波形钢腹板-钢管混凝土组合梁桥的试验与有限元分析

波形钢腹板钢管混凝土组合梁桥结构新颖,在实际桥梁结构中所用甚少.通过对侨英人行天桥进行荷载试验及有限元计算,结果表明,该桥的承载能力和动力性能均满足规范要求,有限元计算值与试验实测值吻合良好.同时,利用建立的有限元模型对主梁的受力性能进行了分析,分析发现,波形钢腹板-钢管混凝土组合梁的弯曲变形符合"拟平截面假定",而波形钢腹板对主梁的抗弯作用可忽略不计.     

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.     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

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.     

矩形钢管偏心相贯梁柱节点平面内抗弯承载力

为研究矩形钢管偏心相贯梁柱节点的平面内抗弯性能，完成了节点的平面内抗弯承载性能试验，得到其承载力和破坏模式，并通过有限元参数分析对理论式进行改进，结合回归分析，建立节点平面内抗弯承载力的实用计算式. 结果表明，节点的破坏模式为主管翼缘管壁屈服与腹板压屈的组合破坏. 加劲肋可有效提高矩形管偏心相贯梁柱节点的抗弯承载力. 通过参数分析，得到了梁柱翼缘宽度比、梁截面高度与柱翼缘宽度比、柱截面管壁宽厚比、梁柱截面壁厚比等参数对矩形管偏心相贯梁柱节点承载性能的影响规律，结果表明，增大梁高以及增大柱壁厚对于提高承载力最为有效. 最后拟合得到矩形管偏心相贯梁柱节点的承载力计算式，通过和试验结果及数值计算结果的对比，验证了计算式的准确性.     

波纹腹板钢梁抗弯性能数值模拟分析

为了明确纯弯段长度对波纹腹板钢梁抗弯性能的影响,利用有限元软件ANSYS建立波纹腹板钢梁模型,通过从构件破坏模式、受力发展、应力分布等方面与相关试验结果作对比,验证了数值建模方法的合理性,在此基础上,改变纯弯段长度,对波纹腹板钢梁进行参数化抗弯分析。结果表明:波纹腹板钢梁承载力较高,承载力和抗变形能力随纯弯段的增加有相应增长,且承载力还与荷载施加位置有关,应尽量避免在腹板波浪弯折处上方施加荷载。     

波形钢腹板组合箱梁横向受力有效分布宽度研究

为了研究波形钢腹板箱梁的桥面板有效分布宽度,制作了一片模型试验梁,对其进行了静载非破坏性试验,研究了此种结构桥面板的有效分布宽度变化规律.结合现行公路桥规值和有限元结果,在3种有效分布宽度计算值比较的基础上对现行公路桥规值进行修正,得到了不同工况下的有效分布宽度修正系数.结果表明:按现行公路桥规计算的有效分布宽度值相比试验值、有限元结果略小,应对桥规值乘以大于1.0的修正系数,使之适用于波形钢腹板箱梁的有效分布宽度计算.     

不对称型钢混凝土梁抗弯承载力

进行了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力试验,通过两根试件的单调加载试验,确定了不对称型钢混凝土梁的抗弯承载力、破坏形态及截面应变特征等基本性能;建立了型钢混凝土梁有限元模型,有限元分析得到的构件抗弯承载力与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的正确性.推导了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力实用计算方法,计算结果与试验数据及有限元分析结果符合较好,为不对称型钢混凝土梁在实际工程中的应用提供了设计依据.     

双层集中荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究

为揭示面向双层交通混凝土箱梁抗弯受力性能,对1/6比例腹板开孔、单箱三室混凝土箱梁模型,在弹性范围内进行了上下集中荷载抗弯受力性能试验研究.试验重点测试了不同荷载工况下的特征截面的应变分布及挠度变形;通过试验研究与分析,初步揭示了同样大小集中荷载作用在底板较顶板挠度大10%左右;截面应变分布不均匀,存在集中加载处应变较截面平均应变大20%~40%的现象.试验研究成果可为双层交通混凝土箱梁设计提供试验依据和参考.     

波形钢腹板组合连续箱梁有效翼缘宽度计算初探

针对目前规范中缺少有关波形钢腹板组合连续梁桥有效翼缘宽度的相关规定,提出一种翼缘有效宽度计算方法,以某大跨度波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥为背景,对其有效翼缘宽度计算进行初步研究,研究结果表明:在自重和集中荷载作用下,跨中混凝上内衬边缘的剪力滞效应显著,翼缘板的有效翼缘宽度系数分别达到0.87和0.7左右,其它部位剪力滞效应不明显;而预应力荷载作用下,波形钢腹板组合连续箱梁的各截面处的剪力滞效应均不明显,可以忽略不计,最后通过有限元计算结果与国内外规范对比发现,波形钢腹板箱梁跨中部分有效翼缘宽度与混凝土箱梁基本一致,设计计算时可参照普通混凝土箱梁;内衬边缘截面的剪力滞效应介于普通混凝土箱梁与钢箱梁之间,其有效翼缘宽度的计算也应介于二者之间。     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。     

配置竖向预应力筋混凝土箱梁抗剪性能试验

通过对2组配置竖向预应力筋的钢筋混凝土箱梁进行受剪试验,研究了竖向预应力筋张拉与不张拉,预应力孔道灌浆与不灌浆对混凝土箱梁抗剪性能的影响,对比分析了不同参数下试验梁的破坏形态、裂缝行为、荷载-挠度关系、开裂荷载、抗剪承载能力、腹板应变以及竖向预应力筋应变等的发展规律.结果表明:对于本文试验梁,竖向预应力可将开裂荷载提高16%,竖向预应力筋张拉端的抗剪承载力比不张拉端增加2.3%,不灌浆端的抗剪承载力比灌浆端减小9.3%.由此说明,适当地施加竖向预应力可以较好地提高腹板开裂荷载,并对抗剪承载力有积极贡献,但如果灌浆不饱满则会对抗剪承载力产生很大折减.     

冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究

针对冷弯薄壁型钢四肢组合箱形截面受弯构件,建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,进行了其承载力的数值分析.数值分析所得构件的破坏模式、极限承载力和荷载-挠度曲线与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.采用这一模型就钉距、截面高度、宽度及初始缺陷等对构件极限承载力的影响进行了一系列参数分析.提出了构件实用设计和计算的折减系数法,与现有AISI和中国规范基于有效宽度法的计算结果进行了比较,证明现有规范计算结果偏于保守,本文方法与数值分析结果吻合较好、简便可行.     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析

梯度温度作用在曲线桥梁中会产生较大的温度应力,这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性.文章采用通用有限元程序ABAQUS建立了某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了不同国家规范的梯度温度荷载模式下结构的变形和内力.结果表明:不同温度模式的计算结果差距很大,例如采用新西兰规范、中国规范和英国规范的计算结果较为保守;截面最大主应力出现在中腹板与顶板相交的位置;不同曲率半径下的曲线桥梁横桥向应力极值变化较大,顶板的横向配筋应考虑曲率半径的影响.     

多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析

基于薄壁杆件结构理论,推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式,将其应用于钢箱梁剪力流的计算,并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较,同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。结果表明,所推导的公式具有较高的精度;腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数,梁高与底板厚度为次要敏感参数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂板,会降低边腹板的荷载分配比,导致横隔梁的设计安全系数下降。     

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.     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.