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。     

木质组合梁抗弯性能试验研究

通过12根矩形截面梁、24根T型组合梁和6根工字型组合梁,共计42根木质梁试件的2点加载受弯试验,研究了木基结构板—矩形截面木搁栅组合梁的抗弯性能.结果表明,木质梁试件破坏前能产生较大的变形,最终破坏主要有4种模式:纯弯段腹板弯曲破坏、沿腹板顺纹方向劈裂破坏、弯剪区沿腹板截面高度剪切破坏和梁端部局部扭转.木质组合梁中连接翼缘与腹板的钉连接节点在梁受弯时滑移变形较小,因此其能有效地传递翼缘与腹板之间的组合作用.T型组合梁与矩形截面梁相比,刚度和承载力有明显增加,工字型组合梁与T型组合梁相比,受弯性能进一步提高.因此可按组合梁理论进行更加合理的木楼盖相关设计.     

节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能

为了研究节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的力学性能,在考虑施工工艺和配束比影响的前提下,设计制作了3根缩尺模型试验梁进行受力性能试验研究.对比和分析了整体浇筑波形钢腹板PC组合梁和节段预制波形钢腹板PC组合梁力学性能的异同,提出了节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式.结果表明:混凝土开裂后,节段预制梁刚度退化明显大于整浇梁,全体外配束节段预制梁刚度下降最为显著;节段预制梁钢腹板抗弯贡献明显大于整浇梁,接缝处截面尤为明显;相比于整浇梁,节段预制梁体外应力筋的应力增量较大,且增长速度快;与整体梁抗弯承载力计算公式相比,提出的节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式的计算值与试验结果吻合更好.     

钢箱—混凝土组合梁受力性能有限元分析

钢箱—混凝土组合梁是一种新型钢—混凝土组合结构。为研究钢箱-混凝土组合梁的结构性能,分析其强度和刚度的主要影响因素,在ANSYS软件中利用板壳单元和实体单元建立了梁的三维空间有限元模型,考虑材料非线性和钢板局部屈曲的几何非线性,对钢箱-混凝土组合梁受力行为进行了有限元分析,分析结果与试验实测结果吻合良好,说明计算模型有效。利用计算模型对影响钢箱—混凝土组合梁强度和刚度的主要参数进行了分析,结果表明,钢板厚度变化对梁的强度和刚度的影响强弱依次为底板腹板顶板,提高混凝土强度可以明显提高梁的强度和刚度。     

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法研究

为了研究课题组提出的装配式钢桁-混凝土组合梁（PSTC）负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法：将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,同时考虑钢与混凝土之间的滑移。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力,根据简化计算结果,在20吨和47吨荷载作用下,梁的挠度为3.96mm和8.31mm,相比试验测试值4.03mm和8.39mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。     

波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算的初参数法

为准确计算波形钢腹板混凝土组合梁的挠度,推导了考虑剪切变形影响的波形钢腹板混凝土组合梁的挠曲线初参数方程.首先分析了波形钢腹板混凝土组合梁截面上剪应力的分布特点,得到了腹板剪应力的简化计算公式;然后推导了其挠曲线的初参数方程,提出了组合梁挠度的计算方法,进而对承受跨中集中荷载、两点对称荷载和均布荷载等3种典型荷载作用下的波形钢腹板混凝土组合梁的挠度进行分析,并将其结果与试验实测值、有限元结果进行比较,验证了文中理论方法的准确性和适用性;最后利用文中理论方法和有限元方法分析了跨高比和宽高比对波形钢腹板混凝土组合梁剪切变形的影响,并给出了波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算是否需要考虑剪切变形影响的跨高比界限建议值.     

波形钢板内衬混凝土部位抗剪强度

为了研究波形钢腹板内衬混凝土部位的抗剪性能,基于室内模型试验,开展了内衬混凝土的直钢板和波形钢板抗剪试验,同时采用不设内衬混凝土的直钢板和波形钢板模型进行对比试验研究.提出了波形钢板内衬混凝土部位的拉-压杆抗剪强度计算模型,给出了压杆宽度影响系数值为0.188.试验结果表明,内衬混凝土受压杆与波形钢腹板受拉杆形成X桁架,共同提供抗剪承载能力.设置内衬混凝土的波形钢板抗剪强度比对应的直钢板大.在波形钢腹板箱梁正常使用阶段的应力验算时,可直接采用波形钢腹板和内衬混凝土的刚度比值进行验算.     

