超高性能混凝土组合箱梁弯曲性能有限元分析

采用有限元方法对4种超高性能混凝土(UHPC)-混凝土组合箱形截面简支梁(全截面C60、顶板替代为UHPC、底板替代为UHPC、全截面UHPC)的弯曲性能进行研究.分析前,为验证ANSYS软件对UHPC材料模型模拟的准确性,对1根矩形UHPC-混凝土组合梁开展试验对比分析.根据对比分析结果确定建模方法,得到4种组合箱梁的应力分布、受力性能,总结了相应类型结构的特点.综合考虑材料性能的利用率、裂缝发展模态、极限承载力和经济性,提出相应的设计建议.     

预应力钢筋混凝土箱梁节段悬臂拼装施工技术

本文以深圳湾大桥箱梁节段的悬臂拼装施工为例,介绍了预制箱梁节段悬拼的施工方法,供以后类似工程施工参考.     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

混凝土预制节段拼装法在城市轨道交通中的应用

混凝土预制节段拼装法施工技术已成为当今世界城市轨道交通建设的主要发展趋势,通过对满堂支架法和节段拼装法施工因素及工艺对比分析,探讨预制节段拼装法在轨道交通应用的可能性及其技术上、经济上的优越性。     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁受弯性能试验与分析

在试验的基础上,研究了1/5模型配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁在弯曲荷载作用下的受力性能,测试了构件跨中挠度及顶板、底板和沿截面高度应变大小;分析了应变在截面上的分布规律,通过现行规范公式计算对比试验结果,验证了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁在截面高度方向上的平截面假定,并初步提出其受弯剪力滞效应设计系数.图3,表1,参5.     

节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁. 通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等. 结果表明：在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值. 推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性. 两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大. 将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.     

预应力度对节段拼装桥墩抗震性能影响研究

为了研究预应力度对节段拼装桥墩抗震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对不同预应力度的桥墩进行仿真模拟分析,并通过拟静力试验验证模拟准确性.由模拟与试验结果得到:预应力连接的节段拼装桥墩滞回曲线呈旗帜型;节段间榫卯剪力键提供抗剪承载力,减小了桥墩节段间应力及位移,避免了节段间的相对滑移;ABAQUS有限元软件对桥墩的数值模拟与试验相比误差不超过15%;随着预应力度的增大,节段拼装桥墩屈服位移和极限位移有一定的增加,累积耗能能力显著增强,但对桥墩延性及残余位移影响不大.     

高强钢筋增强节段拼装桥墩抗震性能分析

为实现预制节段拼装桥墩(PSBC)地震动力响应与震后残余位移的同步控制,提出以高强钢筋替代传统PSBC中普通贯通钢筋的新方案。为验证该方案的有效性,对比分析配置普通热轧带肋钢筋HRB400、HRB500和精轧螺纹钢筋PSB785的PSBC模型的抗震性能。首先,提出了PSBC纤维模型建模方法,并将数值模拟结果与前人试验及本文作者试验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。然后,针对上述3类PSBC模型开展单调加载分析、滞回分析及动力时程分析,对比各模型的位移延性、耗能能力、地震最大位移反应及震后残余位移。结果表明:将PSBC贯通钢筋由常用的HRB400改为PSB785型精轧螺纹钢筋,可在地震时最大位移基本不变的前提下显著减小震后残余位移。因此,建议PSBC贯通钢筋优先选用PSB785型精轧螺纹钢筋,藉此综合提高PSBC抗震性能和自复位能力。     

不同构造形式绿色混凝土叠合板受弯性能试验

为推动绿色再生类材料在叠合楼板中的应用,将不同性能要求的钢纤维增强绿色混凝土材料应用于叠合板中,研究不同构造形式所组成的钢纤维绿色混凝土叠合板受弯性能差异.开展了6块钢纤维增强绿色混凝土叠合板和2块普通混凝土叠合板足尺试件的抗弯性能对比试验.得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-跨中板底受力钢筋应变曲线及荷载-跨中板顶面混凝土压应变曲线等特征参数,对比分析了各试件的破坏机理、变形特征、裂缝分布规律.研究结果表明,钢纤维增强绿色混凝土叠合板与普通混凝土叠合板相比受弯破坏过程类似,均经历了弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段,且裂缝、挠度发展均较为充分,未有突然断裂或沿叠合面出现水平裂缝等破坏现象,均具有较好的延性;同时,不同的预制底板构造形式对叠合楼板的受弯性能也有较大影响,其中配置钢筋桁架的叠合板,尤其是附肋钢筋桁架对叠合板的受力性能有较为显著的提高;开裂荷载及极限承载力计算应考虑构造形式及不同混凝土材料预制底板对所组成叠合板受弯性能的影响.     

铝-木组合梁受弯性能研究

提出一种以T型带肋定向结构刨花板(oriented strand board,OSB)为骨架,梁腹板下表面与铝板通过螺钉连接组成的铝-OSB板T形截面带肋组合梁(简称为铝-OSB板组合梁)。以组合梁的腹板高度和铝板厚度为参数,设计了4根铝-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对各个试件进行抗弯性能的试验,观察在各级荷载作用下试件的破坏过程和破坏形态、OSB板和铝板的应变变化以及组合梁跨中挠度的变化规律。建立ABAQUS有限元模型,对比有限元模拟与试验的结果,并且分析不同螺钉间距对组合梁受弯性能的影响。试验结果表明:在达到极限承载力时,各组合梁的铝板均达到屈服应变;组合梁中OSB板和铝板能够同时参与工作,整体工作性能好,组合效应显著;提高组合梁的腹板高度和铝板厚度可以不同程度地提高组合梁的受弯承载力,且腹板高度对组合梁的受弯性能影响远大于铝板厚度对其的影响;有限元分析结果与试验结果吻合良好;基于有限元模拟的分析表明,随着螺钉间距的减小,组合梁的承载力会有所提高。     

