装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法研究

为了研究课题组提出的装配式钢桁-混凝土组合梁（PSTC）负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法：将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,同时考虑钢与混凝土之间的滑移。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力,根据简化计算结果,在20吨和47吨荷载作用下,梁的挠度为3.96mm和8.31mm,相比试验测试值4.03mm和8.39mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。     

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明：优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用...     

全装配式钢桁-混凝土组合梁剪力件焊缝疲劳分析

为了研究全装配式钢桁-混凝土组合梁桥剪力连接件焊缝疲劳问题,基于全装配式钢桁-混凝土组合梁传力机制,提出了全装配式钢桁-混凝土组合梁非连续传力模型理论,利用该理论计算得到了组合梁界面滑移值和剪力值,并进一步得出组合梁在荷载上限的焊缝剪应力幅值,以此来评价焊缝的疲劳性能.通过设计一实桥缩尺负弯矩区段模型进行疲劳试验,观察...     

钢-混凝土组合梁变形计算的有限元分析

介绍了钢-混凝土组合梁变形计算的一种新方法一有限单元法,同时简要说明了已有的几种变形计算方法,并将各种方法的计算结果与试验结果进行了对比分析.     

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁受弯性能试验与承载能力分析

提出一种由两个预制模块组成的模块化装配式双拼预制槽钢混凝土组合梁,设计以不同宽跨比、抗剪连接件间距、槽钢型号为研究参数的7根组合梁,并对其进行静力受弯试验。研究各试件的破坏模式、跨中平面外分离、承载能力及应变分布等,分析组合梁受力机理及各参数对抗弯承载力的影响规律。基于简化塑性理论,提出该组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：2块预制模块应变协调发展,表现出良好的整体协同工作性能;组合梁最终均发生弯曲破坏;当宽跨比从0.15增加至0.20、0.25和0.30时,抗弯极限承载力分别提升7.9%、14.2%和18.8%;当抗剪连接件间距由250 mm增加至750 mm时,极限抗弯承载力降低1.8%;槽钢型号对组合梁承载力有明显影响;当型号由32b增大至40b时,试件DDCB-40-1、DCCB-40-2的极限抗弯承载力相较于试件DCCB-32-3分别提升100.34%和95.65%,且开裂荷载大幅提升。采用所提出的该组合梁极限抗弯承载力计算方法所得理论计算值与试验值较吻合。     

钢与高强混凝土组合梁变形性能试验研究

通过钢与高强混凝土组合梁的试验研究 ,得到其荷载 挠度曲线 ,分析其变形性能·在荷载作用下 ,钢梁与混凝土板交接面处出现相对滑移 ,导致组合梁的承载力降低 ,刚度变小 ,变形加大 ,考虑交接面相对滑移对钢与高强混凝土组合梁的变形影响 ,利用弹性分析理论建立了钢与高强混凝土组合梁的变形微分方程 ,得到了跨中集中荷载、均布荷载及对称集中荷载作用下的钢与高强混凝土组合梁的变形计算公式 ,计算结果与试验结果对比 ,二者吻合良好     

钢-混凝土连续组合梁的变曲变形计算

基于奇异函数表示钢-混凝土连续组合梁的抗弯刚度,推出了钢-混凝土连续组合梁发生弯曲变形时的挠曲线通解.并通过算例验证该方法的正确性及通用性.     

考虑收缩徐变的钢-混凝土组合梁变形计算

对国内外有关钢 混凝土组合梁考虑收缩徐变的长期变形研究成果进行了综述。基于大型商用软件SOFISTIK的计算结果与分析,指出中国现行《钢结构设计规范》(GB50017,送审稿)和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025 86)中关于钢 混凝土组合梁长期变形计算的单一弹性模量折减系数法偏于不安全,并提出了弹性模量折减系数按混凝土龄期分时段取值的长期变形计算建议。     

