基于能量法的U型钢与混凝土组合梁变形计算分析

针对外荷载作用下,U型钢与混凝土板界面产生的相对滑移,引起内力重分布,降低组合梁承载力,增加组合梁变形等问题,运用能量法对U型钢与混凝土组合梁的变形进行了分析.在能量变分原理的基础上,建立了考虑界面相对滑移影响的组合梁的变形计算微分方程,给出不同作用荷载工况下的变形计算公式,并对其进行了算例分析,讨论了连接刚度和U型钢钢板厚度对组合梁变形的影响.计算结果表明,组合梁的变形沿梁长呈非线性分布,随着连接刚度增加而减小,随着钢板厚度的增加而减小.     

组合梁钢与混凝土界面连接效应的精细化计算

为定量了解组合梁桥中钢与混凝土界面上各种连接效应的作用,提出一种能够考虑钢与混凝土界面上包括连接件效应、黏结效应和摩擦效应的计算分析方法,通过试验验证该方法是可行的.利用该方法计算分析了组合梁中不同连接效应对组合梁应力及钢与混凝土界面滑移的影响,也研究了考虑钢与混凝土界面黏结效应与否对组合梁各部分构件受力的影响,得知钢与混凝土界面黏结效应对组合梁中钢梁和混凝土的受力影响较少,但对连接件剪力影响较大,在不同荷载作用下剪力降低最大可达到25%.     

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.     

钢-混凝土连续组合梁界面滑移效应研究

滑移效应是组合梁的研究和应用中必须重视的问题。考虑组合梁各部分的材料特性和交界面的滑移效应,运用ANSYS 12.0模拟建立了适合于钢-混凝土组合梁非线性分析的有限元模型。分析了钢-混凝土连续组合梁荷载-滑移曲线的变化规律及组合梁的变形情况,并且在此基础上研究了剪力连接度对界面滑移及挠度的影响。计算结果表明,剪力连接度对界面滑移及挠度均有一定影响,当剪力连接度大于0.5时,剪力连接度对界面滑移及挠度的影响可以忽略。     

外包花纹钢-混凝土组合梁滑移性能分析

针对钢-混凝土组合梁抗滑移性能的不足,文章提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,利用外包钢梁的凸起花纹来增强钢梁与混凝土的共同作用;为研究抗滑移连接度对外包花纹钢-混凝土组合梁抗滑移性能的影响,共设计6根足尺简支组合梁;对试验所得的荷载-跨中挠度曲线、荷载-端部滑移曲线和滑移沿梁长分布曲线进行了研究分析,建立了外包花纹钢-混凝土组合梁的滑移简化计算模型,推导出滑移微分方程,求解了在不同荷载方式作用下的滑移理论计算公式;考虑到滑移效应引起的附加挠度,提出组合梁在滑移影响下的跨中挠度理论计算公式;将试验测得的数据与理论计算结果进行比较,两者吻合较好。     

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.     

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.     

钢—混凝土组合梁动力特性试验研究

为了研究钢—混凝土组合梁基本动力特性及强迫振动下的动力响应,以剪力连接度为参数,设计了3片钢—混凝土组合箱梁,分别进行了自振特性试验和不同静载分量、加载幅值及频率的简谐荷载下的动力响应试验,得到了试验梁自振频率和振型、跨中动挠度、跨中加速度以及结合面滑移随剪力连接度的变化规律。试验结果表明:组合梁一阶竖弯和一阶扭转振动频率、结合面的滑移均值和幅值、跨中加速度以及跨中动挠度均随剪力连接度的降低而增大,说明组合梁抗弯和抗扭刚度均与剪力连接度直接相关;组合梁跨中动挠度和结合面滑移均值主要受静态荷载分量影响,滑移幅值主要受加载幅值影响,而跨中加速度则受荷载频率和荷载幅值的影响较大。     

钢-混凝土组合梁恢复力模型的研究

为了研究钢—混凝土组合结构体系的抗震性能,对钢—混凝土组合梁在低周反复荷载作用下的性能进行了试验研究。在试验研究的基础上,考虑了剪力连接程度的影响,建立了钢—混凝土组合梁的恢复力模型,并编制了相应的计算程序。计算结果与实测值吻合良好,建议的模型对钢—混凝土组合梁的抗震设计具有较好的参考价值。     

多尺度建模方法在波形钢腹板组合箱梁力学分析中的应用

为了研究多尺度建模方法在波形钢腹板组合箱梁力学分析中的适用性,分析了位移协调界面连接方法在有限元建模中的实用性;以一总跨径为6 m的波形钢腹板组合箱梁试验模型为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立了试验梁的实体模型、杆系模型以及多尺度模型,对其分别进行了静力及动力特性分析.研究表明:对于组合梁的静力分析,在均布荷载作用下,梁体跨中挠度的多尺度模型分析结果与试验值吻合较好;对于组合梁的模态分析,组合梁的自振频率试验测试值与多尺度模型的计算值相差较小,且与实体模型的分析结果基本一致;多尺度建模方法在波形钢腹板组合箱梁力学分析中具有较好的适用性.     

