Timoshenko组合梁动力特性与瞬态响应的求积元分析

为了提高有限元法(FEM)在部分作用组合梁动力特性与瞬态响应分析中的计算效率。通过微分求积法离散组合梁基本未知量及其导数,利用Timoshenko组合梁动力问题的虚功原理建立其自由振动与瞬态分析的微分求积元方程;为了便于对比新建的求积元法(QEM)与FEM的计算效率,同时给出了抛物线插值位移法有限单元方程,在验证所建立的有限元与求积元算法正确性的基础上,对比了FEM与QEM在组合梁自由振动特征值分析与直接积分法地震时程分析中的计算效率。数值结果表明:QEM较FEM在组合梁固有频率分析中提速可达479倍,在地震时程分析中可提速42倍。

砖墙基础托换的钢梁-砖砌体Timoshenko组合梁模型分析

将钢夹梁和钢梁间的砖砌体等效为组合梁,基于Timoshenko弹性梁理论,建立了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的控制方程,给出了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的解析解.在此基础上,考虑砖砌体墙的拱效应,研究了砖砌体墙的基础托换问题,得到了不同型号工字钢夹梁的钢梁-砖砌体组合梁最大挠度和最大应力,以及基础单段托换的最大长度.研究结果表明:钢梁-砖砌体组合梁挠度和应力随着工字钢型号编号的增加而减小,但钢梁承担的荷载以及锚栓承担的压力不变.同时,Timoshenko模型的组合梁挠度大于Euler模型的组合梁挠度,但两种模型的应力及紧箍压力相同.因此,Euler组合梁模型可用于基础托换设计中的强度分析,而刚度分析建议采用Timoshenko组合梁模型.

往复荷载作用后钢管混凝土柱-组合梁节点耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-组合梁节点在往复荷载作用后的耐火性能,利用有限元软件ABAQUS建立了该节点的有限元分析模型,并与已有试验结果进行对比验证。在此基础上,分析了往复荷载作用后塑性损伤和残余变形对组合梁节点火灾下的应力和变形的影响,以及不同损伤程度、荷载作用水平和防火保护层厚度对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:地震预损伤对节点的耐火极限有不利影响,且随损伤程度的增加,耐火极限下降明显;重度损伤下节点的耐火极限与无损伤节点相比降低了23.5%;重度损伤的节点在火灾作用下形成塑性铰,且产生较大的耗能损伤,轻度和中度损伤下未形成明显塑性铰,耐火极限分别仅下降1.0%和3.6%;对于以梁损伤作为预损伤模式的节点,梁荷载比和防火保护层厚度是影响有地震预损伤节点耐火极限的主要因素;随柱荷载比的增大,耐火极限呈降低趋势,但整体影响不大。

罕遇地震下不同纵坡刚构-连续组合梁桥动力响应分析

以某大纵坡刚构-连续组合梁桥为原型,在罕遇地震作用下,充分考虑桥墩的非线性行为,建立6种不同纵坡梁桥的弹塑性动力分析模型,分析纵坡坡度对刚构-连续组合梁桥动力响应的影响。结果表明,纵坡增大主要对顺桥向地震响应产生较大影响,对横桥向和竖向动力响应影响较小;在罕遇地震作用下,刚构墩率先进入塑性阶段,而支座墩始终保持线性变形;随着纵坡的增大,刚构墩墩顶转角增幅比墩底增幅大。设计较大纵坡刚构-连续组合梁桥时,应更注重刚构墩墩顶的抗震性能。

