大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能试验研究

为了解大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能及选取合适的声屏障形式,以挑臂长7.5 m的钢箱组合梁桥——临猗黄河大桥为背景,基于有限元计算的施工及成桥阶段桥梁动力特性指标,制作1个缩尺比1∶50的最大悬臂施工状态钢箱梁、2个缩尺比1∶60的成桥状态不同声屏障设置形式(直线形、折线形,高度均为2.5 m)钢箱组合梁节段模型进行风洞试验,分析施工和成桥状态主梁断面的涡振、颤振和驰振性能。结果表明:施工状态的钢箱梁抗风稳定性良好,涡振、颤振和驰振性能均满足设计要求;常遇风攻角为0°、±3°时,成桥状态下,设置2.5 m高折线形声屏障可有效抑制主梁涡振响应,且颤振与驰振稳定性均满足规范要求;设置2.5 m高直线形声屏障的主梁发生明显的竖向涡振现象。该桥主梁最终采用2.5 m高折线形声屏障。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

既有铆接钢桁梁桥拓宽改建时的主桁构件加固设计

为针对原位拓宽的铆接钢桁架桥中不同受力特点的桁架构件采用合理的加固方法,以松浦大桥拓宽加固工程为例进行分析。松浦大桥主桥上部结构采用两联(96+112)m的连续铆接钢桁梁,根据拓宽后的结构荷载,按照现行规范计算确定承载力不足的主桁构件,并根据这些构件的受力特点分3类进行加固。对抗拉强度不足的构件,采用在其翼缘或腹板增贴钢板的方法进行加固;对稳定不足的构件,采用增贴角钢的方法进行加固,此外,可增设侧向约束构件以减小杆件的计算长度;对抗压强度与稳定均不足的构件,采用填筑混凝土形成组合构件的方法进行加固。按照所提出的方法对松浦大桥主桁构件进行加固后,其主桁构件的承载力均能够满足现行规范要求。

圆CFRP-钢复合管内填砼构件的受弯性能研究

对16根圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件以及4根圆钢管砼受弯构件开展静力试验并分析实验结果。对于未包裹纵向 CFRP的试件,其荷载-跨中挠度曲线类似于对应的圆钢管砼构件的曲线;对于包裹纵向CFRP的构件,其荷载-跨中挠度曲线可以划分为以下几个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件的延性要好于圆FRP筒内填混凝土受弯构件。对于具有相同钢管约束效应系数的试件,承载力提高率随着纵向CFRP层数的增大而增大。从加载之初直到最大承载力,钢管和CFRP筒在环向和纵向都可以协同工作。纵向受压最大点的环向拉应变最大,纵向受拉最大点的环向压应变最大, 纵向受拉最大点的钢管对核心砼没有套箍作用。从加载之初直到大约0．8倍的极限承载力,试件纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定。纵向CFRP可以显著提高试件的刚度。

往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱工作机理研究

为研究往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的工作机理,建立了外方内圆复合钢管混凝土柱的有限元模型并进行计算分析,将计算结果与试验结果进行比较。在此基础上,分析了混凝土损伤设置与否的影响,比较了复合钢管混凝土柱、中空夹层钢管混凝土柱、普通钢管混凝土柱、空钢管柱的滞回性能,包括滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度和耗能等,分析了不同阶段混凝土的应力状态。研究结果表明:有限元计算的破坏形态、滞回曲线结果与试验结果吻合较好,往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的计算必须合理考虑混凝土材料的损伤;与其他类型柱相比,外方内圆复合钢管混凝土柱的滞回曲线饱满,其极限承载力、延性、刚度、累积滞回耗能等性能更为优越。

运宝黄河大桥主梁设计与施工关键技术

运宝黄河大桥主桥为(110+2X 200+110) m波形钢腹板低塔斜拉桥,副桥为(48+9X 90+48) m波形钢腹板刚构一连续组合体系桥。主桥主梁为整体式单箱五室截面,腹板采用波形钢腹板—混凝土腹板混合形式(中间2道为混凝土腹板,其余4道为波形钢腹板),中间箱室采用混凝土横隔板,两侧箱室采用钢横隔板;副桥主梁为分幅式单箱单室截面,腹板采用波形钢腹板;波形钢腹板与混凝土顶板采用双开孔板连接件连接,主桥中腹板与混凝土底板采用焊接角钢的翼缘型结合部,主副桥边腹板与混凝土底板采用外包型结合部,可提高结合部耐久性;波形钢腹板采用耐候钢,无需进行防腐涂装,节省后期维修养护成本。主桥采用挂篮悬臂浇筑施工,副桥采用钢腹板自承重架设工法,提高了施工效率和安全性。

