Influence of group studs layout style on static behavior of steel-concrete composite small box girder models

设计制作4片具有不同栓钉布置方式的钢-混凝土组合小箱梁模型进行试验研究,并进一步采用有限元法,考虑组合梁材料的本构关系和接触问题等,对其从弹性荷载至极限荷载下的受力行为进行分析,得到从开始加载至极限荷载下各模型梁的荷载-挠度曲线、跨中钢梁底板应变随荷载的变化曲线和弹性阶段钢梁与混凝土板相对滑移的分布,以及组合梁的屈服荷载、极限荷载和破坏时混凝土板的应力云图等。与试验测试结果的对比表明,采用群钉布置的快速施工组合梁达到完全抗剪要求时,组合梁承载能力与焊钉数量和布置型式关系不大,按照文中建立的有限元模型能较好地分析预测快速施工不同群钉设计参数下钢-混组合梁的屈服荷载和极限荷载。     

钢-混凝土简支组合梁的恢复力模型

根据5根不同剪力连接度钢-混凝土简支组合梁在低周竖向反复荷载作用下的恢复力特性试验结果,对不同剪力连接度组合梁的屈服荷载、屈服挠度、极限荷载、极限挠度及平台荷载进行分析,建立简支钢-混凝土组合梁正向加载和反向加载的骨架曲线模型,并提出统一的实用计算公式,根据试验结果,建立简支组合梁的荷载-挠度恢复力模型的滞回规则.     

预制装配式栓钉连接件钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为适应装配式钢-混凝土组合梁的发展需求,研究了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填充高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁.通过梁式试验获得了该装配式组合梁的极限承载力、荷载-挠度关系、界面荷载-滑移关系以及截面的应变分布规律,并与普通现浇钢-混凝土组合梁的抗弯力学性能进行对比分析.试验结果表明:所有试验组合梁均发生弯曲破坏,装配式组合梁的抗弯承载能力稍好于现浇组合梁的抗弯承载能力.采用我国现行《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)的组合梁塑性设计方法可偏于安全地预测该装配式组合梁的抗弯承载力,该组合梁预制装配方法可供工程实践参考.     

开口截面钢-混凝土组合梁受扭的试验分析

为研究钢-混凝土组合梁在不同加载方式下的受扭性能,完成了6根钢-混凝土组合梁的弯扭试验和纯扭试验,其中2根梁的扭矩直接作用于工字钢梁上,其余4根梁则由钢梁和混凝土翼缘板作为整体共同受扭。试验结果表明,当扭矩直接作用于钢梁上时,混凝土翼缘板通过栓钉对钢梁的扭转提供约束,从而使钢梁的抗扭承载力比纯钢梁的提高2倍以上。在试验参数相同时,混凝土翼缘板和钢梁作为整体复合受扭时组合梁的开裂扭矩及极限抗扭承载力比扭矩直接作用于钢梁时的分别提高86%和39%。分析了两种不同加载方式下钢-混凝土组合梁受扭和受弯承载力的变化。建立了扭矩直接作用于钢梁上时极限扭矩的计算模型及计算公式。对整体受扭时组合梁的弯矩相关性进行了分析,并建立了相关曲线公式。计算结果与实测值吻合较好。     

钢—压型钢板混凝土组合梁非线性分析

用ANSYS程序对4个简支钢-压型钢板混凝土组合梁试件的受力性能进行非线性分析,在组合梁的有限元模型中,采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移;梁单元来模拟混凝土所受到的栓钉对其的局部压力;非线性材料本构模型考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性。通过与试验结果的对比分析发现该模型可以准确地模拟出钢-压型钢板混凝土组合梁的荷载-挠度曲线、交接面荷载-滑移曲线以及压型钢板组合板的开裂过程,因此,可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能。     

接触爆炸荷载下钢-混凝土组合梁的破坏模式研究

运用LS-DYNA软件对接触爆炸荷载下钢-混凝土组合梁的破坏形式进行了数值分析,研究了混凝土板的破坏过程及梁的破坏模式.结果表明,钢-混凝土组合梁以局部变形为主,混凝土易于破碎,钢梁与混凝土板易丧失共同工作的能力,而接触爆炸荷载下钢-混凝土组合梁主要有三种不同的破坏模式,分别为混凝土板的破碎、钢梁的局部大变形和荷载作用区的局部冲切破坏.     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。     

