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.     

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.     

预应力钢板夹心混凝土组合板界面剪力分析

针对预应力钢板夹心混凝土组合板刚度大,承载力高,变形小的特点,利用弹性理论,建立了考虑预应力筋内力增量和滑移刚度影响的组合板界面剪力的计算微分方程,给出对称集中荷载下的界面剪力计算公式.计算结果表明,组合板最大界面剪力发生在跨中,沿板长向端部逐渐减小,端部界面剪力近似为零;组合板的界面剪力随着连接刚度、外荷载的增加而增加,随着钢板面积的增加而减小,预应力筋内力增量对界面剪力影响很小,一般在5%左右;连接刚度与外荷载对界面剪力变化影响较大.     

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.     

考虑滑移效应的钢板-混凝土组合板刚度分析

采用折减刚度法分析了钢板-混凝土组合板在受弯状态下交界面的滑移情况,建立了界面剪力关于剪跨段长度的函数,进而推导了跨中一点加载和两点加载情况下组合板跨中挠度的计算式.此外,将钢板-混凝土组合板看作是底部纵向受拉钢筋锚固在底面的混凝土结构,基于钢筋混凝土梁的抗弯刚度计算式,并采用修正的折减钢板宽度系数法近似考虑钢板与混凝土滑移的影响,得到了组合板抗弯刚度计算式,进而利用材料力学公式进一步计算组合板跨中挠度.将这2种方法的计算结果与4组共9块简支组合板的试验结果进行对比,发现计算结果与试验结果吻合良好,2种方法均可用于计算钢板-混凝土组合板跨中挠度,且第2种方法具有一定的安全储备,方便实际工程的设计应用.     

考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁新型非线性纤维梁单元模型

目的 提出一种新型的考虑钢-混凝土组合梁界面滑移效应的非线性纤维梁单元理论模型,用于此类结构加载至破坏全过程中弹塑性力学行为的高效分析.方法 根据钢-混凝土组合梁的结构特点,在传统纤维梁单元理论的基础上,引入钢梁与混凝土板之间的相对滑移变形模式,推导出考虑界面非线性滑移效应、钢梁与混凝土板材料非线性行为的新型纤维梁单元...     

钢-混凝土组合梁剪力滞及时变效应的求积元分析

采用弱形式求积元法对界面滑移钢-混凝土组合梁的剪力滞及收缩徐变效应进行了计算分析。通过与现有试验及有限元结果的比较,验证了弱形式求积元方法的准确性和高效性。进一步的参数化研究表明,混凝土板宽度与组合梁跨度之比小于0.6时,剪力滞效应对含简支边界条件组合梁的时变效应影响明显。当剪力连接刚度水平较低时,由于时变效应引起的钢-混凝土组合梁的挠度相对变化将随剪力连接刚度的增大显著提高。     

不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明：温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。     

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.     

变截面波形钢腹板弹性整体 屈曲计算及几何参数分析

为研究变截面波形钢腹板的抗剪性能,首先,在正交异性板理论和薄板小挠度理论的基础上,运用伽辽金法对波形钢腹板弹性整体剪切屈曲强度的计算公式进行推导;其次,将推导公式计算值与ANSYS有限元计算值及规范公式计算值进行对比分析,并将公式推导值与文献试验值进行对比;最后,运用有限元法研究不同波纹型号、腹板厚度和梁高变化形式对变截面波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律.结果表明:推导公式计算值与有限元值试验值吻合良好,规范公式由于忽略了扭转刚度Dxy对波形钢腹板整体剪切屈曲强度的贡献,规范值计算偏于保守;随着波纹尺寸的增加,剪切屈曲强度总体呈先增大后减小的趋势,其中1600型波形钢腹板的抗剪性能达到最大;随着腹板厚度的增加,剪切屈曲强度逐渐增大;变截面波形钢腹板的剪切屈曲强度大于等截面波形钢腹板的抗剪强度,并且随着梁底与水平方向的夹角β的增大,变截面波形钢腹板剪切屈曲强度增加.所得结论可为变截面波形钢腹板的抗剪设计提供参考依据.     

基于变分理论的钢板夹心混凝土组合板界面剪力分析

利用变分理论,建立组合板界面剪力的计算微分方程,给出均布荷载下的界面剪力计算公式.计算结果表明,组合板最大界面剪力发生在跨中,并沿组合板跨度方向向端部呈非线性逐渐减小;组合板界面剪力随着连接刚度及外荷载的增加而增加,随着钢的面积分数的增加、混凝土强度等级的提高而减小;连接刚度与外荷载是影响组合板界面剪力的主要因素.     

