一种计算支座约束影响下连续组合梁徐变次内力的解析方法

为合理方便地计算支座约束影响下连续组合梁的徐变效应,预估组合梁长期力学性能,基于力法基本原理和混凝土徐变本构方程,分解了连续组合梁截面应力重分布和结构支座约束内力重分布的耦合关系,推导了连续组合梁在支座快速约束和缓慢约束两种情况下的徐变次内力解析公式,并通过理论和数值方法对算例进行分析.计算表明:徐变对支座沉降约束起有利作用,组合梁徐变次弯矩受截面内部应力重分布影响,受重分布系数控制,随组合梁截面混凝土与钢梁的刚度比变化,内部应力和外部内力相互影响,且与徐变系数和老化系数相关.采用该方法可较方便地计算连续组合梁在支座约束变化下的内力,公式推导建立在清晰的力学基础上,计算结果能较有效地反映组合梁力学特征,是对组合梁长期力学性能计算方法的一种有效补充.      

连续组合梁弯矩重分布特征及其随荷载的变化规律

为了对钢-混凝土连续组合梁进行受弯全过程描述,对3根两跨连续组合梁进行了静力加载试验,研究支座负弯矩区混凝土开裂后组合梁的内力重分布现象,结合试验现象分别确定连续组合梁正负弯矩区弯矩重分布系数随荷载的变化规律,并给出建议计算公式;在此基础上,考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,采用共轭梁法得到连续组合梁的荷载-挠度和荷载-转角曲线.研究结果表明,连续组合梁弯矩调幅系数随荷载的增加而增加,且在正负弯矩区表现出相同的规律,可以采用弯矩重分布系数的建议计算公式来反映连续组合梁弹性弯矩和混凝土开裂后实际弯矩之间的重分布关系.     

预应力钢与高强混凝土组合梁徐变效应分析

在长期荷载作用下,预应力钢与高强混凝土组合梁中的混凝土将产生徐变和收缩变形,从而导致带有柔性剪力连接件的组合梁中混凝土板和钢梁的应力发生重分布·采用按龄期调整有效模量与平均应力相结合的方法,利用预应力组合梁中混凝土板、钢梁及预应力钢索之间变形关系,分别建立了简支预应力组合梁的弹性分析和考虑混凝土徐变效应影响的黏弹性分析数学模型,研制了其数值计算模拟程序·通过计算示例,分析不同时间段内预应力组合梁内力变化、应变分布、弯曲变形及交接面相对滑移及其随时间的变化等·     

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.     

一种计算组合梁徐变和收缩效应的新方法

为准确方便计算钢-混凝土组合梁徐变和收缩效应,预估组合梁的长期力学性能,采用直接法推导了组合梁材料换算系数、徐变调整系数和收缩调整系数,获得组合梁时随应力公式,可根据材料力学中单一材料的力学公式计算组合梁截面应力.算例分析表明:采用直接法计算组合梁截面纤维应力结果与采用内力分配法计算的结果符合性很好.直接法适用性非常广,适用于正弯矩下的简支组合梁、框架组合梁和预应力组合梁等,根据不同的约束形式和荷载类型给定组合梁截面形心处的内力值,可计算相应的时随调整系数、截面应力和应变.该方法简单实用,是对组合梁长期力学计算方法的一种有效补充,可直接应用于工程实用计算.     

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.     

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验。借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对组合梁的端部约束并测量火灾下组合梁的实时约束力。通过观察试验现象以及测得的耐火时间、挠度变形和端部约束力等,分析部分嵌入式钢-混凝土组合梁在不同荷载水平下(荷载比0.3和0.5)的抗火性能。结果表明:荷载比为0.5的钢-混凝土组合梁在受火71 min时达到耐火极限,即跨中最大挠度值达到组合梁跨度的1/20;荷载比为0.3的钢-混凝土组合梁在受火77 min时因故停火,但根据其即时的变形值(147 mm)仅为破坏准则中变形极限要求的50%,可以推测该组合梁仍有抵抗火灾侵袭的较大潜力;根据组合梁的面内轴力全过程变化曲线,带有端部约束的钢-混凝土组合梁在发生较大变形时均出现了悬链线效应,对提高组合梁的抗火性能发挥了积极作用;荷载比越高,变形发展越大,悬链线机制产生的就越早;停火时,部分嵌入式组合梁均未发生明显的坍塌、钢梁整体失稳和混凝土被压碎等不利于承载的破坏机制,仅在距离支座不远处裸露钢梁的下翼缘(端部的受压区)出现局部屈曲。     