UHPC-NC翼板充填式窄幅钢箱组合梁负弯矩区抗弯强度

为探究超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)翼板充填式窄幅钢箱组合梁负弯矩下的抗弯强度,设计8根UHPC-NC翼板充填式窄幅钢箱组合梁进行反向静力加载试验,分析翼板UHPC钢纤维掺量、配筋率以及充填混凝土高度等参数对抗弯承载力的影响。试验结果表明:在负弯矩作用下,UHPC-NC翼板的钢纤维掺量对抗弯极限承载力影响不大,在弹性阶段时刚度略有提高,3%与2%钢纤维掺量的试件其刚度基本一致。配筋率为2%较1%的试件其极限承载力提高了5.8%,而配筋率为3%较2%其极限承载力提高了8.2%。钢箱内采用半充填与全充填试件相比于无充填其承载能力提高45.1%、60.1%,同时提高了试件的刚度,但全充填比半充填试件仅提高了10.9%,充填混凝土协助钢箱腹板受压,可以有效防止在负弯矩作用下钢箱过早屈曲,从而提高组合梁的承载力。通过建立抗弯承载力计算模型,推导出试件抗弯承载力的计算式,将计算值与试验值进行对比分析,发现考虑滑移效应后弹性抗弯承载力与试验值更为吻合。

考虑混凝土收缩和徐变的钢混组合梁挠度分析

钢混组合梁需要设置预拱度以抵消荷载、混凝土收缩和徐变等因素导致的挠度。采用板壳单元和实体单元描述钢箱梁和钢筋混凝土桥面,建立大跨度钢混组合简支梁的有限元模型,并采用等效降温法和有效模量法分别描述混凝土收缩和徐变的影响,分析了长期挠度变化规律,并与实测值进行对比验证。结果表明,考虑混凝土收缩和徐变后的长期挠度仅为经验预拱度的58%,不利于成桥线型控制。

落石冲击下钢混组合梁桥桥面板动力行为及易损性分析

针对山区钢混组合梁桥上部结构面临落石冲击的威胁,开展了钢混组合梁桥桥面板动力行为及易损性分析。首先,基于已有冲击试验,提出并验证了适用于落石冲击桥面板的数值仿真分析方法。其次,建立了落石冲击某原型钢混组合梁桥桥面板的精细化有限元模型,分析了桥面板和剪力钉的损伤演化过程、破坏模式和动力响应。然后,讨论了混凝土强度、纵筋屈服强度、直径和配筋率、横筋配筋率以及配箍率等设计参数对桥面板抗落石冲击性能的敏感性和影响规律。最后,综合考虑桥面板几何与材料特性以及落石冲击荷载的随机性,基于响应面法和蒙特卡洛模拟开展了桥面板的易损性分析。结果表明:提高混凝土强度及配筋率,可有效地增强桥面板抵抗400 kJ能级落石冲击的性能;对于所考虑工况,当落石速度在10~25 m/s时,桥面板跨中峰值挠度与板厚比值低于0.75。

组合梁斜拉桥稳定性分析

以一座组合梁斜拉桥为工程背景,采用有限元数值方法进行线弹性稳定分析。研究了裸塔状态、张拉一半拉索状态以及成桥运营状态下结构的稳定性,分析了施工线形误差对成桥运营状态稳定性的影响。结果表明,桥梁的稳定性满足规范要求,桥塔施工误差对成桥运营状态线弹性稳定安全系数影响较小。

大跨度钢混组合梁斜拉桥钢锚梁制造关键技术

结合公司近几年生产制造的大跨度钢混组合梁斜拉桥钢锚梁结构,以禹门口黄河大桥为例,介绍了钢锚梁结构组成,分析了大跨度钢混组合梁斜拉桥钢锚梁制造重难点,针对该项目钢锚梁结构复杂、熔透焊缝多的特点,论述了大跨度钢混组合梁斜拉桥钢锚梁的制造关键技术,解决了加工制造过程中焊接变形及尺寸精度控制等诸多技术难题。

大、小横梁窄箱组合梁桥面板构造和受力分析

钢混组合梁具有钢结构和混凝土2种材料优势,经济性好,便于施工,在工程中应用很多。对于多纵梁的组合梁而言,桥面板与钢结构的关系可分为大横梁体系和小横梁体系。为研究不同体系桥面板在活载下的受力特点,基于深汕合作区通港大道项目,分析了双窄箱组合梁结构采用大横梁不带钢悬臂、大横梁带钢悬臂、小横梁3种体系的桥面板构造与设计细节,并以MIDAS FEA NX建立3种体系的桥面板结构有限元分析模型,对比车辆荷载位于桥梁不同区域时桥面板的受力情况和纵梁内净距、横梁间距对桥面板受力的影响规律。结果验证了大横梁体系对于桥面板受力的改善作用,并得出了桥面板较优的纵、横梁间距比和桥面板边界最大距离,可为后续类似的工程建设提供有益参考。

