弹性阶段波形钢腹板组合梁体外预应力增量

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,开展了体外预应力波形钢腹板组合梁的抗弯承载力试验,结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑"剪切变形"和"二次效应"的影响,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁在两点对称荷载作用下的体外预应力筋应力增量的计算公式,研究了各参数对体外预应力筋应力增量的影响规律。研究表明:公式计算结果与试验结果吻合较好;在弹性阶段,"二次效应"对体外预应力筋应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;体外预应力筋应力增量随混凝土弹性模量的增加而线性减小,随梁高的增加而线性增加;波形钢腹板厚度与梁高的比值对体外预应力筋应力增量的影响可以忽略。     

节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能试验研究

为了解节段预制波形钢腹板组合梁和整体浇筑波形钢腹板组合梁弯曲性能的差异,设计了2根1∶10缩尺试验梁的静力试验,研究了接缝的存在对节段预制波形钢腹板组合梁的破坏模态和变形、不同截面上构件的应变分布、体内体外预应力束增量及极限承载力的影响.利用有限元法分析了节段数量及体内体外预应力筋配束比对节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能的影响.结果表明,接缝的存在对梁体初始抗弯刚度影响不大,但节段预制梁极限承载力约为整体浇筑梁的0.79倍.节段划分数目越多,节段预制梁极限承载力越小.节段预制梁预应力束增量明显大于整体浇筑梁,且体内配束占比越大,节段预制梁极限承载力越大,实际工程中节段预制波形钢腹板组合梁体内体外配束比不宜小于1.     

谈波形钢腹板PC组合箱梁设计

对波形钢腹板PC组合箱梁的设计进行了研究,对其抗弯、抗扭、抗剪、体外预应力筋以及剪力连接件的设计理论进行了分析,并针对组合梁的抗变形能力进行了加载试验,以验证组合梁设计的正确性。     

无黏结预应力混凝土连续梁承载力的研究

为研究无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载和双跨对称集中荷载下的承载力和预应力筋应力增量,基于通用有限元软件ANSYS建立了无黏结预应力混凝土连续梁的有限元计算模型,研究了不同加载方式下非预应力筋配筋率、预应力筋的张拉控制应力以及混凝土强度等参数对连续梁的承载力和无黏结筋极限应力增量的影响.结果标明,无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载下的承载力小于双跨对称集中荷载下的承载力.将计算得到的无黏结筋极限应力增量与中国现行规范JGJ92-2004和美国ACI318-05规范进行对比后发现:对于承受双跨对称集中荷载的无黏结预应力混凝土连续梁,规范偏于安全;当无黏结预应力连续梁承受单跨集中荷载时,中国现行的JGJ92-2004规范和美国ACI318-05规范均过高估计了无黏结筋的极限应力增量.     

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.     

无粘结预应力RPC简支梁受弯性能分析

活性粉末混凝土是一种新型超高性能混凝土材料,为了详细评估非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、混凝土强度、非预应力筋屈服强度等对预应力混凝土梁的受弯性能的影响,建立了上述各种参数影响下的无粘结预应力砒,C简支梁的有限元模型。通过对比分析研究得出随着非预应力筋配筋率和无粘结预应力钢绞线配筋率的提高,跨中极限弯矩增大,跨中极限挠度和钢绞线应力增量降低;随着非预应力筋的屈服强度、混凝土轴心抗压强度的提高,跨中极限弯矩和挠度也缓慢增大,力筋应力增量相应增加。为实际工程预应力RPC结构的优化设计提供参考数据。     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

波形钢腹板连续箱梁的结构参数对其自振影响分析

为了分析波形钢腹板连续箱梁桥的结构参数对其自振的影响,以郑州市陇海路高架常庄水库桥为依托,利用ANSYS软件建立3跨精细有限元模型,分析预应力、波形钢腹板的波折角度、单板宽度、腹板厚度等结构参数,以及横隔板数量对连续体系波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响.分析表明:预应力张拉产生"应力软化"效应引起结构总刚度降低,结构的频率降低;另一方面,体外束预应力使得混凝土处于复杂应力状态,通过弹性模量修正,自振频率会随着预应力束张拉力的增大而增大,可与试验结果吻合;振动频率随波折角度的增大表现为先增大后减小,然后会出现小幅度增长;振动频率随着水平板宽的增加表现为先增大后减小;竖向振动频率、纵向振动以及扭转频率均随着腹板厚度的增加而增大,横向振动频率随着腹板厚度的增加而减小;增加横隔板数量能明显提高箱梁的扭转振动频率,但扭转频率的增长速率随着横隔板数量的增加逐渐降低.     

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.     

基于挠度的体外与体内无粘结预应力筋应力增量

研究了体外预应力以及体内无粘结预应力梁力筋变形与跨中挠度的关系,提出了一种基于挠度的预应力筋应力增量计算的新方法.首先建立了体外预应力梁和体内无粘结预应力梁的变形相容方程,推导了用跨中挠度表达的力筋应力增量计算公式,提出了适用于体内外预应力筋应力增量的统一计算公式,能够计算正常使用和承载能力极限状态下预应力筋的应力.最后运用该公式计算了国内外大量试验梁(包括6根体外预应力梁和22根体内无粘结预应力梁),计算出应力增量与试验结果之比的均值在0.99～1.02之间,标准差为0.1左右.表明该式计算值与试验实测吻合良好,公式形式简单,能够反映结构的受力机理.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥抗弯承载力计算

结合波形钢腹板PC组合箱梁桥抗弯特性，对该类桥的抗弯承载能力计算方法进行了探讨。分析了波形钢腹板组合箱梁有效分布宽度、偏载效应的已有研究成果，参考国外对该类桥中体外预应力筋的有效高度和极限应力取值，根据弯曲理论推导出波形钢腹板PC组合箱梁桥抗弯承载能力计算公式。模型梁算例表明，该计算方法简单可行。     