外包钢混凝土组合梁的变形计算

从考虑滑移效应角度出发，探讨了外包钢组合梁的变形计算方法，得出了不同加载条件下简支组合梁的挠度计算公式，并用试验进行了验证，理论计算值与实测结果吻合良好．     

装配式双拼槽钢开孔组合梁受弯性能试验及挠度计算

提出一种新型装配式双拼槽钢开孔组合梁,以钢梁腹板开孔长度为参数,设计4根开孔组合梁和1根实腹组合梁,进行静力性能试验,研究开孔形式对各试件破坏模式、延性、界面滑移、截面剪力分布以及整体工作性能的影响。基于空腹桁架理论,提出考虑剪切变形、洞口处剪力次弯矩局部变形的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法。研究结果表明：新型装配式双拼槽钢开孔组合梁具有良好的整体工作性能;圆形开孔时组合梁表现为弯曲破坏,修圆矩形开孔时组合梁表现为空腹破坏(vierendeel mechanism);开孔形式对双拼槽钢组合梁的刚度和承载力影响显著;与实腹梁相比,圆形开孔时组合梁初始刚度下降12%,极限承载力下降10%;而开孔长度为900 mm的修圆矩形开孔组合梁初始刚度下降60%,极限承载力下降27%;腹板开孔提高了双拼槽钢组合梁的延性,而修圆矩形开孔组合梁与圆形开孔组合梁相比延性略降低;开孔可提高混凝土板抗剪贡献,随着开孔长度增大,各试件混凝土板承担截面总剪力的24%～28%;采用的双拼槽钢开孔组合梁挠度计算方法所得理论值与试验值吻合良好。     

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合梁,以板宽、槽钢型号、抗剪连接件间距为试验参数,对7根组合梁进行静载试验,分析该组合梁剪切应变分布规律。使用有限元软件建立数值分析模型,预测组合梁力学性能和破坏模式,在此基础上,对组合梁的剪跨比、材料强度、钢梁腹板高度和厚度、混凝土板宽度和厚度进行参数化分析。基于叠加原理,提出考虑混凝土板抗剪和剪跨比对抗剪贡献的影响的双拼槽钢-混凝土组合梁极限抗剪承载力公式,并对比规范中公式和其他学者建议的计算公式。研究结果表明：该组合梁剪切破坏、弯剪破坏与弯曲破坏的界限剪跨比λ分别为0.5和2.5;当剪跨比λ=0.1～4.7时,混凝土板抗剪承担比例为4%～43%,随剪跨比减小而增大;本文提出的公式计算精度高,适用性好。     

钢-混凝土组合梁受扭性能的试验及分析

为研究新型外包钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了2根不同配箍率的组合梁纯扭试验和3根不同弯扭比组合梁复合受扭试验.测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,组合梁U形钢侧面、底面的应变分布及沿板宽方向的混凝土的应变分布.试验结果表明:组合梁扭转变形符合三阶段变形规律,翼板混凝土破坏与普通钢筋混凝土构件受扭破坏相似.在试验基础上,通过受扭性能的弹塑性理论分析以及变角空间桁架模型的极限承载力的分析计算,得到组合梁开裂扭矩以及极限扭矩的计算公式,与试验结果进行对比后发现两者吻合较好.     

胶合竹-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

基于已有的推出试验,选择螺杆、凹槽和预紧力凹槽3种连接件,开展了5根胶合竹-混凝土组合梁的四点抗弯试验,研究连接件类型与数量对组合梁抗弯性能的影响.试验结果表明,组合梁具有较高的初始组合效应,在正常使用极限状态内的组合效应相对稳定,且组合梁的抗弯刚度和承载力随连接件数量增加而提高;对于采用螺杆连接件的组合梁,其极限承载力取决于指接部位的抗拉强度;对于凹槽类连接件的组合梁,其极限承载力主要由端部连接件的抗剪切强度控制;采用预紧力凹槽连接件的半装配式组合梁与现浇施工方式的凹槽组合梁相比较,其抗弯性能很接近,但施工效率显著提高;欧洲规范EC 5中的等效截面刚度法高估了试件的承载力,不适合直接套用于组合梁.     