天津光年城-城市展馆单侧大悬挑圆环结构设计

天津光年城-城市展馆项目三层展廊为直径50m的圆环,竖向构件均偏置在北侧,圆环整体悬挑长度达38.3m;考虑三层展廊外侧通透的建筑效果,外侧立面无法布置结构构件,主受力构件仅能布置在圆环内侧。该圆环结构存在结构单侧悬挑长度大、竖向支承少、悬挑构件抗扭刚度小、二次悬挑等特点。针对上述结构特点,采取以下设计措施:1)综合考虑结构体系安全性及经济性,悬挑圆环采用空间钢桁架,展廊人行区域为钢桁架上二次悬挑钢梁;2)三层展廊整体荷载通过偏置的楼电梯核心筒传至基础底板,楼电梯核心筒为钢板组合剪力墙结构;3)合理布置基础,减少桩基受拉;4)明确关键构件,提出有针对性的结构抗震性能目标和抗震措施;5)采用多种有限元软件分析对比,保证整体和节点计算结果的可靠性;6)以竖向振动峰值加速度作为大悬挑结构的舒适度控制指标,并设置TMD以满足舒适度要求。分析结果表明,结构满足规范及抗震性能目标要求。

型钢-UHPC组合桥面结构抗拉性能试验研究

针对型钢-UHPC组合桥面结构的4个足尺条带模型构件(UHPC+型钢组成的桥面板构件2个,UHPC+型钢+钢条组成的接缝构件2个),开展了单轴拉伸试验;分析了构件的应变和裂缝发展规律;采用ABAQUS软件建立有限元模型模拟试验全过程,分析了构件的轴向变形及型钢、钢条的应变发展规律。结果表明:对于桥面板构件,型钢与UHPC薄板具有良好的协同受力性能,细微裂缝密集分布,直至型钢屈服,UHPC薄板产生2~3条主裂缝;对于接缝构件,随着加载的进行,初始微裂缝出现在新旧UHPC交界面处,后续微裂缝则主要集中于下台阶处,直至下台阶处内部埋置的钢条屈服,接缝构件破坏,下台阶处形成单一主裂缝;对于桥面板构件和接缝构件的UHPC轴向变形值及桥面板构件的型钢应变值或者接缝构件的钢条应变值,ABAQUS计算结果与试验结果吻合较好。

基于分层组合法推导钢骨—钢管高强混凝土抗弯承载力

为了研究钢骨-钢管高强混凝土的抗弯性能,采用截面分层组合法汇编非线性分析程序,分析不同钢管强度、钢骨强度、钢管厚度、钢骨截面惯性矩和混凝土强度等级对组合构件的抗弯力学性能的影响,并对计算结果回归分析,得出实用的抗弯承载力计算公式。研究结果表明:以上因素对其抗弯力学性能有不同程度的影响,但是钢管壁厚的变化对组合构件的抗弯力学性能影响幅度最大;抗弯承载力计算公式与试验结果整体吻合良好。研究结论对合理利用材料来提高组合构件的抗弯承载力,以及对组合构件的抗弯承载力计算是有实际工程意义的。

闵浦二桥箱形截面杆件全焊钢板组合桁梁设计

以闵浦二桥主桥钢桁梁为背景,从钢板组合桁梁,桁架腹杆体系,横梁、平联与整体空间计算,主桁箱形截面杆件,以及全焊整体节点等方面简要介绍了现代新型箱形截面杆件全焊钢板组合桁梁的主要设计思路和方法。根据简化模型,推导出估算节点板厚度的公式,提倡设计创新理念。

组合加固混凝土悬挑梁力学性能研究

基于某工程悬挑结构的加长方案,提出了增大截面、屋面吊挂、增设拉杆以及增设型钢支撑这几种加固方案,对比分析各加固方案后,最终选择增设型钢支撑这一组合加固方案。为研究加固节点的受力性能,采用ABAQUS软件对节点进行模拟加载,分析节点在设计荷载(1.3恒载+1.5活载)及1.2倍设计荷载作用下的材料应力及塑性应变开展过程。结果表明,在设计荷载作用下,节点的悬挑梁支座处出现了一定的塑性应变,但并未随荷载加大而继续扩展,说明加固后的节点具有足够的承载力,能够满足改造后的建筑功能要求,组合加固法在该工程中是安全可行的。最后,对组合加固法在施工过程中的重点、难点进行总结,为后续改造工程提供参考。

大挑臂复合截面节段梁后装挑臂纵向预应力效应研究

以3×50m大挑臂复合截面节段梁为背景,通过建立空间杆系及实体有限元模型,针对复合截面节段梁特有的后装挑臂,对其纵向预应力效应进行研究,分析不同钢束类型及横向位置的后张拉效应,并推荐了合理的后张拉钢束布置形式。

某工程改造加固方案分析

本文通过某改造加固工程实例,对现有常用的一些加固方法进行比较,在保证建筑结构安全和满足建筑功能要求的前提下,选择更为合理的方案,为今后类似工程的改造加固提供参考。

