耦合作用225d的长期性能试验,考虑不同加载龄期、栓钉锈蚀率对钢-混凝土组合梁界面相对滑移和长期挠度的影响。研究结果表明:在腐蚀与荷载耦合作用下,栓钉锈蚀率越高,组合梁的界面相对滑移及长期挠度也越大;长期挠度增长与混凝土徐变发展规律类似,与混凝土加载龄期7d的组合梁相比,混凝土加载龄期28d的组合梁长期挠度较小;基于龄期调整的有效模量法和应力重分布原理,考虑组合梁由混凝土收缩徐变和栓钉锈蚀引起的附加挠度,提出栓钉锈蚀条件下组合梁的长期挠度计算公式;组合梁长期挠度理论计算值与实测值吻合较好,可为工程实际运用提供参考。

长期荷载作用卸载后的锈蚀钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为研究长期荷载卸载后锈蚀简支组合梁的抗弯性能,进行了6片钢-混凝土简支组合梁的抗弯性能试验,采用电化学腐蚀方法对组合梁进行加速腐蚀,使用5%浓度的NaCl溶液作为电解液。对钢梁和钢筋进行防腐处理,以达到仅使试件指定部位生锈的目的。腐蚀速率通过调节腐蚀电流来控制。在腐蚀和长期荷载作用200天后卸载,测试组合梁的抗弯性能。研究了腐蚀与长期荷载共同作用对组合梁挠度、滑移、应变及极限承载力的影响。试验结果表明:(1)在长期荷载作用下,组合梁的截面应变和界面相对滑移前期得到增长,但对试件的最大应变和最大滑移值影响甚微。(2)栓钉锈蚀导致组合梁整体刚度降低,延性变差;(3)经过栓钉锈蚀,组合梁的抗剪连接程度下降,混凝土板与钢梁工作协同性变差,组合梁抗剪连接程度降低导致滑移量增长,钢材塑性得不到充分发挥,试件的受弯承载力降低;(4)栓钉锈蚀导致栓钉与混凝土的有效接触面积减少,截面组合程度减弱,混凝土压应力提高,应变增大;(5)栓钉锈蚀导致栓钉抗剪切变形能力减弱,试件的滑移增长速率明显增大,相同荷载下,栓钉锈蚀率越高,组合梁相对滑移的最大值越大;(6)栓钉锈蚀更严重的组合梁在同一荷载等级下应变量更大。