钢-混凝土组合梁双层梁有限元分析方法

首先提出钢－混凝土组合梁的双层梁有限元分析方法，推导了考虑滑移的剪力连接件单元刚度矩阵，利用本方法计算了简支组合梁在荷载作用下的挠度、应力以及滑移分布，计算结果与实验结果一致，证明本方法分析钢－混凝土组合梁的正确性和实用性。     

配筋率对GFRP板-混凝土组合梁受力性能的影响

为研究配筋率对FRP板-混凝土组合梁受力性能的影响规律,利用ABAQUS有限元软件建立4种不同配筋率情况下的碳纤维增强复合材料(GFRP)加固混凝土梁模型,通过组合梁的荷载-跨中挠度曲线和承载力两个方面验证了模型建立方法的合理性.研究结果表明,随着配筋率的增大,组合梁的极限承载力也增大,相同荷载下,配筋率大的梁变形较小,说明增大配筋率可以有效提高组合梁的极限承载力,同时减小梁的变形.但是在相同条件下增大混凝土强度等级,能使组合梁承受的极限承载力和变形更大一些.因此,说明组合梁的受力性能不仅会受配筋率的影响,还会受到混凝土强度的影响.     

非线性弯矩－曲率关系曲线的计算

推导了钢－混凝土组合梁单元弯矩－曲率关系曲线的计算公式，并根据试验确定的理想化混凝土和钢应力应变曲线，计算了不同等级轴压力下的梁单元弯矩－曲率关系曲线．     

滑移对薄壁U型钢-混凝土组合梁挠度的影响

建立薄壁U型钢-混凝土梁的挠度计算模型,推导梁的平衡微分方程,得出组合梁在不同荷载作用下的挠度计算公式.对8根组合梁进行计算,将计算结果与用现有计算方法计算的值和试验值进行比较,结果表明,薄壁U型钢-混凝土梁的滑移效应对挠度的影响较大,不能忽略不计.在相同的剪力连接件作用下,薄壁U型钢-混凝土梁的剪力连接程度比普通钢-混凝土梁低,要适当增加剪力连接件,剪力连接程度系数可从0.66提高到0.75.通过与现行钢结构设计规范公式的比较和分析,得出适合薄壁U型钢-混凝土梁挠度计算的刚度折减系数修正计算公式.     

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.     

新型板桁架组合梁承载力分析

为研究新型板桁架组合梁的承载力与挠度设计方法,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限承载力计算公式。利用有限元软件对混凝土强度、混凝土板厚度、混凝土板宽、压成型钢板厚度、下弦杆截面积、梁高等设计参数进行研究,验证了承载力公式的适用性,并讨论不同参数对于极限承载力的影响。将板桁架组合梁挠度等效为空腹虚拟梁的弯剪变形挠度和虚拟桁架梁剪切变形挠度,在虚功原理基础上推导出挠度计算公式,并利用有限元方法与挠度计算公式进行对比分析,结果表明：极限承载力计算公式、挠度公式与有限元实测值拟合程度良好,验证了公式的准确性与适用性;混凝土板宽度、混凝土强度、梁高、下弦杆截面积、混凝土板厚度对极限承载力影响较大,各参数增加一倍,板桁架组合梁极限承载力分别提高28%、32.7%、35%、41.4%、47.6%;压成型钢板厚度对极限承载力影响几乎忽略不计。     

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.     

超高性能混凝土-混凝土组合简支梁弯曲性能试验

进行了3根超高性能混凝土(UHPC)位于受拉区的超高性能混凝土-混凝土组合梁(UHPC-NC组合梁)和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲性能试验。对UHPC-NC组合梁的受力过程、跨中截面应变分布、裂缝开展模式和破坏形态等进行了研究分析。试验结果表明,UHPC-NC组合梁在加载过程中基本符合平截面假定,并且在UHPC层中配置适量的纵向钢筋,能大幅度提高组合梁的抗弯承载力。同时,将钢筋和UHPC对试验梁极限承载力的贡献分为4个阶段(初始状态、阶段状态、极限状态和破坏状态)进行计算。最后,对组合梁受拉区UHPC层等效矩形应力系数k进行推导。结果表明,UHPC层对组合梁抗弯承载力的贡献效率随着配筋率的不同而不同。     

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.     

钢管轻集料混凝土组合梁受弯性能的试验研究

对钢管轻集料混凝土组合梁进行纯弯试验,研究组合梁破坏形态、协同工作性能、荷载-应变关系及抗弯刚度.研究结果表明:开孔钢板作为组合梁的剪力连接件可以保证混凝土板和钢管轻集料混凝土梁的协同工作性能,混凝土板与钢管轻集料混凝土梁的弯曲变形一致,两者相对滑移量小于1.0 mm;组合梁具有较高的抗弯承载能力且位移延性系数大于 5.0;钢管对受拉轻集料混凝土具有良好的环向约束作用,在正常使用阶段,保证了组合梁良好的抗弯刚度;在未考虑钢筋混凝土板和钢管轻集料混凝土梁的相对滑移情况下,提出采用组合刚度法对钢管轻集料混凝土组合梁的抗弯刚度进行计算,计算值与试验实测值较吻合.     