钢桁-混凝土组合结构桥梁耐火性能研究

为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能,选取公路交通简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁为研究对象,建立了经试验验证的钢桁-混凝土组合结构桥梁三维实体非线性分析模型,研究其在桥下(下部)和桥面(上部)遭遇碳氢火灾时的温度空间分布特征,计算得到桥梁在不同受火长度和受火时间(下部受火)、不同受火位置(上部受火)影响下的挠度、承载能力的变化规律,给出不同火灾场景下的耐火极限。研究结果表明:受火长度和受火位置显著影响钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能;当桥下受火时,受火长度从L/20(L为计算跨径)增至L/4,钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间从大于60 min缩短至27 min,且挠度变形更为显著;当桥下20 m范围内受火45 min后,其承载力和结构刚度分别降低至常温下的72%和32%;桥面全车道和边车道受火均会使钢桁-混凝土组合结构桥梁先上挠后下挠,其耐火时间分别为25 min和31 min;边车道受火会使桥梁出现高温扭转变形;当全车道受火23 min后,其承载力和结构刚度分别降低至常温下的25%和10%;增大主桁高度可有效提高钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能,用箱形截面斜杆替换工字形截面斜杆则可使其耐火时间增加8.7%。

T形钢管混凝土组合构件抗弯性能

将两根矩形钢管直接焊接形成新型T形钢管混凝土组合构件,进行了8组共16个T形钢管混凝土组合构件的抗弯试验,分析了含钢率、剪跨比、截面尺寸等参数对新型T形钢管混凝土组合构件抗弯性能的影响,比较了新型T形钢管混凝土组合构件和传统T形钢管混凝土组合构件的抗弯性能.运用有限元软件ABAQUS对构件的弯矩-挠度曲线进行了全过程分析,数值分析结果与试验结果符合良好,两者的承载力差值在5%以内.提出了新型T形钢管混凝土组合构件抗弯极限承载力的计算公式,并运用该公式计算了5组试件的弯曲极限承载力,计算结果与试验结果误差最大为14%,结果令人满意.

双槽钢组合截面悬臂构件在往复弯曲下滞回性能研究

为研究双槽钢组合截面悬臂构件的滞回性能,建立了8个双槽钢组合截面悬臂构件在往复弯曲作用下的有限元模型。通过改变填板间距、侧向支撑间距、腹板高厚比和设置加劲肋等参数,得到不同参数下模型的滞回曲线、骨架曲线、各阶段的弯矩和转角值及抗震性能指标,分析了模型的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明:双槽钢组合截面悬臂构件有良好的滞回性能;填板间距的减小,可以有效防止单肢槽钢的弯扭失稳;腹板高厚比减小,可提高模型的承载力和初始刚度;设置加劲肋可限制腹板和翼缘的局部屈曲,提高了模型的耗能能力和刚度。

复合钢管高强混凝土构件受弯性能试验研究

为研究复合钢管高强混凝土构件的受弯性能,完成了8个试件的静力试验。结果表明,试件跨中挠度达到其跨度的1/18时,除个别试件外,承载力均尚未下降;增大方钢管的壁厚或增大圆钢管的直径,都可提高构件的受弯承载力和弹性抗弯刚度。采用简化纤维模型(条带法)计算试件的跨中弯矩-挠度关系曲线,采用叠加法计算试件的受弯承载力,两者所得结果与试验结果均符合良好。

外方内圆复合钢管混凝土抗弯性能及承载力实用计算

对外方内圆复合钢管混凝土的纯弯力学性能进行了有限元模拟,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上,进行了荷载-变形全过程受力分析和影响因素分析,基于钢管混凝土简单叠加方法,引入组合提高系数,提出了外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力实用计算公式。研究结果表明,外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力比简单叠加结果大,其组合提高系数的主要影响因数是外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度和内外管尺寸比,且该系数随着外管屈服强度的增加、内外管尺寸比的增加而增加,随着夹层混凝土抗压强度的降低而增加;抗弯承载力简化计算结果与实测结果和有限元结果吻合良好,且总体稍偏于安全。

双H形钢部分包覆钢-混凝土组合柱压弯试验研究

欧规EN 1994-1-1中仅列入了双H形钢部分包覆钢-混凝土组合(PEC)构件的截面形式,但对其压弯承载力计算方法和截面构造都未予以明确规定。为此,设计了3类截面形式的正交双H形钢PEC柱试件,对其进行了压弯条件下的往复加载试验,并将试验结果与采用作者前期提出的单向压弯及双向压弯承载力计算方法的计算结果进行比较。结果表明:钢翼缘对混凝土有明显的约束作用;试件在单向压弯和双向压弯下具有相同的抗弯刚度和承载力,均表现出了良好的塑性变形能力和耗能性能,加强箍筋可以提高试件的延性;前期提出的压弯承载力计算方法得到的压弯承载力与试件结果相比偏于安全,而相比于欧洲规范EC4的计算方法又具有一定的经济性。