长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

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。     

新型角钢连接的钢-叠合板组合梁在负弯矩下的受力性能

为研究装配式钢筋桁架叠合板组合梁在负弯矩荷载下的受力性能,同时考虑传统预制底板出筋的形式给运输和现场施工带来的不便和安全隐患,提出一种预埋新型角钢连接件形式的钢-叠合板组合梁,采用反向静力加载试验,对比分析了预埋新型角钢连接件形式和传统预制底板出筋形式钢-叠合板组合梁的裂缝发展、破坏模式、界面滑移规律、加载点沿截面高度的应变以及跨中截面与1/4跨处的荷载-挠度变化,并根据不同计算方法的结果提出计算钢-叠合板组合梁裂前刚度的适用方法,同时采用ABAQUS有限元软件分析了不同叠合板纵向配筋率和新型角钢连接件尺寸对钢-叠合板组合梁受力性能的影响。结果表明：预埋新型角钢连接件的叠合板组合梁与传统预制底板出筋形式的叠合板组合梁的破坏形式基本相似,都发生了弯曲-纵向剪裂的破坏;抗弯承载力两者基本相同,但新型叠合板组合梁抗弯刚度要大于传统预制底板出筋形式的叠合板组合梁,且协同变形能力也更优;叠合板的纵向配筋率和新型角钢连接件的尺寸对钢-叠合板组合梁的受力性能均有影响,提高纵向配筋率以及新型角钢连接件的长度可提升钢-叠合板组合梁的承载力和刚度,而新型角钢连接件的高度对钢-叠合板组合梁无明显影响;通过不...     

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 .     

钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分方法

为深入了解混凝土收缩徐变对钢-混凝土组合梁力学性能的影响,采用随时间变化的换算弹性模量法建立了钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分模型,得到了组合梁内力、挠度和钢-混凝土界面滑移的微分控制方程.根据边界条件,给出了内力、变形及钢-混凝土界面滑移等各项力学性能指标的闭合解.为验证增量微分方法的正确性,对试验梁和算例梁进行了跨中挠度-时间曲线、沿梁高应变分布及梁端钢-混凝土界面滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的增量微分法与试验值和其他计算方法的计算结果吻合较好,可以有效地预测钢-混凝土组合梁的长期力学性能.     

部分充填式钢箱-砼组合梁考虑滑移和剪切变形的变分解法

为研究滑移和剪切变形对部分充填式钢箱-混凝土组合梁变形影响,基于Timoshenk两广义位移理论和能量变分原理,提出组合梁变分计算模型和假定.利用最小势能原理并结合边界条件,分别推导考虑双重变形模式的简支组合钢箱梁负弯矩区滑移微分方程、挠度及附加弯矩的联合弹性解析解.对比两根不同抗剪连接程度组合梁的实测值及理论公式计算值,分析结果表明:在弹性阶段运用变分法推导的挠度及其滑移计算值与实测值相吻合,从而证明了理论公式的有效性.     

滑移效应对组合梁弹性受弯承载力的影响分析

在钢与混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板之间由于剪力连接件产生变形,导致混凝土板和钢梁的变形不协调,从而产生相对滑移.滑移的产生将导致组合梁的刚度减小,挠度增大,降低弹性抗弯承载力,现有的换算截面法没有考虑这一不利影响.文中运用解析法对钢一混凝土组合梁在对称荷栽作用下的滑移公式进行了推导与试验验证.结果表明,公式的计算值与试验值吻合较好,同时研究了滑移效应对弹性受弯承载力的影响,研究表明,滑移效应时弹性受弯承载力有一定的影响.当组合特征值α≥0.003时就可以忽略其对弹性受弯承载力的影响.     

多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件.通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证.对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响.层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.     

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。     

预应力钢-混凝土组合连续箱梁的变形分析

以3片钢-混凝组合连续箱梁的变形试验为基础,其中RC1为普通组合梁,PC2和PC3为预应力组合梁,并结合虚功原理和换算截面法,提出了一种考虑自重、堆载、预应力和开裂影响的钢-混凝土组合梁变形计算方法.试验结果表明:预应力对钢-混凝土组合梁的变形影响较大,且有效预应力越大,跨中挠度越小;对于普通钢-混凝土组合连续箱梁,可通过考虑滑移效应的刚度折减法考虑混凝土板开裂对变形的影响;分析得到的理论挠度与实测挠度吻合较好.     