界面强度对CFRP-混凝土组合梁弯曲性能的影响

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)与混凝土之间的界面黏贴强度是影响CFRP-混凝上组合梁弯曲性能的一个重要因素.文中按CFRP布的黏结长度不同建立了3组不同界面强度的数值模型.模拟了采用位移控制梁的四点弯曲加载过程,分析了界面强度对CFRP-混凝土组合梁宏观弯曲性能的影响.结果表明:界面强度对组合梁的宏观承载力与开裂前刚度影响甚微;但对梁开裂后的刚度与延性影响较大;黏结长度越长,CFRP-混凝土组合梁对界面强度变化的敏感性越大.     

曲线组合梁畸变效应的弹性地基梁有限元解法

为了对曲线组合梁的畸变效应进行研究,针对钢—混凝土曲线组合梁,首先采用M/r法将曲线转化为直梁,然后基于能量变分原理,并考虑钢梁与混凝土板的材料差异,推导了畸变荷载作用下组合梁的畸变控制微分方程。以哈大线某曲线组合梁为计算模型,根据弹性地基梁比拟法,分别采用初参数法和Midas有限元模型对跨中截面的畸变角和畸变双力矩进行了计算。结果表明,在弹性地基梁原理基础上,初参数法和有限元法均可很好地模拟曲线组合梁的畸变效应。     

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.     

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。     

标准火灾下U型钢-混凝土梁的耐火性能

为了研究U型钢-混凝土组合梁的耐火性能,文章采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS编制热分析程序,对组合梁在ISO-834标准火灾下的温度场进行了分析与计算。结果表明,在ISO-834标准火灾下,填充混凝土使U型钢-混凝土组合梁截面的温度分布不均匀,该梁的耐火特性显著优于普通型钢-混凝土组合梁,单纯地用给定临界温度来判定组合梁是否达到耐火极限不合理。此外,填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,U型钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15%~60%,温升延时可达约15 min。     

部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁刚度分析

为探讨部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的变形情况,设计3片不同抗剪连接度的试验梁,并进行单调加载实验.考虑边界条件对刚度的影响,结合组合系数法,推导出适合部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁的刚度计算式.理论分析与试验结果表明:在钢箱-混凝土连续组合梁的钢箱中部分充填混凝土可以提高梁体的刚度,当钢箱-混凝土连续组合梁的钢箱中充填60%的混凝土时,其刚度提高最明显,最为合适.     

钢-混凝土组合梁界面滑移效应变分法求解

为了求解钢-混凝土组合梁的界面滑移效应,以弹性理论为基础,建立平衡方程;利用最小势能原理,结合变分方法,分别推导了简支钢-混凝土组合梁在受均布荷载和集中荷载时,组合梁的界面相对滑移、组合梁挠度以及附加弯矩的计算方法.结果表明:此方法使相对滑移微分方程基本形式得到统一;附加弯矩与相对滑移趋势成正比,而与相对滑移量无关;界面相对滑移量与抗滑移刚度、截面剪力有关,并且会增加组合梁挠度;简支组合梁相对滑移在梁两端部达到最大值,而向跨中减小.最后通过算例验证了给出的解析解的正确性.     

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。     

后结合预应力组合梁负弯矩区混凝土开裂性能试验

为了研究后结合预应力技术改善混凝土桥面板组合梁在负弯矩作用下的受力性能,特别是混凝土的开裂性能,设计制作了2根组合梁(一根是常规混凝土桥面板组合梁,另一根是后结合预应力混凝土桥面板组合梁),进行了2根组合梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.试验结果表明:后结合预应力混凝土板连续组合梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.87倍和5.38倍,说明采用后结合预应力混凝土桥面板能够大大提高组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能.     

后结合预应力组合梁桥的抗裂性能试验

为研究后结合预应力组合梁桥的预压应力分布和负弯矩区抗裂性能，设计2根连续组合试验梁，其中一根为负弯矩区设计成全预应力混凝土板的后结合组合梁，另一根为无预应力的普通组合梁。测试了试验梁在张拉预应力筋和静力加载过程的受力性能，得到负弯矩区截面的应力状态和裂缝分布。试验表明：因钢梁和混凝土板不连接，预压应力由混凝土板承担且混凝土截面的预压应力沿着横向的分布不均匀。后结合预应力组合梁的初始开裂荷载和群钉孔外的开裂荷载分别是普通组合梁的3.1和5.0倍。后结合预应力组合梁抑制裂缝沿着横向贯穿混凝土板，提高了负弯矩区的抗裂性能。混凝土平均裂缝间距约等于横向钢筋间距。后结合预应力组合梁在开裂后的受力状态与普通组合梁类似。