组合梁斜拉桥有效宽度系数及实用计算方法

为了掌握组合斜拉桥主梁混凝土桥面板在轴向力和弯矩共同作用下有效宽度系数沿跨长方向的分布规律,进行了空间有限元计算,提出了斜拉索水平轴向力作用下混凝土桥面板有效宽度系数沿跨长方向分布曲线计算公式.同时,通过理论分析得出了弯矩作用下混凝土桥面板有效宽度系数计算方法.研究结果表明:斜拉索水平轴向力在混凝土桥面板中的传递角度可取28°;综合考虑轴力和弯矩复合作用的有效宽度系数实用计算方法,能够准确反映组合斜拉桥混凝土板的应力状态,对保证结构安全、改进设计方法具有重要参考价值.     

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.     

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—混凝土组合梁的分析方法

本文对钢—混凝土组合梁在长期荷载作用下的内力和变形的计算方法进行了分析。文中采用按龄期调整的有效模量法并结合有限单元步进法来计算钢—混凝土组合截面的应力和变形,从而将混凝土的收缩徐变等非弹性时效问题转化为相应的弹性计算问题。文末以一组合框架为例,对其在持续荷载作用下的结构内力重分布及截面应力重分布等长期行为进行了分析讨论。     

钢混组合曲线梁桥混凝土桥面板应力空间分布特性

目的研究不同荷载形式下钢混组合梁桥混凝土板应力分布特性.方法以大涧沟大桥为工程背景,采用实体有限元模型分析施工过程对混凝土板剪力滞效应的影响,探讨汽车荷载作用下混凝土桥面板剪力滞-轮载局部综合效应和偏载效应.结果考虑施工过程后组合梁桥控制截面的剪力滞系数均有不同程度的增大,且支点截面的剪力滞系数增幅更大;受弯扭耦合效应影响,组合梁桥活载剪力滞效应将更为显著,剪力滞-轮载局部综合影响系数甚至超过2.0,支点截面处桥面板剪力滞-轮载局部效应大于跨中截面,且边跨的剪力滞-轮载局部综合效应明显大于中跨.结论剔除剪力滞-轮载局部效应后,控制截面的偏载系数仍可能超过1.2,大于设计中采用的经验系数1.15,且越靠近中跨汽车活载的偏载效应愈发显著,建议设计中应予以充分考虑.     

一种计算组合梁徐变和收缩效应的新方法

为准确方便计算钢-混凝土组合梁徐变和收缩效应,预估组合梁的长期力学性能,采用直接法推导了组合梁材料换算系数、徐变调整系数和收缩调整系数,获得组合梁时随应力公式,可根据材料力学中单一材料的力学公式计算组合梁截面应力.算例分析表明:采用直接法计算组合梁截面纤维应力结果与采用内力分配法计算的结果符合性很好.直接法适用性非常广,适用于正弯矩下的简支组合梁、框架组合梁和预应力组合梁等,根据不同的约束形式和荷载类型给定组合梁截面形心处的内力值,可计算相应的时随调整系数、截面应力和应变.该方法简单实用,是对组合梁长期力学计算方法的一种有效补充,可直接应用于工程实用计算.     

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.     

长联预应力混凝土连续梁桥拼接问题分析

为研究长期荷载对拼宽长联桥变形的影响,以"新、旧桥梁的上部结构连接,下部结构不连接"为原则进行拓宽的三座长联预应力混凝土梁桥为研究对象,建立三维杆系有限元模型,分析了长期荷载对新、旧主梁纵、横桥向的影响,并对混凝土收缩和徐变引起的长联桥梁结构变形的实测结果与有限元结果进行了对比分析。分析结果表明:《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的计算方法能较准确地计算混凝土收缩和徐变所引起的结构变形;长期荷载使沿纵桥向全部拼接后的主梁产生较大的横桥向位移,引起的结构变形最大值均出现在桥台或一联的过渡墩位置;由混凝土收缩引起的横桥向位移占选取的长期荷载产生的横桥向位移的68.58%。混凝土收缩是影响拓宽长联桥横桥向变形的最主要因素。     

后结合预应力组合梁桥的混凝土预应力实效测试与分析

为了研究后结合预应力法在组合结构连续梁桥中的应用效果,并与常规预应力组合梁的预应力实施情况进行比较,基于换算截面法分别推导了后结合和常规结合连续组合梁桥的中支点截面应力计算公式,结合国内首座大跨度后结合预应力组合连续梁桥开展实桥受力性能测试,测量负弯矩区中支点截面在各施工工况中的应力状态。测量结果表明：后结合预应力法不会在钢梁中产生压应力,有效提升了预应力在混凝土中的施加效率,后结合法产生在混凝土中的预压应力是常规预应力法的1.3倍。计算分析表明,采用后结合预应力法在跨径70 m以下连续组合梁中可以实现混凝土桥面板为全预应力状态,在跨径110 m以下连续组合梁中可以实现混凝土不开裂的A类预应力状态。     

钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分方法

为深入了解混凝土收缩徐变对钢-混凝土组合梁力学性能的影响,采用随时间变化的换算弹性模量法建立了钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分模型,得到了组合梁内力、挠度和钢-混凝土界面滑移的微分控制方程.根据边界条件,给出了内力、变形及钢-混凝土界面滑移等各项力学性能指标的闭合解.为验证增量微分方法的正确性,对试验梁和算例梁进行了跨中挠度-时间曲线、沿梁高应变分布及梁端钢-混凝土界面滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的增量微分法与试验值和其他计算方法的计算结果吻合较好,可以有效地预测钢-混凝土组合梁的长期力学性能.     

一种计算支座约束影响下连续组合梁徐变次内力的解析方法

为合理方便地计算支座约束影响下连续组合梁的徐变效应,预估组合梁长期力学性能,基于力法基本原理和混凝土徐变本构方程,分解了连续组合梁截面应力重分布和结构支座约束内力重分布的耦合关系,推导了连续组合梁在支座快速约束和缓慢约束两种情况下的徐变次内力解析公式,并通过理论和数值方法对算例进行分析.计算表明:徐变对支座沉降约束起有利作用,组合梁徐变次弯矩受截面内部应力重分布影响,受重分布系数控制,随组合梁截面混凝土与钢梁的刚度比变化,内部应力和外部内力相互影响,且与徐变系数和老化系数相关.采用该方法可较方便地计算连续组合梁在支座约束变化下的内力,公式推导建立在清晰的力学基础上,计算结果能较有效地反映组合梁力学特征,是对组合梁长期力学性能计算方法的一种有效补充.      

桥面板徐变对曲线组合梁桥剪力钉受力性能的影响

钢-混组合梁桥中桥面板与钢主梁通过剪力键连接,混凝土板徐变效应会对剪力键内力产生影响。为探究这种影响,本文以某座钢-混组合曲线梁桥为背景,使用ANSYS建立精细化实体有限元模型,按金属蠕变原理模拟混凝土板徐变效应,在考虑施工阶段的基础上研究混凝土板徐变效应下剪力钉的力学行为。研究表明：钢纵梁处剪力钉横桥向徐变内力约为顺桥向2.0倍,但徐变内力变化趋势均相同即每跨跨中向两侧支点逐渐递增,徐变内力极值均出现在支点湿接缝附近剪力钉上。钢横梁剪力钉横桥向、顺桥向内徐变内力均由横截面中线向两侧逐渐增加,但受“弯扭耦合”影响,横梁内、外侧剪力钉徐变内力相反。徐变影响下全桥剪力钉顺桥向徐变滑移分布较横桥向更加均匀,绝大多数剪力钉顺桥向徐变滑移量仅为横桥向的30%~50%。混凝土板徐变效应对剪力钉内力影响随时间的增加而减弱,内力影响最大是成桥初期3个月;增加混凝土板预制龄期可显著降低成桥时剪力钉的徐变内力,推荐采用龄期为180d的桥面板,并计入10年徐变效应可满足工程要求。     

钢-活性粉末混凝土组合梁的极限承载力

对于连续体系的钢.普通混凝土组合梁,处于负弯矩区的混凝土桥面板由于抗拉强度低,极易受拉开裂,导致组合梁的强度与耐久性下降.针对这一问题,提出了采用超高强度、高耐久性、高韧性且体积稳定性良好的活性粉末混凝土(RPC)材料代替普通组合梁中的混凝土桥面板,并根据RPC材料的本构关系及抗拉强度高的特点,确定以临界开裂状态作为这种新型钢,RPC组合梁的正截面破坏模式,推导了极限承载力计算公式,并对组合截面中RPC板与钢梁的高度比、宽度比、RPC板中的配筋率进行了参数影响分析.结果表明:钢.RPC组合梁与同条件的普通组合梁相比,在保证负弯矩区桥面板不开裂的情况下,极限承载力仍有所提高,并且结构的抗裂性、刚度和耐久性都可得到极大改善.     