不同连接程度GFRP-混凝土桥面板力学性能试验研究

提出了一种简便的改进GFRP-混凝土组合板连接程度并进一步改进组合板延性的方法,即通过砾石覆盖率来改变GFRP-混凝土界面的黏结强度,并利用界面黏结失效前后组合板连接机理的变化来改变组合板的弯曲刚度,进一步改变组合板的延性.通过5片足尺T形GFRP-混凝土组合板四点弯曲试验研究了不同连接程度下组合板受力性能的差异.试验中,重点关注了变形、板端滑移、应变分布、破坏模式等力学参量.试验结果表明,尽管无黏结T形GFRP板与混凝土的界面光滑,但GFRP板与混凝土间已表现出部分组合作用.砾石覆盖率的变化可以改变组合板的连接程度、破坏模式、极限荷载及其延性.合理的砾石覆盖率可以使组合板在板端出现滑移前具有很好的抗弯刚度,在出现板端滑移后仍具有较好的变形能力,并且不会显著降低组合板的极限荷载.最后,通过理论方法对组合板的开裂荷载和抗剪承载力进行了计算分析.研究结果表明,理论值与试验值吻合较好.     

预应力钢-混凝土组合连续箱梁交界面滑移理论分析

以3片钢-混凝组合连续箱梁的受弯试验为基础,结合弹性理论提出了一种钢-混凝土组合梁跨中相对滑移的计算方法.该方法考虑了组合梁交界面滑移刚度的影响.试验结果表明:预应力对钢-混凝土组合梁的相对滑移影响较大,且有效预应力越大,作用效果越明显;通过计算值与理论值的分析比较,验证了本试验理论计算的可靠性和精度.     

负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

畸变屈曲负弯矩区是钢-混凝土组合箱梁的最重要屈曲模式之一,而钢梁底板的转动及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲的关键因素.文中对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区钢梁底板的等效侧向及转动约束刚度进行了分析,结果表明钢梁底板侧向及转动约束刚度均与外荷载有耦合关系;基于钢梁底板侧向及转动约束刚度计算公式,利用弹性地基梁法推导了组合箱梁畸变屈曲临界应力计算公式,并进一步获得组合箱梁畸变屈曲临界弯矩;最后通过算例将该方法与ANSYS有限元法进行对比.算例分析表明:负弯矩作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载受构件长度影响较小;负弯矩作用下,转动约束刚度折减系数取0.5时,该方法屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果吻合良好.该方法利用了更为科学的钢梁底板侧向及转动约束刚度,考虑了负弯矩区底板和腹板的耦合失稳,计算方法物理意义更为明确,同时该计算方法较为简便,为变轴力作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载计算方法提供了理论基础.     

Winkler-Pasternak地基上四边受压FGM矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用广义Hamilton原理推导相应的控制微分方程并对方程进行无量纲化;采用微分变换法(DTM)计算不同边界条件下方程的前三阶无量纲固有频率和屈曲载荷,并将方程的求解退化为无地基功能梯度板和有地基普通材料板两种情形,将其DTM解与已有文献的解进行对比,结果一致,表明DTM的适用性和精确性;分析了边界条件、梯度指数、地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比等因素对FGM矩形板无量纲固有频率以及临界屈曲载荷的影响.结果表明:在几种边界条件下,边界约束越强,无量纲固有频率越大;地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比的增大也会导致无量纲固有频率增大;面内压载荷的增大会导致无量纲固有频率减小;长宽比越大,临界屈曲载荷越小;梯度指数越大临界屈曲载荷越小.     

直接法推导考虑滑移及剪切变形的组合梁单元

本文回顾了已有分析组合梁的杆系单元模型,采用直接法推导了考虑接合界面滑移及剪切变形的两节点8自由度组合梁单元.单元模型简单明确,可方便的用于组合梁设计中各种参数调整计算.同时,基于此种单元可进一步考虑混凝土板收缩、徐变、预应力效应及组合截面温差效应,有一定的实用价值     

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.     

复合材料变刚度薄圆环板的轴对称屈曲分析

假定正交各向异性薄圆环板的抗弯刚度沿径向按照任意函数形式连续变化,基于经典板壳理论推导出变刚度薄圆环板轴对称屈曲问题基本方程,并采用加权残值法计算了周边弹性约束时变刚度薄圆环板的临界屈曲值.与已有文献结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性.通过数值算例研究了弹性约束、刚度面内变化等对正交各向异性变刚度薄圆环板临界屈曲载荷的影响,研究结果可为复合材料变刚度薄圆环板的分析及优化设计提供参考.     

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。     

界面滑移、竖向掀起及剪切变形对钢-混凝土组合连续梁动力性能的影响

利用力的平衡原理及变形协调条件,在Euler梁和Timoshenko梁理论基础上,分别建立3种钢-混凝土组合梁动力学模型,通过推导相应动力学方程,编制计算分析程序,计算组合梁模型的弯曲振动频率、振型以及在各种动力荷载工况下的动力响应,并与ANSYS模拟结果进行比较分析,验证各种计算模型的合理性,讨论界面滑移、竖向掀起及剪切变形对组合连续梁振动特性和动力响应的影响程度.研究结果表明:考虑界面滑移和剪切变形影响时,组合梁自振频率明显降低,动力响应显著增大,而是否考虑竖向掀起对组合梁自振频率和动力响应均无明显影响;综合考虑3种因素影响的组合连续梁模型所得结果与ANSYS分析结果最符合,并能较好地模拟钢-混凝土组合连续梁的动力性能.