巨型钢管混凝土柱共同工作性能数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的共同工作性能,针对本文提出的节点内直接设置分配梁的构造,本文采用ABAQUS软件对三种不同构造措施的四个超大截面矩形钢管混凝土柱1:5缩尺模型的轴压试件进行了非线性有限元分析。结果表明,有限元分析得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验吻合良好,验证了有限元模型的有效性。在此基础上,通过有限元分析考察了分配梁刚度和管壁宽厚比对仅设置分配梁和分配梁加环板两种构造的超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能的影响。分析表明：管壁宽厚比对超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能影响较小;增大分配梁的刚度,可以较大地改善钢-混凝土的共同工作性能。     

单箱双室钢底板波形钢腹板组合箱梁扭转性能分析

为研究单箱双室新型钢底板波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,基于乌曼斯基第二理论推导了箱梁的扭转微分方程和应力公式,结合纯扭转试验和有限元模型,检验理论公式的正确性.分析不同因素对箱梁扭转性能的影响,对比新型梁与传统混凝土底板梁的性能变化.结果 表明,同一测点理论值、有限元值与实测值吻合较好,差值大多在30％以内,整体变化规律一致.横隔板和加劲肋的一般布置方式对新型梁的有效抗扭刚度影响较小;当高宽比达到0.4时,截面正应力会产生明显变化.相对于传统梁,新型梁抗扭刚度减小8.58％,截面约束系数减小58.44％;相同扭矩下,新型梁跨中扭转角增大13.6％,最大扭转双力矩减小69.66％,2种箱梁正应力区别明显,剪应力相差较小.     

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理. 结果表明：承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡. 相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.     

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算方法

通过静力试验,对单箱双室波形钢腹板缩尺试验梁的桥面板横向受力特点和箱梁框架变形进行分析.结合试验结果和波形钢腹板箱梁的力学特点,提出了一种刚架模型,并将波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算结果与传统箱梁框架模型和公路桥规中的简支板与连续板模型的横向内力计算结果进行对比.结果表明:刚架模型和箱梁框架模型的计算结果与试验值较为吻合,误差均在10%以内;简支板与连续板模型的计算结果则较为保守,与试验值的误差在20%左右;与箱梁框架模型相比,刚架模型比较简单,并且考虑了波形钢腹板线刚度与混凝土桥面板线刚度比值对混凝土桥面板横向内力的影响.     

不同组合形式下NC-UHPC组合箱梁承载能力分析

为推进超高性能混凝土(UHPC)在我国桥梁工程建设中的应用和发展,根据混凝土箱梁的组成和受力特点,提出了3种不同的NC-UHPC组合箱梁截面形式,并建立了用于混凝土箱梁空间力学分析的有限元模型。通过与解析解的对比,对模型的可靠性进行了验证。利用有限元模型对3种不同截面组合形式下桥梁结构的承载能力和变形能力进行了分析。结果表明,将箱梁的底板、顶板、腹板分别用UHPC材料代替的情况下,箱梁跨中截面顶板最大应力分别为全普通混凝土截面梁的0.97倍、1.06倍、0.98倍,箱梁跨中截面底板最大应力分别为全普通混凝土截面梁的1.05倍、0.98倍、0.97倍,箱梁跨中挠度分别为全普通混凝土截面梁的0.84倍、0.91倍、0.97倍。与全普通混凝土截面梁计算结果相比,将UHPC材料用于箱梁的底板时,桥梁跨中挠度的变化幅值最大,截面利用率最高。研究结果可为UHPC材料在箱梁结构中的应用提供一定的理论依据。     

轴向变刚度矩形截面梁的弹性及弹塑性弯曲?

假定矩形截面梁的材料为非均匀的各向同性的理想弹塑性材料, 其弹性模量、屈服强度以及梁的高度均是梁轴向坐标的函数, 忽略剪切对变形及屈服的影响, 在小变形前提下研究轴向变刚度梁的弹性及弹塑性弯曲问题. 导出了截面高度及材料的弹性模量沿梁长度方向按照特殊函数变化时梁弹性及弹塑性变形的解析解. 采用微分求积法实现了抗弯刚度任意变化时变刚度梁的弹性及弹塑性分析. 通过数值算例分析了抗弯刚度的轴向变化对梁弹性及弹塑性性能的影响.     