均布荷载下预应力FRP筋钢与混凝土组合梁轴向力计算

外荷载作用下,预应力FRP筋钢与混凝土组合梁的交接面必产生相对滑移,预应力FRP筋内力会随外荷载增加而增加,这种交接面滑移和FRP筋内力增量会导致混凝土翼缘板、钢梁、连接件受力性能发生变化.针对这一问题,结合预应力组合梁实际受力特征,利用弹性理论,建立了考虑组合梁交接面相对滑移和预应力FRP筋内力增量影响的轴向力微分方程,给出均布荷载下组合梁中混凝土板和钢梁的轴向力理论计算公式.计算结果表明,预应力FRP筋组合梁的轴向力随着连接件刚度的增大和外荷载增加而增大,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,预应力FRP筋内力增量对组合梁轴向力影响较小,可以忽略其对...     

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.     

体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率的影响分析

为了研究体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,推导了波形钢腹板箱梁在体外预应力作用下的自振频率计算公式.以5.2 m缩尺波形钢腹板试验梁为对象,利用有限元软件ANSYS建立了预应力波形钢腹板箱梁的模型,对其进行了模态分析.通过对试验梁模态试验的自振频率测试数据与理论计算值以及有限元分析数据进行对比,证明了理论公式推导的正确性,论证了有限元模型的适用性.采用理论计算和有限元数值计算相结合的方法,研究了体外预应力钢束拉力、锚固位置以及截面积对波形钢腹板自振频率的影响.研究结果表明:三者对波形钢腹板箱梁自振频率的影响均较小,在实际工程中可以忽略体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响.     

无粘结预应力筋的极限应力

基于等效变形区长度提出了极限状态下混凝土梁跨中挠度的简化计算方法,继而根据梁的跨中挠度推导了体内和体外无粘结预应力筋极限应力增量的通用计算公式.以受力钢筋的配筋率、预应力筋布置形式、预应力度、跨高比、荷载形式等为参数,对无粘结预应力混凝土梁的受力性能进行了参数分析,依据分析结果,提出了以综合配筋指标和预应力度为参数的等效变形区长度的计算公式.结果表明 :所提出的无粘结预应力筋极限应力增量的计算方法及公式具有较好的适用性;多种荷载形式作用时的等效变形区长度,可取为各种荷载单独作用时等效变形区长度的加权平均值,权值为各类荷载产生的跨中弯矩.     

波形钢腹板箱梁手风琴效应对预应力效率的提高研究

通过波形钢腹板箱梁加载预应力试验,以及其与有限元模型数据的对比,对波形钢腹板手风琴效应对预应力效率的提高进行了研究。通过试验数据,可以看出在张拉预应力时,波形钢腹板像手风琴一样发生了压缩现象,相较混凝土腹板箱梁,其顶底板的应力有着很明显的提高,与直钢腹板箱梁相比较,也有着一定的提升。由于波形钢腹板的手风琴效应,使得箱梁的预应力效率得到了提高,这在实际工程中有着重要的应运。     

部分波形钢腹板预应力连续组合梁性能分析

针对预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区混凝土板预应力效率低、钢腹板易发生局部屈曲等问题,提出了在负弯矩区梁段采用波形钢腹板代替平面钢腹板的混合设计方法.采用理论计算和有限元分析方法,对部分波形钢腹板预应力连续组合梁的受力和变形性能进行分析,并与传统的预应力连续组合梁对比.研究结果表明,混合设计方法充分利用波形钢腹板轴向刚度低、抗屈曲能力强的特点,显著提高连续组合梁负弯矩区混凝土板的预应力效率和开裂荷载,尤其适用于大、中跨径的预应力连续组合梁结构.     

体外预应力钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁受力非线性力学性能,在已开展的预应力组合梁试验系统研究基础上,应用ABAQUS有限元程序考虑了剪力连接件界面传力机制和材料非线性及几何非线性,建立了非线性有限元模型模拟预应力钢-混凝土组合梁加载软化段的全过程加载历程.有限元分析进行了算例比较、试验结果对比,并且开展了正负弯矩区预应力钢-混凝土组合梁配筋率、预加力、剪力连接程度等参数分析.所得结果为体外预应力钢-混凝土组合梁非线性研究提供借鉴及参考.     

不同剪力连接程度预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究

探究剪力连接程度对预应力钢—混凝土组合梁中混凝土和钢梁的界面的剪切滑移、截面刚度、挠度变形、极限强度等受力性能的影响 .试验选用栓钉剪力连接件 ,设计 3根不同剪力连接程度的预应力组合连续梁 ,采用跨中加载集中力 ,探究预应力组合梁静载受力全过程受力特性 .     

波形钢腹板预弯工形梁的试验研究

对新型结构波形钢腹板预弯工形梁的制作工艺和承载性能开展了探索性研究.通过制作缩尺试验梁,着重分析了波形钢腹板钢梁在预弯力作用下的挠度和反弹后一期混凝土的压应力,并采用静载试验测试了对称集中荷载作用下的梁体变形、开裂弯矩、破坏形态和极限承载力等.试验结果表明,在预弯力作用下波形钢腹板具有良好的稳定性.释放预弯力后波形钢腹板钢梁能够有效地将预应力施加在一期混凝土上,跨中下缘混凝土的压应力为12.9 MPa.试验梁具有良好的抗弯刚度、延性和抗裂性能,其开裂荷载约为极限承载力的47%.理论与实测结果表明,波形钢腹板预弯工形梁的竖向剪切挠度占总挠度的22.4%,在计算挠度时需考虑剪切变形的影响.