长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

连续组合梁弯矩重分布特征及其随荷载的变化规律

为了对钢-混凝土连续组合梁进行受弯全过程描述,对3根两跨连续组合梁进行了静力加载试验,研究支座负弯矩区混凝土开裂后组合梁的内力重分布现象,结合试验现象分别确定连续组合梁正负弯矩区弯矩重分布系数随荷载的变化规律,并给出建议计算公式;在此基础上,考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,采用共轭梁法得到连续组合梁的荷载-挠度和荷载-转角曲线.研究结果表明,连续组合梁弯矩调幅系数随荷载的增加而增加,且在正负弯矩区表现出相同的规律,可以采用弯矩重分布系数的建议计算公式来反映连续组合梁弹性弯矩和混凝土开裂后实际弯矩之间的重分布关系.     

火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

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—混凝土组合梁连续倒塌性能分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁在中柱失效情况下的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对10根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了转向块布置形式、混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、钢梁高度等参数对体外预应力组合梁连续倒塌性能的影响。研究结果表明,预应力有助于组合梁内悬链线效应的形成和发展;跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;在采用静力方法分析体外预应力组合梁的连续倒塌性能时,倒塌荷载的动力增大系数(DIF)可在1.24~1.32取值。     

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·     

钢-混组合梁负弯矩区裂缝控制措施探讨

钢-混组合梁具有自重小、抗震性能好且用钢少、刚度大挠度小的特点,钢-混连续组合梁与简支组合梁相比,可以提高负载能力,增强刚度,增大应用跨度。但其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况,通过介绍钢-混连续组合梁桥负弯矩区的裂缝控制措施,从而限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用,使钢-混组合梁在负弯矩区桥面板受力性能得到有效提升,整体结构更加耐久。     

外包花纹钢-混凝土组合梁滑移性能分析

针对钢-混凝土组合梁抗滑移性能的不足,文章提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,利用外包钢梁的凸起花纹来增强钢梁与混凝土的共同作用;为研究抗滑移连接度对外包花纹钢-混凝土组合梁抗滑移性能的影响,共设计6根足尺简支组合梁;对试验所得的荷载-跨中挠度曲线、荷载-端部滑移曲线和滑移沿梁长分布曲线进行了研究分析,建立了外包花纹钢-混凝土组合梁的滑移简化计算模型,推导出滑移微分方程,求解了在不同荷载方式作用下的滑移理论计算公式;考虑到滑移效应引起的附加挠度,提出组合梁在滑移影响下的跨中挠度理论计算公式;将试验测得的数据与理论计算结果进行比较,两者吻合较好。     

预应力钢-混凝土组合连续箱梁的变形分析

以3片钢-混凝组合连续箱梁的变形试验为基础,其中RC1为普通组合梁,PC2和PC3为预应力组合梁,并结合虚功原理和换算截面法,提出了一种考虑自重、堆载、预应力和开裂影响的钢-混凝土组合梁变形计算方法.试验结果表明:预应力对钢-混凝土组合梁的变形影响较大,且有效预应力越大,跨中挠度越小;对于普通钢-混凝土组合连续箱梁,可通过考虑滑移效应的刚度折减法考虑混凝土板开裂对变形的影响;分析得到的理论挠度与实测挠度吻合较好.     

油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁性能及失效机理

针对钢-混组合连续箱梁在油罐车火灾下性能退化过程,以两跨钢-混组合连续箱梁为研究对象,采用热-力耦合计算方法,基于ANSYS软件建立有限元模型,在温度场中提取研究截面的控制点温度值,分析油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁的温度场分布特点,得到其火灾下的竖向温度梯度,获得热-力耦合作用下所研究关键截面的荷载-位移曲线,揭示油罐车火灾下两跨钢-混组合连续箱梁极限承载力的衰减规律,并分析不同桥梁火灾场景下两跨钢-混组合连续箱梁的破坏过程。研究结果表明:桥下火灾时,钢-混组合连续箱梁的钢箱梁部位整体升温剧烈,根据距火源远近,钢梁温度从高到低依次为底板、腹板、翼板,混凝土整体升温幅度较小;桥面火灾时,混凝土板整体升温较桥下火灾时大,钢梁部位升温较桥下火灾时小,不同桥梁火灾场景下受火断面沿梁高方向均呈现较大的温度梯度;桥下火灾时极限承载力丧失较桥面火灾时更为严重,受火25min中支点附近受火极限承载力丧失95%以上,跨中受火时丧失约68%,边支点受火时丧失约64%,中支点附近受火发生屈曲破坏,跨中受火及边支点受火发生弯曲破坏;桥面受火25min极限承载力丧失较少,仅为29%,由于混凝土隔热作用显著,钢梁性能退化较少,最终在跨中位置形成塑性铰。     

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.     