节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能

为了研究节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的力学性能,在考虑施工工艺和配束比影响的前提下,设计制作了3根缩尺模型试验梁进行受力性能试验研究.对比和分析了整体浇筑波形钢腹板PC组合梁和节段预制波形钢腹板PC组合梁力学性能的异同,提出了节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式.结果表明:混凝土开裂后,节段预制梁刚度退化明显大于整浇梁,全体外配束节段预制梁刚度下降最为显著;节段预制梁钢腹板抗弯贡献明显大于整浇梁,接缝处截面尤为明显;相比于整浇梁,节段预制梁体外应力筋的应力增量较大,且增长速度快;与整体梁抗弯承载力计算公式相比,提出的节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式的计算值与试验结果吻合更好.     

矩形截面梁与T形截面梁造价分析

矩形梁和T形梁在实际工程中应用较为广泛,矩形梁刚度大,整体性好;T形梁是通过矩形梁改造,目的是为了减少混凝土,减轻自重,但为了满足承载力和构造要求,T形梁的钢筋较矩形梁有所增加。本文从造价方面将二者进行比较,找到二者价格相等时的钢筋价格与混凝土价格的比值K,各个地区可以根据当地钢筋与混凝土价格的比值与K值进行比较,进而选择更合适的截面形式。     

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明：部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应;车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测;桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%;随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%;随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大;桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。     

截面配筋对混凝土框架结构刚度的影响

截面配筋对混凝土构件的轴向和抗弯刚度有提高作用,然而一般混凝土框架结构的内力分析未考虑钢筋的影响,从而低估了结构刚度。基于平截面等假设分析了截面配筋对混凝土构件轴向和抗弯刚度影响原理以及配筋率、混凝土强度等级与轴向、抗弯刚度的关系。再基于纤维梁单元模型,用ANSYS有限元软件对比分析了混凝土框架结构中未考虑钢筋作用、不同配筋率、不同混凝土强度等级的框架结构自振频率,得出以下结果:(1)截面配筋率对抗弯刚度影响大于对轴向刚度影响;(2)截面配筋对以平动为主振型的频率影响大于对以扭转为主振型的频率影响;(3)配筋率越大、混凝土强度等级越低,配筋率对结构刚度影响越敏感。     

钢筋混凝土构件模型的配筋率及保护层厚度研究

运用相似性原理,对钢筋混凝土轴心受压、大偏心受压柱以及钢筋混凝土梁的强度相似条件进行推导,确定了模型试验中模型构件配筋率及混凝土保护层厚度的理论取值,并采用误差分析方法分析了模型混凝土保护层厚度取值对承载力相似性的影响.分析表明,在进行钢筋混凝土构件模型试验时,宜采用与原型相同的配筋率.对于轴心受压柱,模型保护层厚度不产生误差;对于钢筋混凝土梁,模型保护层厚度取原型保护层厚度除以0.5倍比例系数,此时误差可以控制在10%;对于大偏压柱,建议保护层厚度取原型保护层厚度除比例系数.     

一种新的钢筋混凝土矩形梁截面高度设计方法

提出了钢筋混凝土矩形梁截面设计的一种新的实用计算方法，该方法首先确定梁的挠度计算值，然后按长期刚度，短期刚度，受拉钢筋应变不均匀系数，按荷载短期效应组合计算的纵向钢筋应力值的反推，最终计算出梁的截面高度。     

在役预应力混凝土箱梁开裂后承载力评估

针对目前大量存在的在役预应力混凝土箱梁桥跨中下挠和开裂的现象,基于主要受力裂缝的外观统计特征,通过构造两类损伤单元,即正裂缝区损伤单元和斜裂缝区损伤单元,采用刚度折减和引入平面刚架模型的方法,建立了基于裂缝统计特征参数的损伤预应力混凝土箱梁计算模型,提出了基于截面刚度变化的预应力混凝土箱梁桥截面有效刚度折减系数和基于混凝土受压区应力变化程度的承载力折减系数,从而实现了对在役预应力混凝土结构开裂损伤后,在其使用过程中的受力性能评价.     

纤维复合材料约束混凝土柱的统一强度模型

为了更好地研究纤维复合材料(FRP)约束混凝土柱的力学性能,以约束效应系数为主要参数,考虑混凝土截面的形状系数、FRP管中含纤维复合材料的比率和约束效应折减系数对FRP约束混凝土柱极限抗压强度的影响,建立了FRP约束混凝土柱的统一强度模型。研究结果表明:FRP约束混凝土柱的极限抗压强度主要与约束效应系数、非约束混凝土的抗压强度、混凝土截面的形状系数以及FRP材料类型有关;该模型可用于FRP约束混凝土圆柱、FRP约束矩形混凝土柱和FRP约束椭圆形混凝土柱的极限抗压强度的计算,模型计算值与试验值吻合较好。     

