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。

公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

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。

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。

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。

装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁(PSCCB)的受弯性能,制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件,对其进行四点弯曲测试。基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型,通过试验结果验证模型的可靠性,并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响。试验结果表明:高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性;随着宽跨比增大,PSCCB抗弯承载力和延性分别提高8%~19%和11%~21%;穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供高效的组合作用,部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异少于10%;与梁高320 mm的PSCCB相比,梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高96%,但延性降低10%。分析结果说明:有限元分析结果与试验结果较吻合,所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能;随着螺栓间距和预紧力的增大,PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变;适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度;增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力,而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小。根据试验和有限元参数分析,提出PSCCB受弯性能设计方法,受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好,可为PSCCB的工程设计提供参考。

铝合金-混凝土组合梁抗剪承载力计算方法

为了改善部分外包混凝土组合梁在使用中腐蚀生锈、钢筋混凝土劣化等问题,本文提出了铝合金-混凝土组合梁的结构形式,建立了有限元模型并进行参数分析,分析了铝合金-混凝土组合梁抗剪承载力在不同参数下的变化规律。根据改进拉压杆计算模型得到混凝土的应力传递路径,采用叠加法提出考虑铝合金梁腹板和腹部混凝土抗剪贡献的铝合金-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。研究结果表明:公式计算值与有限元值比值的平均值为1.018,标准差σ为0.151,表明该计算公式离散性较小,具有可行性,可以为相关研究提供理论参考。

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。

开孔钢箱-混凝土组合梁浇筑前后正截面受弯承载力研究

外包钢组合构件承载力高,但钢与混凝土容易滑移发生破坏.为有效防止钢与混凝土之间剥离,充分发挥材料强度,提出一种开孔钢箱-混凝土组合梁方案.首先研究开孔钢箱-混凝土组合梁浇筑前后的受弯性能,对共计四根试件进行四点弯曲试验,分析剪跨比对开孔钢箱-混凝土组合梁受弯承载力的影响,并建立ABAQUS模型进行有限元分析.研究结果表明:开孔钢箱梁受弯承载力与挠度均满足施工要求;随着剪跨比减小,受弯承载力增大;开孔钢箱-混凝土组合梁达到极限荷载时,界面未出现滑移,底部钢板屈服;所有试件均为受弯破坏,荷载-挠度曲线呈现弹性与弹塑性两个工作阶段,具有较好延性;ABAQUS有限元模型与实验数据吻合较好,可为试件在实际工程中的应用提供参考.

H型钢-混凝土组合梁桥冲击系数计算研究

为研究H型钢-混凝土组合梁桥在车载下冲击系数的变化规律,基于车桥动力学原理,综合考虑桥面不平度的影响,提出H型钢-混凝土组合梁桥车桥耦合振动分析方法,重点分析剪力键间距和桥面不平度变化时桥梁典型截面冲击系数影响。结果表明:随着剪力键间距增大,桥梁各片梁冲击系数差异性增加,且中梁挠度冲击系数为边梁的1.8倍;而桥面不平度对桥梁冲击系数的影响较为显著,是桥梁冲击系数增大的主要影响因素。

U型钢-混凝土组合梁交叉节点抗弯性能试验研究

针对U型钢-混凝土组合梁交叉节点处U型钢腹板传力路径中断、节点受力复杂、现有钢筋过渡节点现场焊接量大的难题,提出了L形连接板传递钢腹板内力的新型节点(LLTC),对节点抗弯性能进行了试验研究。LLTC由套筒、L形连接板和套丝钢筋组成,与焊接钢筋型纵向过渡钢筋(WLTR)传递钢腹板内力的传统梁交叉节点(WLTR-UCJs)相比,LLTC能够有效传递钢腹板内力,且实现了节点的装配式连接。通过四端简支静力试验,研究了WLTR-UCJs和装配连接型U型钢-混凝土组合梁交叉节点(LLTC-UCJs)的抗弯性能,明晰了纵向传力构件形式、WLTR直径、LLTC套丝钢数量和LLTC套丝钢强度等对节点承载能力与变形能力的影响。试验结果表明,WLTR-UCJs的破坏模式为钢腹板屈曲和顶部纵向钢筋屈曲,LLTC-UCJs的破坏模式为U型钢翼缘屈服。与WLTR-UCJs相比,LLTC-UCJs的受压区材料屈曲程度较低,具有更高的承载力和更强的变形能力。

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。

钢板-混凝土组合桥面板组合梁桥受力性能分析

为探明钢板-混凝土组合桥面板(SCCD)组合梁的抗弯性能与传力机理,明确组合桥面板底钢板的受力作用,建立经理论计算和试验模型验证的SCCD组合梁和普通钢混组合梁实体单元模型,并对比两者的受力性能。结果表明:与理论分析和模型试验结果相比,建立的实体单元模型计算结果的误差均在10%以内;将弹性设计方法与实体有限元计算结果进行对比,两种方法得到的SCCD组合梁屈服荷载和弹性极限刚度仅差5.17%和5.79%;由荷载-挠度曲线可知,SCCD组合梁破坏时,由于底部钢板的作用,使混凝土的荷载下降段较平缓,且应变增长量较大,而普通钢混组合梁下降段趋势明显。SCCD组合梁具有较好的延性和结构安全性。

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。

钢-混凝土组合梁中栓钉连接件抗剪承载力研究

采用数值方式研究了钢-混凝土组合梁中栓钉连接件的抗剪力学性能。主要分析了栓钉直径、栓钉抗拉强度、混凝土强度及混凝土板厚对栓钉连接件抗剪承载力的影响。其研究结果表明:栓钉直径、栓钉抗拉强度、混凝土强度对栓钉连接件的抗剪承载力影响较大,而混凝土板厚对栓钉连接件抗剪承载力影响较小。目前各国现行规范中,美国规范对栓钉连接件的承载力评估较为可靠,其余各国规范均过于保守。

钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别研究

为研究曲率模态差指标(D)和柔度曲率变化率指标(R)的损伤识别方法在钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别上的可行性,采用有限元软件MIDAS建立钢-混凝土组合梁模型,通过有限元软件对钢-混凝土组合梁不同损伤程度的剪力连接件进行模拟分析。分析结果表明:在简支梁情况下两种方法各有优劣,在连续梁情况下模态曲率差指标(D)识别效果更好。

变截面连续钢-混凝土组合梁桥拼宽设计研究

为促进钢-混凝土组合梁结构在公路改扩建工程中的应用,文章以扬溧高速丹徒枢纽主线上跨沪宁高速主线桥拼宽设计为例,对老桥采用钢-混凝土结构进行拼宽设计。解决桥梁净空受限、新老桥变形协调、施工周期控制严格等问题,能为国内同类桥梁的拼宽设计提供借鉴。