组合梁应力幅指标的参数分析及其应用

为判断和控制组合梁的疲劳破坏形态，分析了组合梁的截面尺寸、混凝土强度等级、剪力连接程度以及荷载幅值等参数对应力幅指标λ的影响，结果表明：并非所有不完全剪力连接组合梁都只发生栓钉剪坏的疲劳破坏，有时剪力连接程度γ很低的组合梁也可能存在钢梁拉裂的疲劳破坏形态。而且由于完全剪力连接组合梁的计算应力幅指标较大，也可能导致发生栓钉剪坏的疲劳破坏。组合梁的疲劳破坏形态取决于计算应力幅指标与钢梁各个构造细节相应的界限应力幅指标[λ]的相对大小。     

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.     

高疲劳应力幅下部分抗剪连接钢混凝土组合梁的疲劳性能

为了研究部分抗剪连接钢-混凝土组合梁在高疲劳应力幅下的疲劳性能,对5根组合梁试件开展了等幅疲劳加载试验,以研究栓钉直径、抗剪连接程度和疲劳应力幅对组合梁受力性能的影响。研究结果表明:当组合梁中的钢梁承受200 MPa疲劳应力幅作用时,按照EC3规范计算所得的组合梁疲劳细节的疲劳寿命偏于保守;在经历最初的若干万次疲劳加载后,组合梁的跨中残余挠度可达初始跨中最大挠度的26.0%;100万次疲劳加载后,疲劳损伤引起的组合梁跨中附加挠度可达初始跨中最大挠度的25.0%;与完全抗剪连接组合梁相比,部分抗剪连接组合梁的疲劳受力性能并未表现出显著的差异;在正弯矩作用下,组合梁中的混凝土板按照静力计算方法配筋满足疲劳设计的要求。     

不同剪力连接程度预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究

探究剪力连接程度对预应力钢—混凝土组合梁中混凝土和钢梁的界面的剪切滑移、截面刚度、挠度变形、极限强度等受力性能的影响 .试验选用栓钉剪力连接件 ,设计 3根不同剪力连接程度的预应力组合连续梁 ,采用跨中加载集中力 ,探究预应力组合梁静载受力全过程受力特性 .     

考虑滑移效应的钢-混组合梁非线性有限元研究

混凝土桥面板和钢梁之间的剪力连接件能协调混凝土翼板和钢梁的变形,保证钢梁和混凝土桥面板产生组合效应共同工作,但绝对刚性的连接件并不存在,无论是完全剪力连接还是部分剪力连接都存在纵向界面滑移。纵向界面滑移使截面的实际弹性弯矩小于采用换算截面法的弯矩计算值,同时使构件的挠度和应变增大,所以不考虑纵向滑移就不能真实、准确地反映组合梁的受力性能。基于Newmark几何模型,将混凝土板和钢梁以及剪力连接件按一整体单元考虑,采用T.L列式增量法,推导了考虑纵向滑移效应的非线性钢-混组合梁单元模型,并描述和定义了所采用的组合梁各个构件的材料非线性本构关系,最后通过算例验证了所推导方法的准确性。     

钢-混凝土组合梁刚度的研究

考虑到存在于钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢—混凝土组合梁变形增大,刚度降低,按现行换算截面法计算组合梁的刚度未能考虑滑移效应,导致刚度计算值偏大,用于变形验算偏于不安全,该文建立了考虑滑移效应的钢—混凝土组合梁短期和长期刚度计算公式,并建立了刚度折减系数的简单实用表达式,长期刚度公式还考虑了混凝土徐变系数和收缩的影响。根据该短期刚度计算公式得到的组合梁挠度计算值与实测结果吻合良好。该刚度公式不仅适用于完全剪力连接组合梁,而且适用于部分剪力连接组合梁。     

腹板开洞连续组合梁受力性能 试验研究与有限元分析

为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对6根组合梁试件进行了试验研究与有限元分析,其中5根为腹板开洞梁,1根为腹板无洞梁。研究内容为组合梁极限承载力、混凝土板和钢梁受力全过程的截面剪力分布规律。结果表明:与腹板无洞组合梁相比,腹板开洞使组合梁的极限承载力得到明显削弱;洞口范围内混凝土板截面承担的剪力随着荷载的增加而不断增大;而在无洞梁段,钢梁承担的剪力比混凝土板承担的剪力要大,说明现行《钢结构设计规范》有关组合梁抗剪计算的相关条文已不适应于腹板开洞组合梁。     