木-混凝土组合梁有限元计算

为研究木-混凝土组合梁的受力性能,针对现有组合梁有限元分析计算效率低、收敛性差和精确度低等问题,提出一种木-混凝土组合梁用户单元.通过直接刚度法,得到木-混凝土组合梁的单元刚度矩阵,结合ABAQUS二次开发平台用户子程序接口,编制了木-混凝土组合梁用户子程序,建立用户单元.通过算例验证表明:该用户单元能够正确地反映木-混凝土组合梁的挠度和滑移,提高了木-混凝土组合梁有限元分析方法的效率和精确度.     

角钢连接件木-混组合梁变形计算方法研究

为了研究角钢连接件木-混组合梁在静载作用下变形规律,本文进行了3组木-混组合梁静载试验,考察了木-混组合梁的变形发展过程,得到了组合梁跨中的荷载-挠度曲线、组合梁界面滑移沿梁长分布.通过分析界面滑移对组合梁刚度的影响,在参考钢-混组合梁变形计算的一般公式基础上,将其应用于木-混组合梁变形计算,并将该方法与目前常用的换算截面法进行对比分析.试验结果表明:角钢可以作为连接件用于木-混组合梁,组合梁界面滑移值从梁端向跨中逐渐减小,但不符合线性关系,界面滑移值沿跨中截面对称.采用换算截面法和采用考虑界面滑移的挠度计算一般公式的挠度计算值均比实测值小,但采用考虑界面滑移的挠度计算一般公式的挠度计算值与实测值之比值稳定在0.8左右.     

部分充填钢箱—混凝土组合梁变形计算

为研究组合梁负弯矩区的滑移及变形进行了3片不同抗剪连接度的部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁试验,观测了在对称集中荷载作用下交界面的相对滑移分布规律和挠度的试验结果。试验结果表明,随着抗剪连接度的增加,滑移逐渐减小且基本上以跨中为对称点沿梁对称分布。建立了考虑滑移效应的组合梁受力模型,推导出部分充填式钢箱—混凝土组合简支梁交界面的滑移微分方程,针对钢结构设计规范运用刚度折减法计算挠度出现的问题,建议采用有效刚度法,同时将计算结果与试验结果进行了对比分析。对比结果表明,在弹性阶段滑移理论计算值和实测值具有很好的拟合性,弹性阶段以后有一定的误差,有效刚度法计算得到的挠度可以准确描述组合梁的变形。     

部分剪力连接钢-混凝土组合梁变形计算的组合系数法

为准确计算部分剪力连接组合梁在考虑滑移效应时的挠度,在对组合梁变形计算的既有方法进行综合评述的基础上,提出了新的计算方法--组合系数法.采用应力等效的简化方法,分别推导了无剪力连接和完全剪力连接组合梁的组合系数,并采用插值方法建立了部分剪力连接组合梁的组合系数.利用该法进行了大量算例的计算,计算结果与理论解析方法和试验结果吻合良好.组合系数法不需要进行换算截面的计算,而且将无剪力连接、部分剪力连接和完全剪力连接组合梁的计算方法统一起来.组合系数法形式简单,物理意义明确,计算结果能够满足工程精度要求.     

钢—混凝土组合梁变形计算的有限元分析

介绍了钢-混凝土组合梁变形计算的一种新方法-有限单元法，同时简要说明了已有的几种变形计算方法，并将各种方法的计算结果与试验结果进行了对比分析。     

预应力钢与高强混凝土组合梁变形性能

通过预应力钢与高强混凝土组合梁的试验研究,得到其荷载-挠度曲线,分析表明,预应力的施加使钢与高强混凝土组合梁的弹性承载力提高10%左右;考虑交接面相对滑移对预应力钢与高强混凝土组合梁变形的影响,利用弹性分析理论建立了预应力钢与高强混凝土组合梁的变形微分方程,得到了跨中集中荷载、均布荷载及对称集中荷载作用下的预应力钢与高强混凝土组合梁的变形计算公式,计算结果与试验结果吻合良好·