CFS/GFS混杂加固RC梁界面应力的参数化分析

采用非线性有限元方法对混凝土梁FRP粘胶层的界面力学性能进行参数化研究,并将所得的界面应力与解析解对比,吻合较好.在此基础上建立了CFS/GFS混杂加固梁界面有限元模型,并将其与双层CFS加固梁进行数值对比研究,结果表明:混杂加固可以有效地控制纤维布末端的界面剪应力,并且界面正应力也有所降低,这种加固方式具有优良的界面混杂效应.文中还就荷载、胶层弹性模量、胶层厚度、纤维布宽度对界面力学性能的影响进行了对比分析,计算结果表明:随着荷载与胶层弹性模量的增加以及胶层厚度的减小,端部界面应力成比例增加,而纤维布宽度在一定范围内变化时,端部应力基本上没有变化.     

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.     

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.     

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.     

大挑臂结合梁节段模型剪拔试验研究

简要介绍了大悬臂钢－混凝土结合梁节段模型剪拔试验概况，测出了剪力钉上拔力的大小与分布规律，得出了剪拔复合受力情况下剪力钉受力行为，指出了防止钢梁与混凝土板剥离的途径，为大悬臂结合梁结构的设计提供了依据。     

不同温度时橡胶-纤维复合材料帘线拔出有限元模拟

采用大变形、非线性有限元分析方法,以单根纤维帘线的大位移(0~2.5 mm)拔出为例,对橡胶-纤维复合材料不同温度下的界面力学性能进行了数值分析,得到了相应的应力场分布和拔出载荷的变化.模拟结果表明,在纤维拔出时,橡胶-纤维复合材料界面的端部出现剪应力集中,并随着温度变化而变化.拔出载荷与试验结果对比,在中、低温度区域内,具有较好的一致性.     

纤维增强聚合物加固带裂缝圆截面木梁的弯曲

对具有纵向贯穿裂缝圆截面木梁全贴纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer, FRP) 布的弯曲加固效果进行了研究. 在组合梁小挠度变形的假定下, 建立了全贴FRP 布加固带纵向贯穿裂缝圆截面木梁弯曲变形的控制方程, 研究了自由端集中载荷作用下FRP 布加固圆木梁的弯曲行为, 并得到了问题的解析解, 分析了FRP 布模量和厚度、梁长细比以及裂缝宽度等因素对FRP 布加固木梁弯曲变形的影响. 数值结果表明, FRP 布加固木梁自由端挠度随FRP 布厚度、弹性模量和剪切模量的增加而减少, 且当FRP 布厚度和弹性模量增加到一定值时, 继续增加其厚度和弹性模量对圆木梁的加固作用已不明显; FRP 布的剪切模量对短粗木梁挠度的影响较大, 且当剪切模量较大时, FRP 布加固可完全消除裂缝因素的影响.     

整桥-温度-重载耦合作用下钢桥面黏结层力学分析

建立了整桥鱼脊骨模型和基于复合材料层合板单元的铺装层体系计算模型.首先分析了整桥应力场及局部梁段的温度场对防水黏结层的作用效应以及最不利工况,然后得到黏结层在重载、整桥应力场及日照温度场耦合作用下的最不利层间剪应力.计算结果表明:整桥应力场作用时,黏结层在受扭梁段受层间横向剪应力为主,而在受弯及受拉梁段受层间纵向剪应力为主;当日照温度场作用时,受层间横向剪应力较大;重载作用下,黏结层层间横向剪应力明显大于纵向剪应力,且与荷载集度呈线性关系.在整桥-温度-重载多场耦合作用下,分析得到黏结层的最不利受力状态,并基于贡献率的概念,分析了整桥应力场、日照温度场及车辆荷载各自对黏结层层间剪应力的贡献情况.车辆荷载作用对黏结层层间横向剪应力的贡献率仅为80.1%,对黏结层层间纵向剪应力贡献率为89.3%.     

FRP加固混凝土梁中弯曲和弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏试验

采用同样尺寸的钢梁和混凝土梁,通过中间绞结和底面粘贴FRP布而形成的组合梁,对其进行抗弯试验来研究钢筋混凝土梁弯曲或弯剪裂缝所导致的FRP剥离破坏.试验共设计了7组21根组合梁,通过2个对称的集中荷载进行抗弯试验,重点研究了组合梁破坏过程和形态、FRP布在加载过程中应变分布的规律、不同的裂缝开展程度对组合梁初裂荷载和极限承载能力的影响以及混凝土强度对FRP与混凝土粘结强度的影响.试验结果表明:组合梁的初裂荷载与FRP的长度没有关系,主要取决于裂缝的竖向位移;裂缝的竖向位移和FRP的长度对梁的极限荷载具有较大的影响,特别是在FRP锚固长度较小的情况下.针对梁中弯曲及弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏进行了深入的试验研究,为工程结构加固提供了一定的参考依据.     

混合梁斜拉桥钢混结合段试验与传力机理研究

武汉二七长江大桥为三塔混合梁斜拉桥,为验证其主梁钢混结合段构造的合理性,设计并制作了几何缩尺比为1∶3的主梁钢混结合段试验模型.对模型进行了试验研究,分别考察了在正常使用荷载作用下、设计极限荷载作用下及1.7倍设计极限荷载作用下钢混结合段钢构件与混凝土构件的应力分布情况及钢混结合段的承载性能,基于对钢混结合段钢板与混凝土之间2种不同连接方式的假设,分别建立了相应的有限元计算模型,研究2种不同的传力机理.模型试验和有限元计算分析表明：武汉二七长江大桥主梁钢混结合段的承载能力满足设计要求,剪力钉的剪切刚度对钢混结合段的受力与传力影响较大.