体外索钢箱-混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2.8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29.35%,承载力提高34.67%,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

体外预应力钢-混凝土组合梁负弯矩区的承载力研究

通过体外预应力组合梁的承载力试验,研究了负弯矩作用下体外预应力组合梁的开裂和极限承载力。研究结果表明:对负弯矩区组合梁施加体外预应力后,可有效提高截面的开裂弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的预应力增量很小,可忽略。一般情况下,对负弯矩截面施加体外预应力,不会提高截面的屈服承载弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的极限承载力受失稳控制。把预应力作用作为等效荷载,探讨组合梁失稳承载力的计算方法,采用BS5400:Part3方法计算了预应力组合梁的失稳临界弯矩。     

超高性能混凝土翼板-窄幅钢箱组合梁双重组合作用试验与有限元分析北大核心CSCD

对于部分填充混凝土式窄幅钢箱连续组合梁裂缝控制问题,对3根混凝土翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁进行了静力加载试验。试验结果表明:组合梁负弯矩区承载性能得到明显改善,但翼板裂缝控制效果不明显。基于超高性能混凝土(UHPC)良好的裂缝控制能力提出将部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁翼板替换为UHPC翼板,形成UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁。采用ABAQUS有限元软件建立了5种组合梁的精细化模型,分析了组合梁全过程受力性能。结果表明,UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱组合梁的开裂弯矩与截面承载能力显著提高,各组合梁翼板与钢梁交界面间的滑移差距不大。考虑到经济因素,为提升组合梁负弯矩区截面的开裂弯矩,应适当增加UHPC的板长,减小板厚。     

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明：在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54．15％,极限强度提高27．72％。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。     

钢-混组合梁桥负弯矩区裂缝控制研究综述

钢-混组合连续梁桥负弯矩区存在混凝土板受拉、钢梁受压的不利区域。尤其是混凝土板的开裂会造成钢筋锈蚀、刚度降低的严重问题。为保障组合结构桥梁的安全与耐久性,在钢-混组合连续桥梁的设计与施工中,需对组合梁负弯矩区混凝土板的裂缝进行控制。文中从组合梁桥负弯矩区混凝土板的开裂机理,裂缝宽度影响因素以及裂缝控制措施三方面进行综述。希望能对组合梁桥负弯矩区混凝土的裂缝控制有所帮助。     

部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁竖向抗剪试验研究

钢–混凝土组合结构因其轻质高强、施工方便等特点得到了广泛的运用,提出一种新型部分充填式钢箱–混凝土组合连续梁。为了分析组合连续梁的中支座在负弯矩作用下的受力全过程特征、延性、截面刚度变化及竖向抗剪强度,对两根不同中支座混凝土充填形式连续梁试件进行抗剪试验研究。试验结果表明:充填的核心混凝土对钢箱腹板抗局部屈曲能力的提高和承担抗剪起到了重要作用。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板徐变效应研究

针对混凝土徐变易引起钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土桥面板开裂问题,运用Midas/Civil建立6×85m港珠澳大桥钢-混组合连续梁桥有限元模型,分析负弯矩区混凝土桥面板徐变对主梁结构影响的规律。结果表明:混凝土徐变作用下,成桥前3年负弯矩区混凝土桥面板压应力下降较快,10年时最大压应力为-3.2 MPa;成桥10年边跨主梁最大挠度为-17.67mm,其中前3年主梁变形达到93.04%。说明徐变对港珠澳大桥钢-混组合梁桥成桥前3年影响最为显著,成桥10年内负弯矩区混凝土桥面板一直处于受压状态。     

Field validation of UHPC layer in negative moment region of steel-concrete composite continuous girder bridge