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法

为了研究装配式钢桁-混凝土组合梁(PSTC)负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法:将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,并同时考虑钢与混凝土之间的界面滑移影响。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力特征。根据简化计算结果,在20 t和47 t荷载作用下,梁的挠度为3.96 mm和8.31 mm,相比试验测试值4.03mm和8.39 mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。     

钢蜂窝梁-混凝土楼板组合梁抗火性能研究

目的研究钢蜂窝梁-混凝土板组合梁的抗火性能,分析不同参数对蜂窝组合梁临界温度的影响,为蜂窝式钢结构的抗火设计提供参考.方法分别对3根腹板为实腹、圆形开孔、正六边形开孔的蜂窝组合梁进行抗火试验;对比分析组合梁在火灾条件下的时间-位移曲线及临界温度;建立有限元计算模型,对火灾下的蜂窝组合梁进行数值模拟研究,对比不同开孔率、孔间距、腹板高厚比以及是否设置加劲肋等因素对蜂窝组合梁抗火性能的影响.结果加劲肋是影响蜂窝梁临界温度的重要参数;开孔率和孔间距对蜂窝梁的临界温度有一定影响;当腹板高厚比过大时,蜂窝梁很容易发生火灾下的腹板屈曲破坏,腹板高厚比越小,蜂窝梁临界温度越高.结论与开孔率和孔间距相比,加劲肋和腹板高厚比对蜂窝组合梁的临界温度影响更大,通过设置加劲肋及调整腹板高厚比,蜂窝组合梁的抗火性能可以得到有效改善.     

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。     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

波形钢腹板箱梁手风琴效应对预应力效率的提高研究

通过波形钢腹板箱梁加载预应力试验,以及其与有限元模型数据的对比,对波形钢腹板手风琴效应对预应力效率的提高进行了研究。通过试验数据,可以看出在张拉预应力时,波形钢腹板像手风琴一样发生了压缩现象,相较混凝土腹板箱梁,其顶底板的应力有着很明显的提高,与直钢腹板箱梁相比较,也有着一定的提升。由于波形钢腹板的手风琴效应,使得箱梁的预应力效率得到了提高,这在实际工程中有着重要的应运。     

公路早期部分预应力混凝土T梁腐蚀疲劳性能试验分析

我国早期建造、处于腐蚀环境的在役公路预应力混凝土T梁桥面临严峻的腐蚀疲劳问题.为探讨此类桥梁的腐蚀疲劳性能，基于上世纪80年代公路部分预应力混凝土T梁标准图设计试验模型，开展特定钢绞线锈蚀率(设计锈蚀率为10%)下不同疲劳荷载幅值的部分预应力混凝土T梁模型的弯曲疲劳试验，获得模型梁在循环荷载作用下的跨中挠度、梁底纵向钢筋和受压区混凝土应变、竖向裂缝宽度等的发展规律及疲劳寿命.试验结果表明：在钢绞线腐蚀较为严重时，模型梁的弯曲疲劳破坏特征为受腐蚀钢绞线发生无征兆的断丝破坏，且受压区混凝土未出现被压碎现象，破坏模式为脆性破坏；在钢绞线锈蚀率基本相同时，模型梁的受弯性能随着疲劳荷载幅值的增大而显著下降，且其疲劳寿命也随着疲劳荷载幅值的增大而急剧下降.基于应力-寿命(S-N)理论，提出钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命预测公式，可用于初步评估钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命.     

部分充填钢箱-混凝土组合梁受力性能有限元分析

为了研究部分充填钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的受力性能,完成3根简支组合梁构件在跨中两点反向对称荷载作用下的试验.选用合适的单元类型、本构关系及破坏准则,建立以模拟试验梁为对象的非线性模型,得到相应的挠度-荷载曲线和截面应变值,模拟结果与试验结果吻合良好.通过改变梁的一些主要参数,对极限承载力和跨中挠度进行预测.分析表明:若要提高极限承载力和降低跨中挠度,可依次提高梁的配筋率,加厚底板、腹板、顶板和中隔板,也可适当提高混凝土强度.     

钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁抗剪性能分析

为研究新型钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁的受剪性能，设计制作了4个缩尺试件开展新型梁的受剪性能试验。4个试件包括1个直梁和3个曲梁。试验得到了试件的失效模式、极限载荷、荷载-应变曲线和荷载-位移曲线。结果表明：在剪切荷载作用下，曲率较小的曲梁和直梁的波纹腹板失效模式基本相同；波纹腹板的稠密程度影响曲梁的失效模式。为了进一步研究新型曲梁的受剪性能，建立了有限元分析模型。基于试验测试结果，校验了有限元模型在分析试件失效过程的有效性。利用校验后的有限元模型，研究了波纹腹板厚度、曲率、波纹子平板宽度、波纹倾角、波纹深度及腹板约束条件对新型曲梁抗剪性能的影响。结果表明：曲率对新型曲梁波纹腹板抗剪屈曲性能影响较小，腹板高厚比对新型曲梁腹板的屈曲模式和受剪承载力影响较大。新型曲梁钢管高强灌浆料翼缘对腹板有较强约束并承担部分剪力。     