钢筋混凝土矩形柱截面曲率延性系数概率分析

把钢筋混凝土柱的设计参数,如轴向力,箍筋配筋率,材料强度和截面几何尺寸看做随机变量,采用Monte-Carlo随机模拟法,分析了受矩形箍筋约束的矩形截面柱曲率延性系数的概率特性,近似得出曲率延性系数的概率分布函数的特征值,分析了轴向力,体积配箍率,混凝土强度等对截面曲率延性系数概率特征的影响。     

橡胶集料钢筋混凝土梁截面的延性

橡胶集料混凝土作为一种新型混凝土材料,具有弹性模量低、抗裂性能好、变形大、能量耗散多的优点。以普通混凝土本构关系理论为基础,以现有的研究成果为依据,对这种新型混凝土梁的截面曲率延性系数进行了推导,分析了其毒要的影响因素。并计算出了各参数不同取值下的截面曲率延性系数值。     

配筋率对钢箱-砼组合梁受力性能影响

为研究配筋率对部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩下承载能力的影响,开展了3根不同配筋率的试验梁在两点对称反向加载方式下的受力性能试验;试验梁总长4.4 m,总高度0.42 m,其中钢箱截面宽0.12 m、高0.3 m,由隔板分为上下两室,下室充填混凝土,翼板厚0.12 m、宽1.0 m,配筋率为1%、2%和3%,钢箱梁与翼板采用焊接栓钉连接;试验得到了试验梁荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线、破坏形态等结果。基于弹性理论用换算截面法分析了试验梁开裂后截面刚度的变化,以及配筋率对承载能力的影响。试验和分析结果表明,翼板配筋率对试验梁开裂弯矩影响不大;配筋率小于2.25%时,因翼板钢筋屈服而达到弹性极限状态,屈服弯矩由钢筋屈服强度控制,大于2.25%时,因钢箱底板屈服而达到弹性极限状态,屈服弯矩由底板钢材屈服强度控制;引入翼板受拉程度系数计算开裂后截面刚度更为合理。     

轴向拉力对薄壁梁的侧向屈曲临界载荷值的影响

分析了几种特殊约束下，薄壁梁出现侧向屈曲的临界载荷受轴向拉力的影响，推导出含有轴向拉力的变系数线性齐次微分方程．采用了逐次逼近法解出狭长矩形截面梁的侧向屈曲临界载荷值，并与弹性稳定理论中的同类问题作了比较得出了轴向拉力的影响使得梁的侧向屈曲临界载荷值有较明显提高的结论．     

预应力混凝土箱梁桥偏载系数的 数值分析与试验

基于薄壁箱梁约束扭转的广义位移概念、板梁框架法原理,以约束扭转微分方程、畸变微分方程齐次解为单元插值函数,运用能量变分原理,以递推矩阵法推导箱梁约束扭转单元、箱梁畸变单元刚度矩阵,考虑了悬臂板、箱梁顶板变厚度的影响.用Fortran语言编写了箱梁弯曲、约束扭转与畸变单元的计算程序.基于原型桥制造了1∶4大比例的预应力混凝土连续箱梁模型,开展了偏心荷载作用下的受力特性试验研究.试验实测偏载系数与程序计算结果一致,同时计算了5座预应力混凝土箱梁桥的偏载系数.试验研究和数值分析表明:目前设计工程师所使用剪应力偏载系数严重偏小,在设计阶段留下腹板主拉应力超限甚至开裂的隐患.     

矩形和T形截面素混凝土梁的开裂扭矩——钢筋混凝土构件抗扭性能的试验研究(二)(英文)

本文探讨矩形和T形截面素混凝土梁受纯扭时,混凝土立方强度f_(cu)和开裂扭矩Tcr之间关系。并提出相应的计算开裂扭矩的公式。通过试验研究表明:在纯扭时,强度较低的素混凝土梁比强度较高的梁具有较好的塑性。 根据塑性理论,开裂扭矩系数为k=Tcr/f_tW_T。T形截面梁的k值比矩形截面梁高。在梁腹宽度b,梁高h和翼缘宽度b_f′相同条件下,T形截面的k值随着翼缘高度h_f′的减少而增加。矩形梁的开裂扭矩Tcr=1.1(1-f_(cu)/1370)f_tW_T; T形梁的Tcr=1.2(1-f_(cu)/1490)f_tW_T。其中f_t为混凝土的抗拉强度,W_T为截面抗扭塑性抵抗矩。