钢-混凝土预制板组合梁的组合性能

通过制作了12个推出试件,研究了栓钉连接件在不同工作环境下的抗剪承载力及其抗滑移性能;并对不同孔型、不同抗剪连接度的3根钢-混凝土预制板组合梁进行了静力性能试验,对比分析了钢-混凝土预制板组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度、荷载-组合梁全截面应变及截面整体工作性能.结果表明:预留后灌孔为方孔推出试件的栓钉承载力比圆孔好;孔内填充混凝土强度对栓钉承载力影响很大,孔内混凝土强度高则栓钉承载力好;3根试验梁的截面应变分布满足平截面假定的要求,且均为弯曲破坏形式;组合梁具有良好的组合效应及受弯性能,完全抗剪连接的组合梁与部分抗剪的承载力接近,但完全抗剪组合梁钢梁与混凝土板界面间得滑移值明显小于后者.本文结果将增进对钢-混凝土预制板组合梁的理解和认识,为今后改进该类型梁工程设计提供有价值的参考.     

大跨度开口钢箱-混凝土组合梁工作性能

为了解剪力连接程度和腹板高厚比对钢-混凝土组合箱梁非线性性能、极限承载力、破坏方式的影响,进行3个不同设计参数的组合箱梁单调荷载作用下抗弯性能试验研究.对组合箱梁的破坏形态、混凝土面板与钢箱梁间滑移、截面整体工作性能、正截面受弯承载力与剪力滞后等进行研究.试验研究结果表明:组合箱梁破坏模式与剪力连接程度和腹板高厚比有关,组合箱梁的破坏模式有弯曲破坏、失稳破坏和滑移破坏,在正常荷载作用下,结构处于弹性工作状态.完全剪力连接时,箱梁满足平截面假定,不完全剪力连接时平截面假定不再成立;在弹性阶段滑移与荷载成正比,在弹塑性阶段滑移曲线出现转折.     

腹板嵌入式组合梁抗剪性能试验

通过6个嵌入式组合梁抗剪试件的试验,观测组合梁受剪破坏过程,研究腹板嵌入式组合梁竖向抗剪承载力的各影响因素.试验表明,嵌入式组合梁的抗剪承载力和钢梁腹板截面、混凝土翼板截面、混凝土强度等级、混凝土翼板剪跨比有关.基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出混凝土翼板的抗剪承载力的计算公式.考虑到弯剪相互作用,提出了嵌入式组合梁受剪承载力简化计算方法;分析了钢板连接件在嵌入式组合梁受剪时的实际受力.结果表明.钢板连接件具有较高的承载力,易于在组合梁中实现完全抗剪连接.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

基于能量法的GFRP管与混凝土板组合梁轴向力计算

GFRP管与混凝土组合梁能够共同工作是通过剪力连接件来实现,而工程中应用的连接件一般为柔性件.连接件在传递GFRP管与混凝土界面上的水平剪力时,会产生变形,从而在GFRP管与混凝土板的界面上引起滑移,这种滑移会导致GFRP管、混凝土翼缘板、连接件的受力性能发生变化.针对这一问题,基于最小势能原理并结合组合梁实际受力特征,建立了考虑组合梁界面相对滑移影响的轴向力微分方程,给出对称集中荷载下组合截面中GFRP管和混凝土板的轴向力理论计算公式.计算结果表明,组合梁的轴向力随着连接刚度的增大和外荷载增加而增大,随着GFRP管壁厚度增加而减小.组合梁跨中截面轴向力最大,从跨中到梁端按非线性逐渐减小,梁端部轴向力近似为零.     

钢-混凝土组合转换梁受弯性能分析

为研究增大混凝土填筑高度的开口钢箱-混凝土组合转换粱受力性能,采用有限条带法进行正截面承载力分析计算,并利用ANSYS软件进行了3种有限元模型的分析,模拟钢-混凝土界面不产生滑移、钢粱上翼缘及托板处设置剪力连接件、钢梁上翼缘处设置剪力连接件等3种情况.分析表明,增大混凝土填筑高度可以显著提高组合梁承载力、刚度及变形能力,避免发生脆性破坏.3种模型的极限承载力无明显差别,均满足平截面假定,由此提出了适于工程应用的设计方法.     

带疲劳损伤的钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

钢-混凝土组合梁在桥梁结构中应用广泛.车辆荷载会造成组合梁疲劳损伤的不断累积,从而对结构安全产生不利影响.为了研究疲劳损伤对钢-混凝土组合梁受力性能的影响,对7根组合梁试件开展了单调静力加载试验,其中5根组合梁试件在开展静力试验前经历了100万次的等幅疲劳加载.试验结果表明:在经历100万次的疲劳加载后,疲劳损伤会导致组合梁的极限变形能力降低,但组合梁的延性系数仍大于4.6,最终破坏形态均属于弯曲破坏;疲劳加载使钢材发生了强化效应,组合梁的屈服荷载均有所提高;部分抗剪连接组合梁的极限承载能力普遍降低,最大降幅约为初始极限承载力的7.3%;在抗剪连接程度相同的情况下,采用直径13或16 mm栓钉对组合梁的极限承载力无明显影响.     