外包钢-混凝土组合梁的试验研究和理论分析

外包钢-混凝土组合梁是一种新型的组合梁,为了研究其受力性能和破坏模式,进行了三根足尺简支梁的试验研究。通过对构件荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线及应变沿截面高度变化的分析,认为外包钢混凝土组合梁具有较优越的工作性能,其力学性能介于钢梁和普通钢筋混凝土梁之间。采用组合梁弹塑性理论,用积分的方法计算梁的屈服荷载和极限荷载,与试验结果比较吻合。提出了该种组合梁的一些构造措施。     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。     

钢-混凝土组合梁的简化非线性模拟

建立有效的宏观模拟方法,研究钢-混凝土组合梁的非线性性能,考虑了材料非线性和混凝土板与钢梁之间的表面滑移。通过组合梁宏观模拟和试验的对比,分析了这种方法的有效性。对单调正、反弯曲下的4根足尺组合梁进行了试验研究。结果表明:通过宏观模型能获得组合梁的非线性荷载-位移性能的重要特征。宏观模拟方法对简化形式和准确度做了权衡,是进行有限元分析的可行方法。采用数值宏观模型,进行负弯矩下钢-混凝土组合梁的参数研究,包含:混凝土板的受压强度、型钢翼缘和腹板的屈服强度、剪切连接程度。最后,对加载过程中的滑移和其对组合梁性能的影响进行了分析。     

Force transfer mechanism in main cable anchorage zone of composite girder self-anchored suspension bridge

为探讨钢-混凝土组合梁自锚式悬索桥中主缆锚固力在主梁中的传递机制,以某大桥工程实例为原型,采用实桥测试试验和有限元法分析对自锚式钢-混组合梁悬索桥主缆锚固区的受力进行研究。结果表明：在恒载作用下,组合梁中混凝土板与钢主梁之间的剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;采用杆系全桥模型与局部精细化模型相结合,可以准确计算组合梁应力状况;主缆锚固力通过锚碇传递至组合梁主梁时,主梁发生纵向压缩与面外弯曲,主要受力构件为钢梁顶板和外腹板,钢梁通过腹板上方剪力钉将部分内力传递至上方混凝土板,在横梁作用下分布在两侧的内力向中间扩散,最终形成截面整体共同受力。     

钢-混凝土组合梁自锚式悬索桥主缆锚固区传力机制研究

为探讨钢-混凝土组合梁自锚式悬索桥中主缆锚固力在主梁中的传递机制,以某大桥工程实例为原型,采用实桥测试试验和有限元法分析对自锚式钢-混组合梁悬索桥主缆锚固区的受力进行研究。结果表明:在恒载作用下,组合梁中混凝土板与钢主梁之间的剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;采用杆系全桥模型与局部精细化模型相结合,可以准确计算组合梁应力状况;主缆锚固力通过锚碇传递至组合梁主梁时,主梁发生纵向压缩与面外弯曲,主要受力构件为钢梁顶板和外腹板,钢梁通过腹板上方剪力钉将部分内力传递至上方混凝土板,在横梁作用下分布在两侧的内力向中间扩散,最终形成截面整体共同受力。     

钢-混凝土-ECC组合梁受弯性能试验研究与有限元分析

为解决连续组合梁桥负弯矩区桥面板易于开裂的问题,提出了适用于连续组合梁桥负弯矩区的钢-混凝土-ECC组合桥面结构,将表面一定厚度的混凝土替换为混杂纤维ECC,提高连续组合梁桥负弯矩区耐久性。设计并完成了2根钢-混凝土-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁的静力单调加载试验。结果表明：在纵向配筋相同的情况下,ECC组合桥面结构的屈服荷载和极限荷载高于传统组合结构的,开裂荷载远高于传统组合结构的,且裂缝数量减少、宽度减小。基于试验数据,对GB 50017—2017《钢结构设计标准》中组合梁负弯矩受弯承载力计算方法进行了修正并验证,计算值与试验值吻合良好。利用ABAQUS软件建立了钢-混凝土-ECC组合桥面结构有限元模型,进行试验模拟和参数分析,研究发现ECC厚度增加对各项指标提升效率呈下降趋势;配筋率与各项指标成正比;在短期荷载作用下,2层配筋的组合梁开裂荷载与3层配筋的组合梁接近,但屈服荷载和极限荷载有明显提高。     