Ⅷ度区连续钢混组合梁桥抗震支座选型

以(42+60+42)m跨径的变截面钢混组合梁为例,采用MIDAS Civil有限元软件对桥梁进行时程分析,在桥梁设置有效防落梁设施的前提条件下,对桥梁边墩的抗震支座进行比选,涉及板式橡胶支座、滑板支座、高阻尼支座3种类型支座,以墩柱内力、梁端位移、工程费为评判标准,得到最合适的边墩支座,为同类桥梁的合理抗震设计提供参考。

钢混组合梁桥顶推施工监控技术研究

结合京哈高速沈山改扩建工程钢混组合梁桥顶推施工监控项目,对钢混组合梁桥顶推施工工艺、施工监控结构计算、应力及挠度监控等技术进行分析。为避免影响桥下车辆正常通行,该项目跨线钢混组合梁采用了步履式顶推法施工工艺。通过施工监控仿真模拟,监测顶推过程中的变形、应变,基于采集数据修正设计、施工参数,最终达到预期设计目标。监控实施过程中,所有应变监测点均为实时监测,并采用无线数据采集箱进行自动化收集,提高了监控的效率和准确性。

智能定位胎架系统在波形钢腹板组合梁中的应用

波形钢腹板PC组合梁是以波形钢板作为箱梁腹板的新型结构形式,比其他普通预制箱梁有很多优势。智能定位胎架系统能在波形钢腹板PC组合梁的侧部进行多个方位的调节,具有极大的工程应用潜力。该胎架系统包括桁架本体,所述支撑架板的底部均设置有竖直的第一气缸,固定板上设置有另一端与滑动座相固定的第二气缸。本定位装置旨在提供一种桁架能够在波形钢腹板侧部进行多个方位调节的定位装置,为我国的桥涵技术领域中的组合梁架设提供新的技术借鉴。

预制装配无粘结预应力栓钉连接组合梁受弯分析

通过局部坐标完善Coupling法准确模拟无粘结预应力筋与钢筋混凝土梁间的相对滑移,进而基于ABAQUS有限元软件研究弯曲荷载作用下预制装配无粘结预应力栓钉连接组合梁的受力性能,得出如下主要结论:栓钉的连接强度较高,梁体在弯曲荷载作用下仅无栓钉连接的跨中区域混凝土被压溃,梁和板的交界面发生了破坏;梁体的极限承载与变形能力均与栓钉的抗剪连接强度相关,但极限承载力和栓钉的连接强度并非为简单的线性相关;影响梁体极限承载力的最主要因素是混凝土板的强度,而混凝土梁的强度对极限承载力的影响并不显著,主要原因是梁体破坏模式为梁与板的交界面发生破坏时梁体本身几乎不出现损伤。

钢-UHPC组合梁接缝板抗裂性能试验研究

本文研究了钢-UHPC组合梁在负弯矩区的力学性能。通过设计与制作2根钢-UHPC组合梁加载模型,进行了单点抗弯加载试验,试验结果表明2根试验梁的破坏模式均为弯曲破坏;T形接缝会降低组合梁的刚度,相比S-UN组合梁,S-UT组合梁的刚度降低约10%;2根试验梁的屈服强度相近,接缝会使组合梁的极限承载力降低4.6%,但组合梁在进入屈服阶段前,接缝对结构的整体承载力影响较小;T形接缝组合梁的抗裂性能可以满足工程要求。T形接缝试验梁的初裂拉应力为12.23 MPa,大于实桥在最大悬臂状态下的最大拉应力7.3 MPa,且具有足够的安全储备。结果证明了该结构的施工方法安全可行,结构性能良好。