钢与混凝土连续组合梁的塑性性能

对于两跨及三跨的钢与混凝土连续组合梁,提出简化塑性理论,推导出集中荷载下梁负弯矩区极限抵抗矩及极限荷载的计算公式,给出连续组合梁调幅系数的确定方法,对比组合梁实测与与计算的负弯矩区极限抵抗矩、极限荷载及调幅系数,误差分别为7%,10%和20%·     

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗裂性能研究

为了研究充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弯曲性能,以及栓钉间距、配筋率对连续组合梁负弯矩区混凝土翼板抗裂性能、裂缝开展和宽度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁的静力加载试验;考虑翼板混凝土收缩应力的影响,推导出连续组合梁负弯矩区翼板开裂弯矩理论计算公式。试验结果表明,在较低荷载下连续组合梁翼板负弯矩区就会开裂,而发生明显的内力重分布;箍筋间距对裂缝间距有一定的影响,且剪力连接程度和配筋率对连续组合梁负弯矩区裂缝发展以及宽度的影响较明显,适当增加配筋率可以减小组合梁负弯矩区翼板最大裂缝宽度。通过求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,考虑收缩应力的影响能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算值与试验值进行比较,证明这种理论计算式是可行的。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。     

砖墙基础托换的钢梁-砖砌体Timoshenko组合梁模型分析

将钢夹梁和钢梁间的砖砌体等效为组合梁, 基于Timoshenko 弹性梁理论, 建立了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的控制方程, 给出了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的解析解. 在此基础上, 考虑砖砌体墙的拱效应, 研究了砖砌体墙的基础托换问题, 得到了不同型号工字钢夹梁的钢梁-砖砌体组合梁最大挠度和最大应力, 以及基础单段托换的最大长度. 研究结果表明: 钢梁-砖砌体组合梁挠度和应力随着工字钢型号编号的增加而减小, 但钢梁承担的荷载以及锚栓承担的压力不变. 同时, Timoshenko模型的组合梁挠度大于Euler模型的组合梁挠度, 但两种模型的应力及紧箍压力相同. 因此, Euler 组合梁模型可用于基础托换设计中的强度分析, 而刚度分析建议采用Timoshenko 组合梁模型.     

三跨变截面预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变效应

混凝土的收缩徐变效应是影响预应力混凝土连续梁桥受力的重要因素。混凝土收缩徐变效应研究是进行混凝土桥梁设计的前提。通过对影响混凝土收缩徐变效应的主要因素分析,揭示混凝土收缩徐变对桥梁变形和内力的影响规律。以某三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程依托,采用有限元仿真分析方法,将连续箱梁所处环境的相对湿度、混凝土加载龄期以及运营时间对混凝土收缩徐变效应的影响进行参数分析。研究认为:混凝土收缩和徐变所引起的连续梁的竖向位移及截面弯矩均随环境相对湿度的增大而减小;随着加载龄期的延长,混凝土收缩作用引起的连续梁竖向位移与截面弯矩总体呈增长趋势,而混凝土徐变作用引起的连续梁竖向位移与截面弯矩变化较小;运营时间对混凝土收缩作用引起的梁体竖向位移影响显著,而对截面弯矩无影响,运营时间对混凝土徐变作用引起的梁体竖向位移与截面弯矩均影响较大。文中研究结果对同类工程设计提供一定的参考价值。     