Improving the cracking resistance of steel-normal concrete (NC) composite beams in the negative moment region is one of the main tasks in designing continuous composite beam (CCB) bridges due to the low tensile strength of the NC deck at pier supports. This study proposed an innovative structural configuration for the negative bending moment region in a steel-concrete CCB bridge with the aid of ultrahigh performance concrete (UHPC) layer. In order to investigate the feasibility and effectiveness of this new UHPC jointed structure in the negative bending moment region, field load testing was conducted on a newly built full-scale bridge. The newly designed structural configuration was described in detail regarding the structural characteristics (cracking resistance, economy, durability, and constructability). In the field investigation, strains on the surface of the concrete bridge deck, rebar, and steel beam in the negative bending moment region, as well as mid-span deflection, were measured under different load cases. Also, a finite element model for the four-span superstructure of the full-scale bridge was established and validated by the field test results. The simulated results in terms of strains and mid-span deflection showed moderate consistency with the test results. This field test and the finite element model results demonstrated that the new configuration with the UHPC layer provided an effective alternative for the negative bending moment region of the composite beam.     

钢-高强混凝土组合梁抗弯承载力分析简

钢一高强混凝土组合梁抗弯承载力对组合梁的结构设计很关键,组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其承载力必然受到一定的限制,此外,在连续组合梁的负弯矩区,随着荷载不断增加,整个结构就会在负弯矩区会发生破坏。为了避免这种破坏的产生,利用通用有限元程序SAP2000对钢一高强混凝土组合梁进行了抗弯承载力分析,研究其抗弯承载力的影响因素,有利于确保钢一高强混凝土组合梁的安全性。     

钢箱-混凝土组合梁弯曲性能试验研究

基于当前钢-混凝土组合结构和钢管(方)混凝土结构在用于梁类结构方面存在纵向滑移和受拉区混凝土增加了结构自重等问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁。并通过5根钢箱-混凝土组合梁及2根空钢箱对比梁的模型试验,研究其弯曲性能。试验研究表明:钢箱-混凝土组合梁具有良好的抗弯性能和延性,符合平截面假定,极限承载力提高显著,试验中测试还表明钢箱中的混凝土与钢箱在受弯过程中纵向有明显的相互剪切作用,有利于充分发挥钢与混凝土各自力学性能。     

Experimental study of prestressed steel-concrete composite beams with external tendons for negative moments

Four groups of prestressed steel-concrete composite beams with external tendons in negative moment regions were tested, and the cracking behaviours and the ultimate negative moment resistances of the composite beams were investigated experimentally. It is found that in hogging moment regions, on adding prestressing to the composite beams with external tendons, the cracking resistance of the beams can be effectively increased; however, the incremental internal tendon forces of the prestressed composite beams are rather small, and therefore can be neglected in the evaluation of the negative moment resistance of the beams. In hogging moment regions, the ultimate resistance of a composite beam prestressed with external tendons is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode composed of the two bucklings. For a beam with a compact section, the negative bending moment can reach the plastic moment when the steel section is fully plastic, and for a non-compact section, the negative bending moment is limited to the yield moment at which the compression steel flange initiates yield. The method for evaluating the buckling resistance of the composite beams is discussed, and a tentative design method based on BS5400: Part 3 is proposed to assess the buckling resistances of the prestressed composite beams.     

Behavior of steel-concrete composite cantilever box beams under negative moment

Four steel-concrete composite cantilever beam specimens were tested to investigate their mechanical behavior under negative moment induced by concentrated loads at the ends of the beams. The failure modes, serviceability and ultimate bearing capacities of the composite beams with full shear connection were studied. The crack initiation and propagation were investigated with consideration of two types of shear connectors. Three kinds of longitudinal reinforcement ratios were also examined. The experimental results indicate that an increase in the reinforcement ratio is beneficial to the bearing capacity of the composite beams to some extent and that the shear stud connector is superior to the steel block connector with regards to the serviceability of the beams. Two numerical models, which were based on a concrete material model and an elasto-plastic material model, were employed to simulate the behavior of steel-concrete composite beams. The numerical calculation results show that the combination of the two models can be used to predict the longitudinal cracking load and ultimate bearing capacity of composite cantilever beams. Based on the experimental and numerical results, it was found that the ultimate bearing capacity of a steel-concrete composite beam under negative moment can be significantly affected by longitudinal cracks in the concrete slabs. An equation to predict the longitudinal cracking load of a composite cantilever beam under negative moment by concentrated load was proposed and found to have good accuracy.     

钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。