剪力连接程度对冷弯U型组合梁抗弯承载力影响

为研究剪力连接程度对U型组合梁抗弯承载力的影响,根据剪力连接程度、剪力钉数、剪力钉间距等影响因素设计完成8组数值模型试验,采用验证后的有限元模型计算分析应变和挠度,根据中国、欧洲和美国等不同规范,分别计算完全剪力连接条件下所需最少剪力钉数。结果表明:数值有限元模型能较好地模拟U型组合梁受力全过程中钢主梁和混凝土桥面板的应力及变形情况,实测结果与数值模拟计算结果相对差小于15%;剪力连接程度系数为0.02~0.30时,随剪力连接程度系数的增大,跨径16 m的U型组合梁的抗弯承载力不断增大,当剪力连接程度系数为0.30时,钢梁和混凝土已达到完全剪力连接,剪力连接程度系数大于0.30时,U型组合梁的抗弯承载力变化不大;U型组合梁抗弯承载力在弹性阶段的变化规律受剪力连接程度影响相对较小,工程应用中采用部分剪力连接可行,塑性阶段受剪力连接程度影响相对较大,U型组合梁抗弯承载力的计算与验算应计入剪力连接程度的影响;不同规范计算的完全剪力连接条件下所需最少剪力钉数较接近。

免拆底模钢筋桁架楼承板与组合梁在装配式钢结构的协同作用及力学性能研究

随着我国经济的快速发展,我国对钢结构的要求越来越高,钢结构工业化的发展是必然趋势。其中,装配式钢结构具有质量好、工期短、污染小、节约资源等优点。如何提高装配式钢结构的性能成为一个重要的问题。免拆底模钢筋桁架楼承板与组合梁是装配式钢结构中的两种重要结构形式,免拆底模钢筋桁架楼承板们之间的协同作用对于提高钢结构的整体性能具有重要意义。因此,本文旨在研究这两种结构在协同作用下的力学性能,为装配式钢结构的设计和施工提供理论支持。

新型空心管状翼缘钢板组合梁设计理念与力学性能

工字钢组合梁桥正朝着少主梁、精简横向联系的方向发展。与传统多主梁复杂横向联系组合梁桥相比,双主梁桥由于采用了开口截面的结构形式,极大地削弱了其抗扭能力,在偏载作用下会产生较大的变形及翘曲应力,使钢主梁处于弯扭耦合的受力状态。空心管状翼缘钢板组合梁采用空心钢管取代传统的平板上翼缘,提升了稳定性,改善了结构性能。本文通过理论分析和实体有限元法的计算,研究了单梁在自重与横向风荷载作用下的稳定性;对非组合截面的组合体系下的稳定性能进行了分析与比较,并分离出扭转翘曲应力和纵向正应力,研究了不同跨径下扭转效应的影响。最后,对横向联系、加劲肋的影响进行了分析。研究结果表明,空心管状翼缘钢板组合梁桥扭转刚度大于传统工字形截面组合梁扭转刚度,自身横向稳定性好,并且需要较少的横向联系与加劲肋,可实现单梁吊装,避免采用过多临时加固及支撑措施,提高施工效率。

预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析

在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。

基于实测数据的高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场研究

温度作用是影响桥梁-轨道结构服役性能的重要因素之一。为探究高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系的温度场变化规律,基于某拟建铁路上承式大跨拱桥桥址处的环境温度持续监测数据与卫星反演得到的太阳辐射数据,建立了考虑太阳辐射阴影遮挡效应的拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场模型,重点分析日温度变化规律和竖向温差分布规律,获得了考虑实测气温和太阳辐射逐时变化的全年日温度场;采用广义帕累托分布对竖向温差样本进行了极值分布估计,确定不同超越概率的竖向温差代表值,提出多折线形式的竖向温度梯度模式。研究结果表明,梯度相较于平原地区更为显著,无砟轨道的遮挡效应使得温度梯度分布上移,钢梁外侧腹板在冬季产生局部梯度作用;基于实测数据的温差极值估计方法考虑了环境温度和太阳辐射对结构温度场的随机影响,可为特殊地区桥梁设计阶段温度作用的计算提供参考。