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。     

基于固端弯矩相等原则的等效荷载法

为提高工程结构力学分析的效率,提出了一种基于固端弯矩相等原则的计算方法。首先,基于固端弯矩相等的原则,研究在对称集中荷载和三角形分布荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法,并导出梁在非常规荷载作用下固端弯矩的实用计算公式。然后,将超静定单跨梁的荷载形式推广至更任意的集中荷载和分布荷载等情况,并探讨了任意多集中荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法和通用计算公式。最后,通过多跨连续梁和框架结构算例验证了所提方法具有较好的计算效果。算例结果表明,基于提出的等效荷载法可快速得到单跨超静定梁的固端弯矩,从而可高效准确地确定结构的真实内力分布。研究成果表明了利用等效荷载实现高效求解的可行性,它为力矩分配法及其它力学分析问题提供了一条高效便捷的思路。     

体外预应力钢—混凝土组合梁连续倒塌性能分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁在中柱失效情况下的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对10根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了转向块布置形式、混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、钢梁高度等参数对体外预应力组合梁连续倒塌性能的影响。研究结果表明,预应力有助于组合梁内悬链线效应的形成和发展;跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;在采用静力方法分析体外预应力组合梁的连续倒塌性能时,倒塌荷载的动力增大系数(DIF)可在1.24~1.32取值。     

钢骨混凝土梁徐变效应分析

研究了徐变效应对钢骨混凝土梁受力性能的影响.给出徐变函数数学模型,应用黏弹性理论,建立钢骨混凝土梁徐变效应分析模型,研制钢骨混凝土梁徐变效应分析计算程序,研究了钢骨混凝土简支梁在徐变效应影响下的承载能力、应变变化、变形性能及交接面滑移等性能.计算结果表明,沿梁长范围内,跨中截面处的弯矩、应变和变形最大,滑移最小;在荷载作用后的初始阶段,跨中弯矩、应变、变形和滑移均有明显变化,之后各参数值随着时间的增长趋于一定值.     

基于ABAQUS考虑钢筋影响的 混凝土构件收缩徐变分析

基于CEB-FIP(2010)模型采用MATLAB拟合徐变曲线,通过ABAQUS分析软件二次开发了收缩徐变计算程序。在参数验证的基础上,模拟计算了素混凝土及钢筋混凝土柱、单层三跨框架梁在不同参数影响下考虑徐变和收缩影响的竖向变形,提出了考虑钢筋影响的变形折减系数并分析了其影响参数,拟合了不同影响因素下柱的折减系数公式。结果表明:柱的尺寸、混凝土强度与折减系数为二次曲线关系,湿度、配筋率与折减系数为线性关系,轴压比对折减系数影响不大;梁的截面高度、混凝土强度、配筋率与折减系数为二次曲线关系,湿度与折减系数呈线性关系,梁上线荷载大小对折减系数影响不大;折减系数公式能很好地考虑钢筋对混凝土收缩徐变的影响。     

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.     

预应力连续钢-混组合梁抗火性能

为研究预应力连续钢-混组合梁在火灾高温下的耐火性能,以通用有限元程序ABAQUS为平台,提出了模拟预应力连续钢-混组合梁火灾高温下非线性全过程受力行为的有限元模型。通过分析组合梁跨中挠度、拉索张力以及跨中与中间支座处弯矩随温度变化的规律,研究了荷载比、预应力比、拉索相对截面面积、跨高比4个参数对预应力连续钢-混组合梁抗火性能的影响。结果表明:荷载比对预应力连续钢-混组合梁的抗火性能有负面影响,荷载比越大,升温初期阶段拉索张力随温度升高而降低的速率越慢,且临界温度越低,达到临界状态时的挠度也越小,预应力比的影响主要在火灾升温的初始阶段,在这一阶段,预应力比越大,挠度增长越慢;随着温度进一步升高,不同预应力比条件下挠度-温度曲线接近重合;具有不同拉索截面面积的预应力连续组合梁,其跨中弯矩随着温度升高先降低,在150℃时达到最低值,之后随着温度升高弯矩不断增大;中间支座处负弯矩升温初期先增大,达到峰值后,随温度升高而逐渐降低;临界状态下预应力连续钢-混组合梁中间支座弯矩逐渐减小;具有不同跨高比的预应力连续钢-混组合梁,在荷载比相同时,其临界温度相差较小,挠度值接近;对于跨高比大于10的预应力连续钢-混组合梁,可以忽略跨高比对其抗火性能的影响。