组合梁钢与混凝土界面连接效应的精细化计算

为定量了解组合梁桥中钢与混凝土界面上各种连接效应的作用,提出一种能够考虑钢与混凝土界面上包括连接件效应、黏结效应和摩擦效应的计算分析方法,通过试验验证该方法是可行的.利用该方法计算分析了组合梁中不同连接效应对组合梁应力及钢与混凝土界面滑移的影响,也研究了考虑钢与混凝土界面黏结效应与否对组合梁各部分构件受力的影响,得知钢与混凝土界面黏结效应对组合梁中钢梁和混凝土的受力影响较少,但对连接件剪力影响较大,在不同荷载作用下剪力降低最大可达到25%.     

部分剪力连接钢-混凝土组合梁的截面抗弯分析

结合部分剪力连接钢-混凝土组合梁的受力变形特点,采用微分方程系统地推导在弹性条件下具有普遍适用性的部分剪力连接钢-混凝土组合梁正、负弯矩区截面抗弯分析的理论公式,经试算并与实验相对比,表明该文公式有效、实用.     

部分剪力连接钢-混凝土组合梁变形计算的组合系数法

为准确计算部分剪力连接组合梁在考虑滑移效应时的挠度,在对组合梁变形计算的既有方法进行综合评述的基础上,提出了新的计算方法--组合系数法.采用应力等效的简化方法,分别推导了无剪力连接和完全剪力连接组合梁的组合系数,并采用插值方法建立了部分剪力连接组合梁的组合系数.利用该法进行了大量算例的计算,计算结果与理论解析方法和试验结果吻合良好.组合系数法不需要进行换算截面的计算,而且将无剪力连接、部分剪力连接和完全剪力连接组合梁的计算方法统一起来.组合系数法形式简单,物理意义明确,计算结果能够满足工程精度要求.     

剪力钉刚度对组合梁斜拉桥受力性能的影响研究

结合某斜拉桥实际工程,建立了考虑界面粘结滑移的有限元仿真模型,分别研究了不同剪力钉刚度对组合梁斜拉桥界面滑移、挠度、应力应变特性以及极限承载能力的影响.结果表明:剪力钉刚度对组合梁界面滑移值以及桥梁竖向挠度均有影响,界面滑移值和桥梁的竖向挠度均随着剪力钉刚度的减小而增大,当界面无剪力钉时,其跨中挠度增幅达22.2%.应变沿梁高的分布规律偏离平截面假定的程度随着剪力钉刚度的减小而增大,随着剪力钉刚度的减小,组合梁截面中和轴下移,将导致混凝土出现受拉的情况.剪力钉刚度对组合梁斜拉桥的极限承载能力影响较大,当混凝土板和钢梁界面无剪力钉时,结构的活载系数和整体安全系数减小约一半.     

装配式双拼槽钢开孔组合梁受弯性能试验及挠度计算

提出一种新型装配式双拼槽钢开孔组合梁,以钢梁腹板开孔长度为参数,设计4根开孔组合梁和1根实腹组合梁,进行静力性能试验,研究开孔形式对各试件破坏模式、延性、界面滑移、截面剪力分布以及整体工作性能的影响。基于空腹桁架理论,提出考虑剪切变形、洞口处剪力次弯矩局部变形的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法。研究结果表明：新型装配式双拼槽钢开孔组合梁具有良好的整体工作性能;圆形开孔时组合梁表现为弯曲破坏,修圆矩形开孔时组合梁表现为空腹破坏(vierendeel mechanism);开孔形式对双拼槽钢组合梁的刚度和承载力影响显著;与实腹梁相比,圆形开孔时组合梁初始刚度下降12%,极限承载力下降10%;而开孔长度为900 mm的修圆矩形开孔组合梁初始刚度下降60%,极限承载力下降27%;腹板开孔提高了双拼槽钢组合梁的延性,而修圆矩形开孔组合梁与圆形开孔组合梁相比延性略降低;开孔可提高混凝土板抗剪贡献,随着开孔长度增大,各试件混凝土板承担截面总剪力的24%～28%;采用的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法所得理论值与试验值吻合良好。     

钢-混凝土组合梁附加挠度的能量法分析

钢梁与混凝土之间的相对滑移使钢-混凝土组合梁刚度降低,变形增大。文章从能量的角度,提出滑移效应下剪力连接件应变能公式;建立了钢-混凝土组合梁应变性能分析的微分方程;并对集中荷载下简支梁的挠曲线进行了实例求解;与换算截面法和有限元分析结果比较,验证了通过能量法求解滑移效应下组合梁挠度的可行性。