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.     

钢板组合连续桥梁的耐火极限

针对油罐车火灾对钢结构桥梁造成的严重威胁,选取四跨双肋钢板组合连续梁(4×35 m)作为研究对象。根据油罐车火灾燃烧特点选取最为贴近的碳氢(HC)火灾升温曲线,以实际受火特征还原了4种受火模式,采用热-力耦合计算方法,建立有限元模型,并对模型有效性进行了验证。首先分析了油罐车火灾作用下钢板组合梁的温度场,然后推导了火灾下双肋钢板组合梁塑性抗弯承载力计算方法,基于温度场分析结果计算了油罐车火灾下钢板组合梁正弯矩区域的抗弯承载能力衰退曲线,分析4种火灾作用下钢板组合梁的挠度变化过程,采用抗弯承载力和挠度破坏准则得出组合梁的耐火极限;最后对4种火灾场景下钢板组合梁的破坏形态进行了分析。研究结果表明:油罐车火灾下,钢材整体升温幅度远大于混凝土,组合梁截面沿梁高方向出现明显的温度梯度,其最大值为1 020℃,这种温度梯度导致的热拱是钢板组合梁在延火初期下挠的主要原因;截面抗弯承载力在延火初期降低缓慢,在进入高温阶段后截面抗弯承载力急剧降低,最终在30 min左右降低至荷载效应以下,组合梁破坏;在火灾作用下组合梁挠度总体呈三阶段发展,边跨受火长度对组合梁挠度变化影响较大,边跨受火长度越大,挠度增长越快;采用挠度准则判断组合梁的破坏相较于抗力准则偏于不安全,并基于抗力破坏准则对挠度准则进行了修正;边跨在火灾作用下表现为整体垮塌破坏,中跨受火表现为混凝土板的挠曲破坏和钢梁的鼓胀破坏。     

钢-混凝土组合梁界面滑移效应变分法求解

为了求解钢-混凝土组合梁的界面滑移效应,以弹性理论为基础,建立平衡方程;利用最小势能原理,结合变分方法,分别推导了简支钢-混凝土组合梁在受均布荷载和集中荷载时,组合梁的界面相对滑移、组合梁挠度以及附加弯矩的计算方法.结果表明:此方法使相对滑移微分方程基本形式得到统一;附加弯矩与相对滑移趋势成正比,而与相对滑移量无关;界面相对滑移量与抗滑移刚度、截面剪力有关,并且会增加组合梁挠度;简支组合梁相对滑移在梁两端部达到最大值,而向跨中减小.最后通过算例验证了给出的解析解的正确性.     

多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件.通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证.对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响.层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.     

预制预应力混凝土板组合梁受力性能试验研究

针对钢与混凝土连续组合梁负弯矩混凝土开裂问题提出了预制预应力混凝土板组合梁结构形式.为了对比和分析预制预应力混凝土板连续组合梁与常规连续组合梁力学性能的异同,进行了2根连续组合箱梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.由试验测试结果可得预制预应力混凝土板连续组合箱梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.16倍和2.61倍.通过计算分析得到在相同预应力情况下的预制预应力混凝土板连续组合梁的开裂弯矩是常规预应力组合梁的1.54倍.     

后结合预应力组合梁负弯矩区混凝土开裂性能试验

为了研究后结合预应力技术改善混凝土桥面板组合梁在负弯矩作用下的受力性能,特别是混凝土的开裂性能,设计制作了2根组合梁(一根是常规混凝土桥面板组合梁,另一根是后结合预应力混凝土桥面板组合梁),进行了2根组合梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.试验结果表明:后结合预应力混凝土板连续组合梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.87倍和5.38倍,说明采用后结合预应力混凝土桥面板能够大大提高组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能.     

钢与混凝土连续组合梁的塑性性能

对于两跨及三跨的钢与混凝土连续组合梁,提出简化塑性理论,推导出集中荷载下梁负弯矩区极限抵抗矩及极限荷载的计算公式,给出连续组合梁调幅系数的确定方法,对比组合梁实测与与计算的负弯矩区极限抵抗矩、极限荷载及调幅系数,误差分别为7%,10%和20%·     

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了 2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验.借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对...