斜腹板钢箱组合梁负弯矩区非线性受力性能

通过模型试验研究了斜腹板钢箱组合连续梁中间支座处负弯矩区的非线性力学性能.测试了在不同荷载作用下沿纵向各部位的变形、不同截面的应变分布、混凝土板的裂缝分布、钢与混凝土之间的相对滑移以及整个结构的极限承载力等.试验表明,试件在加载初始阶段呈现线弹性,但由于混凝土裂缝较早出现,试件在大部分的加载过程中表现为非线性特征;此外,混凝土中钢筋配筋率对斜腹板钢箱组合梁受力的影响显著,配筋率较少时组合梁在混凝土开裂后刚度降低很快,并使得钢梁较早屈服,而配筋率适当的斜腹板钢箱组合梁表现出了较好的力学性能.试验结果与现行组合梁设计方法对比分析表明,规范规定采用简化折减刚度法计算斜腹板钢箱组合梁的整体变形是安全可行的,以混凝土裂缝宽度为0.2mm对应的承载能力作为斜腹板钢箱组合梁正常使用状态下的承载力具有较大的安全储备.     

焊接工字钢梁腹板极限承载力的理论计算和试验

为了解焊接工字钢梁的承载力极限状态，采用有限元法对焊接工字钢梁腹板在剪力、弯矩、局部压力单独作用和联合作用下的极限承载力进行了计算，并进行了19根试件的试验研究．结果表明：高厚比较大的腹板具有很高的屈曲后强度，腹板的高厚比和横向加劲肋的间距是影响腹板抗剪极限承载力的主要因素；在腹板高厚比满足一定限值时，受弯腹板的屈曲对梁的抗弯极限承载力几乎没有影响；弯剪共同作用的腹板，当弯矩小于翼缘所能承受的弯矩时，弯矩对抗剪极限承载力的影响不大，破坏形式仍为腹板的剪切屈曲破坏．建议实际工程中利用腹板屈曲后强度时腹板高厚比限值为250，横向加劲肋的间距为(0．8～1．5)h0．     

钢-混凝土连续结合梁的温度效应

在静定钢-混凝土结合梁温度响应的基础上,求出了单跨超静定结合梁的劲度系数和温度变化时的固端弯矩;根据力矩分配法,并考虑混凝土的受拉区开裂而不能承载的特点,分析了连续结合梁在温度作用下的响应.以京沪高速铁路三跨钢-混凝土连续结合梁为例,计算了在存在温度梯度、温差和骤然降温时的应力、挠度及剪力钉的受力情况.研究结果表明:当混凝土的温度变化大于钢梁的温度变化时,混凝土中的应力均为压应力,钢梁中的应力均为拉应力;当温度变化较大时,连续结合梁将产生不容忽视的应力;在计算连续结合梁的温度响应时若设钢和混凝土的线膨胀系数相等,则会产生较大的误差.     

装配式波形钢腹板PC连续箱梁稳定性分析

波形钢腹板PC箱梁由于使用钢板代替了混凝土腹板,因而自重大大减小,在工程实践应用中,波形钢腹板PC箱梁的技术已经日渐成熟,而采用波形钢腹板先张法预制工字梁拼装并现浇纵横向湿接缝后形成连续箱梁的方法能使整个桥梁的施工更为快捷,其预制拼装过程中单片梁状态是其稳定性最差的阶段,因而有必要对其进行研究.通过对先张法波形钢腹板组合箱梁的单片边梁进行4种不同模型的对比研究,确定了单梁及整体的横隔板数量的设计方法,以及各个因素在先张法放张过程中对整体单梁构件稳定性的影响,找到符合应力、位移等要求的最佳结构尺寸及布置.     

波形钢腹板抗剪性能的研究

为了研究波形钢腹板的抗剪受力性能,首先设计了4根波形钢腹板H型钢梁并进行屈曲加载试验,掌握了波形钢腹板屈曲的基本特征;统计国内外已建波形钢腹板组合桥的波形钢腹板尺寸参数、并对弹性屈曲强度的计算进行了分析,建议了弹性屈曲强度简化计算公式和适用范围;考虑局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度等参数范围,合理选取一批试验数据对Yi、聂建国等提出的波形钢板非线性剪切屈曲强度计算公式进行了对比分析,并通过ANSYS有限元程序对本文部分试验结果进行了分析验证.结果表明:波形钢腹板主要承担剪力且剪应力沿高度均匀分布;几何初始缺陷对其剪切屈曲强度的影响较明显;在工程应用范围内,文中建议的弹性屈曲强度和非线性剪切屈曲强度公式与试验值和有限元分析值吻合较好,精确度较高,可供工程设计参考.