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。     

基于有限元法的组合梁剪切连接件的优化布置

结合有限元思路,采用直接刚度法推导考虑界面滑移的钢-混凝土组合梁的单元刚度矩阵,从而建立了一维组合梁单元模型.采用自编有限元程序计算了在简支情况下的组合梁的滑移和挠度,与解析解进行对比验证,两种方法计算所得结果分布曲线重合,同时也发现界面滑移对挠度的影响不能忽视.在此基础上,根据组合梁界面剪力流的分布情况,且在不增加剪切连接件数量情况下,本文针对全长均匀布置剪切连接的方式提出了采用分段均匀布置方式的优化布置方法,通过对梁端部分与跨中部的剪切连接件按5∶5、6∶4、7∶3、8∶2的分配比率进行分析比较,确定7∶3的分配方式是最优的,且能达到有效减小界面滑移,增大组合作用,进而减小组合梁挠度的目的.     

腹板嵌入式组合梁刚度与滑移

腹板嵌入式组合梁交界面上的滑移以及滑移对刚度影响与普通组合梁有很大不同,通过建立嵌入式组合梁的滑移微分方程推导出三种不同荷载状态下的滑移计算公式,进而通过曲率关系得出考虑滑移影响的挠度变形计算公式.在试验的基础上建立ANSYS有限元模型,通过试验结果与有限元结果对两点加载条件下理论公式进行验证.结果表明,建立的滑移与变形理论公式可以用来计算腹板嵌入式组合梁的变形性能;槽钉连接件的连接抗剪刚度相对较大,可不考虑滑移效应对挠度的影响.     

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.     

基于Reissner梁理论的界面滑移组合梁几何非线性求积元分析

组合梁结构在建筑结构领域应用广泛,由于上下层梁连接的非完全刚性,当组合梁受荷时,两层梁界面间会产生相对滑移.在对界面滑移组合梁的几何非线性分析中,大多数研究工作基于Euler梁理论,考虑组合梁横向剪切变形的研究相对较少.本文基于平面Reissner梁理论,假设上、下两层梁的挠度相等(不发生竖向掀起),将界面滑移表示为各层梁参考轴线处轴向位移及截面转角的函数.采用虚位移原理结合求积元方法建立了界面滑移组合梁的增量平衡方程,对工程应用中的典型算例进行计算分析,并将结果与现有文献及作者之前提出的Euler组合梁模型进行了对比.研究表明:(1)本文构建的界面滑移组合梁求积元几何非线性格式计算步骤简单,效率较高.对于承受分布荷载的单跨组合梁,使用1个求积元单元9个积分点即可得到理想的计算结果.(2)基于本文模型的挠度计算值高于Euler梁模型,二者差异随组合梁高跨比的增大明显提高;同时也与组合梁横向荷载、剪力连接刚度以及边界条件等因素有关.     

镀锌钢带加强的木-混凝土组合梁的承载力性能及其数值分析

对两个采用镀锌钢带加强的木-混凝土组合梁试件进行了试验,分析了其力学性能和受弯破坏形态,得到了跨中荷载-位移曲线及组合梁沿截面高度的纵向应变分布.结果表明,两个组合梁试体在木肋与混凝土板之间和木肋与钢带之间,其界面都发生了滑移,但影响较小;钢带最终屈服和组合梁受力性能有所改善.通过数值分析得出,当极限荷载时加钢带的木-混凝土组合梁的位移值减小截面中和轴有所下降.     

基于栓钉柔性连续预应力组合梁挠度增量理论解

将连续梁分解成有端弯矩作用的简支梁,根据分离体挠曲变形协调,建立界面切向力与法向力的关系方程;与界面连接件的剪力滑移物理方程联立,可解得界面切向剪力及滑移的分布函数,以分解简支梁在内支座处的滑移应变及挠曲线的二阶导数相同等作为连续梁的边界条件,求解积分常数,从而导出考虑界面滑移的连续组合梁挠曲线方程。结果表明:连续梁在中支座处虽然滑移为零,但滑移应变不为零;跨中最大弯矩截面的滑移计算结果为零,与实际吻合,因此可作为一个边界条件,独立求解跨中有弯矩极值点的边跨滑移挠曲线方程,进而逐跨求解挠度增量。     

部分充填钢箱—混凝土组合梁变形计算

为研究组合梁负弯矩区的滑移及变形进行了3片不同抗剪连接度的部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁试验,观测了在对称集中荷载作用下交界面的相对滑移分布规律和挠度的试验结果。试验结果表明,随着抗剪连接度的增加,滑移逐渐减小且基本上以跨中为对称点沿梁对称分布。建立了考虑滑移效应的组合梁受力模型,推导出部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁交界面的滑移微分方程,针对钢结构设计规范运用刚度折减法计算挠度出现的问题,建议采用有效刚度法,同时将计算结果与试验结果进行了对比分析。对比结果表明,在弹性阶段滑移理论计算值和实测值具有很好的拟合性,弹性阶段以后有一定的误差,有效刚度法计算得到的挠度可以准确描述组合梁的变形。