考虑滑移效应的钢-混组合梁非线性有限元研究

混凝土桥面板和钢梁之间的剪力连接件能协调混凝土翼板和钢梁的变形,保证钢梁和混凝土桥面板产生组合效应共同工作,但绝对刚性的连接件并不存在,无论是完全剪力连接还是部分剪力连接都存在纵向界面滑移。纵向界面滑移使截面的实际弹性弯矩小于采用换算截面法的弯矩计算值,同时使构件的挠度和应变增大,所以不考虑纵向滑移就不能真实、准确地反映组合梁的受力性能。基于Newmark几何模型,将混凝土板和钢梁以及剪力连接件按一整体单元考虑,采用T.L列式增量法,推导了考虑纵向滑移效应的非线性钢-混组合梁单元模型,并描述和定义了所采用的组合梁各个构件的材料非线性本构关系,最后通过算例验证了所推导方法的准确性。     

静力荷载作用下组合梁的受力性能

针对普通钢-混凝土组合梁存在的一些问题,例如跨度小、承载力低、抗震能力弱、容易掀起和延性小等特点,提出了一种新型的组合梁——外包钢-钢筋混凝土组合梁,并进行了四根足尺简支梁的试验研究,通过对试件荷栽一位移曲线,荷栽一应变曲线和应变沿截面高度分布的分析,结果表明外包钢一钢筋混凝土组合梁有较优越的力学性能和良好的应用前景．与传统的工字钢一钢筋混凝土组合梁比较,其抗弯承载能力强,延性好,适用于跨度较大的结构;填充混凝土对防止钢梁发生局部失稳起到了良好的作用;对于完全剪切连接组合梁,截面平均应变基本符合平截面假定,对于部分剪切连接组合梁,截面应变不符合平截面假定．采用双梁模型对外包钢一混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合．     

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.     

剪力钉刚度对组合梁斜拉桥受力性能的影响研究

结合某斜拉桥实际工程,建立了考虑界面粘结滑移的有限元仿真模型,分别研究了不同剪力钉刚度对组合梁斜拉桥界面滑移、挠度、应力应变特性以及极限承载能力的影响.结果表明:剪力钉刚度对组合梁界面滑移值以及桥梁竖向挠度均有影响,界面滑移值和桥梁的竖向挠度均随着剪力钉刚度的减小而增大,当界面无剪力钉时,其跨中挠度增幅达22.2%.应变沿梁高的分布规律偏离平截面假定的程度随着剪力钉刚度的减小而增大,随着剪力钉刚度的减小,组合梁截面中和轴下移,将导致混凝土出现受拉的情况.剪力钉刚度对组合梁斜拉桥的极限承载能力影响较大,当混凝土板和钢梁界面无剪力钉时,结构的活载系数和整体安全系数减小约一半.     

车辆荷载和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度计算分析

目的研究车辆和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度的计算方法.方法选取国内某大桥主跨建立节段钢箱梁有限元模型和单个U肋模型,对车辆荷载纵桥向和横桥向加载形式、计算截面位置及加载位置进行分析.结果当车辆相邻车轮横向间距为1.3、1.8、2 m时,其有效工作宽度未发生重叠,可采用横向单侧车轮加载计算钢桥面板的有效工作宽度.当车辆纵向轴距为1.2 m和1.4 m时,其前后轴的作用效应发生重叠,因此需考虑前后轴共同作用计算钢桥面板有效工作宽度.在靠近中腹板各600 mm左右,中腹板附近U肋下缘应力变化很大,在55.4%左右,超出这个范围U肋下缘应力变化很小,各U肋下缘应力值在5.2%左右变化.相对于顶板厚度为16 mm模型,不同顶板板厚的U肋下缘应力、顶板应力和桥面板变形的有效工作宽度系数变化分别在20%、2%、14%以内.结论提出的钢桥面板顶板有效工作宽度和U肋下缘应力有效工作宽度及变形有效分布宽度计算方法,为钢桥面板第二体系与疲劳的计算提供简便方法.     

自重和索力偏差对混凝土斜拉桥施工受力状态的影响

采用分段浇筑施工的混凝土斜拉桥的施工状态受到诸多不确定性因素的影响,仅根据现有规范按照确定性方法来计算其承载力及使用性能是不安全的.为了研究混凝土斜拉桥在施工阶段不确定性因素影响下的受力状态,将混凝土自重和施工张拉索力作为变量,采用拉丁超方抽样法对一座混凝土斜拉桥进行了分析.分别研究了在上述两类变量单独和组合作用下桥梁的状态,统计了在给定分布的变量作用下的截面边缘应力的分布规律,分析了不同的索力张拉误差对桥梁应力状态的影响,最后给出了指定截面边缘正应力施工阶段可靠度随索力张拉误差的变化规律.分析得到:自重偏差和索力张拉误差对结构施工状态有很大影响,而且影响的部位不相同;施工阶段应尽量降低索力张拉误差,以减小应力的变异;在前期设计时很有必要进行不确定性分析,以了解结构可能出现的状况,避免发生施工事故.