复合钢板对GFRP箱梁性能影响

为了克服纯GFRP箱梁刚度低、抗剪能力弱、脆性破坏和初期造价高等缺点,结合钢材刚度大、抗剪能力强、延性好和价格低等优点,提出了一种新型GFRP/钢复合箱梁.以某一特定GFRP箱梁为例,通过理论计算,分别考察了在GFRP箱梁上下翼缘、腹板和全截面中复合钢板后钢板体积比(复合部位钢板体积与总体积之比)对GFRP箱梁性能的影响,同时对比分析了在GFRP箱梁上下翼缘中复合单向CFRP的情况.分析结果表明:复合钢板后,GFRP箱梁的性能得到了大幅提升,总造价却几乎保持不变,同时全截面复合钢板的性能明显优于上下翼缘复合钢板的.     

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗剪强度

为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下的裂缝开展、局部屈曲和竖向抗剪强度,对5根不同UHPC翼板层厚和钢箱不同充填HSC高度的组合梁试件进行反置正向加载,得到了试件在加载过程中的破坏过程、荷载-裂缝宽度曲线、荷载-跨中挠度曲线、跨中应变分布和腹板应力应变等并进行分析。结果表明：相比于NC翼板试件, 半UHPC和全UHPC翼板试件其抗剪承载力提升不大,仅8.3%和11.6%;相比于未充填试件,半充填和全充填试件其抗剪承载力分别提升了61.7%和87.2%。用UHPC替换部分NC翼板后试件能很好地控制裂缝发展,钢箱内充填HSC能有效地减小腹板局部屈曲。考虑翼板、钢梁和充填HSC对抗剪承载力的贡献,通过分项叠加法确定试件的抗剪承载力计算方法,能较准确地计算试件的抗剪承载力。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过两根简支梁的试验,研究了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能.试验结果表明,经碳纤维布加固后的钢筋混凝土梁的开裂载荷、极限载荷和刚度均有不同程度的提高,裂缝宽度明显减小.另外,针对试验中加固梁破坏时碳纤维强度并未完全发挥这一现象,提出在实际加固应用中应考虑适当的碳纤维强度利用系数.     

钢箱-混凝土组合梁力学性能分析与试验研究

通过对4个钢箱-混凝土组合梁和两个空钢箱梁的抗弯承载能力试验研究,考察了钢箱-混凝土组合梁的力学性能.试验结果表明,钢箱-混凝土组合梁具有较高的承载能力、刚度以及良好的延性.用数值积分方法,考虑材料非线性,对钢箱-混凝土组合梁受力全过程的行为进行了理论分析,分析结果与试验结果基本相符.提出了梁抗弯承载能力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。     

截面形式对R UHPC梁抗弯承载力的影响

为明确截面形式对UHPC抗拉强度在钢筋超高性能混凝土(R-UHPC)梁抗弯承载力贡献的影响,考虑实测得到的7种不同钢纤维掺量UHPC的抗拉和抗压性能,对矩形、箱形和T形R-UHPC梁进行抗弯承载力计算,构建并分析抗拉强度贡献率、抗压强度利用率等指标.结果表明:UHPC根据其硬化段长短和其极限应变与钢筋屈服应变的关系,可划分为U0、 U1和U2类材料. UHPC抗拉强度的贡献率与截面形式有关:矩形梁箱形梁T形梁,对U1和U2类UHPC的矩形梁或箱形梁,宜考虑其抗拉强度对梁抗弯承载力的贡献.材料设计时,若考虑UHPC抗拉强度的作用,宜采用U2类材料.截面设计时, UHPC抗拉强度的贡献,矩形梁应考虑,箱形梁可考虑, T形梁可不考虑,宜采用箱形、 I形或工形梁截面以提高抗拉强度贡献. UHPC抗压强度利用率,随纤维掺量的增大而下降,利用率在45.5%～60.2%范围.工程应用时,可应用UHPC-NC叠合梁或预应力UHPC梁以提高抗压强度利用率.     

新型外包钢组合梁框架结构抗震性能试验

为克服普通组合框架结构体系存在的缺点,首次提出新型外包钢混凝土组合梁-型钢混凝土柱组合框架结构体系.设计制作了一榀单跨两层型钢混凝土柱-外包钢混凝土梁的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验.试验表明,该榀组合框架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等均满足延性框架的抗震要求,且模型框架的有效延性系数达到了7.5.新型型钢混凝土组合柱-外包钢混凝土组合梁框架结构的抗震性能优于钢框架结构和钢筋混凝土柱-钢梁框架结构,可在中高层建筑中推广应用.     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.     

UHPC预制拼装综合管廊的抗弯性能试验

针对预制拼装RC管廊自重大和吊装难的问题,通过试设计UHPC预制拼装管廊主体构造,并进行1:2模型的静力试验,得到了各级荷载作用下UHPC综合管廊的顶板、底板和侧墙的破坏形态、荷载-变形关系、钢筋和混凝土应变,并对整体受力机制、破坏模式和极限承载力进行了分析。结果表明,UHPC管廊重量可减少30%,破坏模式与RC管廊基本一致,均为弯曲破坏,但UHPC管廊的开裂荷载和变形能力明显提高。在实测数据的基础上,通过简化拉压区应力分布图形,建立UHPC综合管廊抗弯极限承载力的计算方法,得到的计算值与实测值吻合良好,误差在10%左右。提出的计算公式可为UHPC综合管廊的设计计算提供参考。