高铁站房型钢混凝土梁疲劳性能试验研究

鉴于型钢混凝土(SRC)梁在高铁站房应用的需要,对3根尺度和构造细节与实际工程一致的H型钢混凝土梁进行了基于设计荷载的静力试验和200万次的疲劳试验.在此基础上,继续进行了增大荷载幅的疲劳试验.介绍了SRC梁试件、加载和测试等方案以及试验结果,比较了静力加载和疲劳加载阶段的结构性能,阐述了SRC梁疲劳裂纹萌生和扩展的破坏特点.研究表明:在设计荷载静力作用和200万次循环作用下,SRC梁保持完好,处在弹性阶段,混凝土表面最大裂缝宽度不超过0.2 mm;增大荷载幅之后,这些SRC梁又经历了31～146万次寿命后发生疲劳破坏;疲劳破坏之前,SRC梁各组件协同工作良好,应变分布符合平截面假定;疲劳破坏起源于H型钢受拉翼缘与腹板的焊接部位,焊接H型钢梁的疲劳性能对整个SRC梁的疲劳强度起着十分关键的作用.最后提出了改善SRC梁疲劳强度的建议和未来需进一步研究的工作.     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

跨中集中荷载作用的简支梁受拉翼缘受均布侧向约束的整体稳定修正

运用编制的有限元程序,对跨中集中荷载作用下等截面焊接工字形和轧制H型钢简支梁受拉翼缘,受到连续侧向刚性约束的情况进行模拟计算分析,绘出稳定承载力提高系数ξ与扭转参数K的拟合公式曲线,进而得出了ξ-K曲线拟合公式,以此对该情况下梁的整体稳定系数φb进行修正.     

钢-混凝土组合梁的非线性杆系有限元分析

根据截面应符合平截面假定等基本假设提出了预应力钢-混凝土简支组合梁全过程工作中钢梁下翼缘应力达到0.2fsy、钢梁下翼缘初始屈服、钢梁腹板下翼缘0.3hw高度处屈服及构件正截面破坏这4个特征状态的弯矩、曲率计算公式.基于这些特征点,运用最小二乘法分析得到组合梁截面弯矩-曲率关系的解析表达式.此外,利用该解析表达式建立了组合梁的有限元分析模型,推导了组合梁的单元刚度矩阵,编制了相应的非线性全过程分析程序.该方法考虑了混凝土压碎、钢梁材料硬化对结构性能的影响,计算简单,易于在计算机上实现,计算结果与实测结果较吻合.     

跨中集中荷载作用的简支梁受拉翼缘受均布侧向约束的

摘要：本文运用编制的有限元程序对跨中集中荷载作用下等截面焊接工字形和轧制H型钢简支梁受拉翼缘受到连续侧向刚性约束的情况进行计算模拟分析,绘出稳定承载力提高系数ξ与扭转参数K的拟合公式曲线,进而得出了ξ—K曲线拟合公式,以此对该情况下梁的整体稳定系数 进行修正。     

部分预应力CFRP筋混凝土梁疲劳设计研究

基于ANSYS的二次开发技术实现了部分预应力碳纤维塑料(Carbon Fiber-reinforced Polymer/Plastic,简称CFRP)筋混凝土梁的疲劳全过程分析方法.在本课题组完成的4根梁的300万次疲劳试验的基础上,完成了13根梁试件的疲劳有限元参数分析,研究了混凝土强度、预应力度以及非预应力筋应力幅等参数对部分预应力CFRP筋混凝土梁疲劳性能的影响.基于试验研究以及有限元参数分析结果,提出了部分预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳设计建议.     

基于钢束应力测试的预应力混凝土箱梁承载力评估方法

为了解决在役开裂损伤预应力混凝土箱梁桥安全性能的量化评估问题,在局部预应力钢束有效预应力测试的基础上,开展开裂损伤预应力混凝土箱梁桥承载力评估方法研究。首先,基于参数识别与修正思想,将预应力瞬时损失中的摩阻损失和反摩阻损失值用摩阻损失相关参数表示,提出一种基于表层钢束应力推定内层钢束应力的方法,解决预应力混凝土桥梁钢束沿程实际应力分布的量化表达问题。其次,考虑截面受拉区混凝土抗拉强度影响,推导考虑受拉区混凝土开裂影响的截面分析迭代公式,提出迭代求解方法和步骤。最后,开展3片实梁足尺模型试验,采用预应力钢索张力测试仪对开裂损伤的试验梁跨中截面表层钢束进行了应力测试,并将提出的方法应用于钢束有效应力预测,得到了跨中截面所有钢束的应力推定值。进行了桥梁极限承载力试验,得到全过程加载下的结构受力与变形实测值及破坏模式,并将理论算法与试验测试结果进行对比分析。研究结果表明:各级荷载下的试验梁应变理论计算值与试验测试值具有较好的一致性,提出的钢束应力预测方法和截面分析方法能准确反映开裂损伤预应力混凝土箱梁的力学特征,可用于开裂损伤的预应力混凝土箱梁桥运营期间承载能力的量化评估。     

梁柱刚性连接中柱翼缘补强计算

钢结构的框架和门式刚架节点设计中,梁与柱强轴方向的刚性连接节点常采用端板式高强螺栓连接。在H型钢普遍应用于框架柱时,当根据螺栓所承受的拉力计算出的梁端板厚度比与其连接的柱翼缘部分的厚度大时,且无法更改柱截面的情况下,柱翼缘部分的补强设计无据可依。文章建立了柱翼缘补强的分析模型,推导出补强板厚度的计算公式,并以实际工程节点算例证明公式的可行性。     

基于热点应力的波形钢腹板梁疲劳分析

现行桥梁设计规范没有对波形钢腹板梁的疲劳设计进行规定.为了研究这类结构的疲劳评估和设计方法,对7根波形钢腹板试验模型梁进行了等幅疲劳荷载试验,获得了结构的疲劳试验数据;应用有限元子模型法,结合IIW规程推荐的应力线性外推法,计算了模型梁的热点应力集中系数,基于热点应力法评价了本文试验及其它两个试验中波形钢腹板梁的疲劳性能,结果表明:热点应力法能较好地应用于波形钢腹板疲劳评估中,FAT值建议采用100MPa.波形钢腹板梁有限元参数分析表明:最大热点应力及其集中系数受钢翼缘板厚度和腹板波折角度影响较大,随板厚增大而减小,随波折角度增大而增大;受腹板转角半径影响较小,随转角半径增大而减小.     

H形截面钢构件绕弱轴抗弯承载力

对H形截面钢构件绕弱轴弯曲的性能进行研究,考虑了抗弯承载力与板件宽厚比之间的关系.基于经实验校准的非线性有限元模型,模拟了不同翼缘和腹板宽厚比组配的H形截面钢构件绕弱轴弯曲的全过程,并对破坏模式进行了机理分析.研究发现,对于工程中常用的H形截面钢构件,极限前性能主要由翼缘宽厚比决定;极限后翼缘和腹板之间存在显著的相关作用.最后,给出了绕弱轴弯曲时可达到塑性抗弯能力的H形截面钢构件宽厚比上限值,并提出了有效塑性宽度计算法计算H形截面钢构件绕弱轴弯曲的极限抗弯承载力.