栓钉连接件时变受剪承载力对组合梁施工阶段受力性能的影响

为了对钢-混凝土组合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,针对我国常用的隔板式组合梁,通过推出试验研究栓钉连接件受剪承载力随混凝土龄期的变化规律,采用ANSYS有限元分析软件分析栓钉连接件时变受剪承载力对某连续曲线组合梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明：在混凝土龄期很短时栓钉连接件就具有一定的受剪承载力和抗剪刚度,且早期增长快,后期增长慢;混凝土板分段浇筑时组合梁的应力和变形随浇筑时间间隔的增加逐渐减小,在本文实例中,与不考虑浇筑过程中混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为6 h的组合梁径向变形减小26.5%;与考虑28 d龄期混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为3 d的组合梁切向应力增大14.2%。因此,当组合梁混凝土板浇筑时间间隔在6 h至3 d之内时,均应采用栓钉连接件的时变受剪承载力来分析浇筑过程中混凝土与钢梁的时变组合作用对组合梁施工阶段受力性能的影响。     

钢-高强混凝土组合梁的试验研究

为了研究钢-高强混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,本文完成了8根钢-高强混凝土组合梁在跨中两点对称荷载作用下的试验,对其受力性能进行了分析,并探讨了翼缘板混凝土强度、钢梁屈服强度和翼缘板宽度对组合梁正截面受弯承载力、延性的影响。结合试验结果和理论分析,对现行规范中组合梁正截面受弯承载力计算公式进行了补充修正,以拓宽计算公式中翼缘板混凝土强度的适用范围,为高强混凝土在钢-混凝土组合梁中的应用提供设计依据。     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明:预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

不同材料胶结层对组合梁粘结性能影响的试验研究

为研究不同胶结层材料对装配式混合连接钢-混凝土组合梁受力性能及粘结性能的影响,设计制作了2根3 m跨径的试验梁进行静载试验。胶结层材料分别为环氧砂浆和C60水泥基灌浆料,其它参数不变。通过试验对比分析了试件的破坏模式、极限承载力、荷载-挠度曲线、荷载-滑移曲线和沿梁高应变曲线。研究表明,在弹性阶段,C60水泥基灌浆料的最大滑移量仅为环氧砂浆的62.7%,采用C60水泥基灌浆料作为胶结层在弹性阶段可以明显减少混凝土板与钢梁之间的滑移量,粘结性能更优;在塑性阶段,C60水泥基灌浆料的滑移量急剧增大,因此破坏阶段时环氧砂浆的粘结力稍强。     

被动式节能钢-混凝土组合梁结构的受力性能研究

设计了4组外包花纹钢-混凝土组合梁,研究了组合梁的荷载-挠度、荷载-应变和应变沿截面高度的分布曲线,并进行了相应地受力分析。结果表明,4组外包花纹钢-混凝土组合梁的破坏形式都为受弯破坏,梁端未见明显滑移;CACC-1、CACC-2、CACC-3和CACC-4组合梁混凝土翼板中钢筋屈服载荷作用时的实测挠度与组合梁极限载荷时的实测挠度的比值δ_(ut)/δ_(yt)分别为1.698、1.819、2.275和3.208,在负弯矩作用下,CACC-4组合梁的延性相对较差;同一截面不同位置的荷载-应变曲线可以较好的吻合,表明加载过程中钢梁底板不同位置的受力分布较为均匀;4种组合梁在有效宽度范围内的剪力滞后现象并没有影响到混凝土翼板中受力钢筋的共同作用效果;组合梁中配筋率的增加对开裂载荷不会造成明显影响,但是在相同载荷条件下,配筋率的变化会影响裂缝的产生和发展,组合梁混凝土翼板中配筋率愈大则对跨中裂缝的束缚作用愈强。     

栓钉锈蚀钢-混凝土组合梁有限元分析

为研究锈蚀对于钢-混凝土组合梁受负弯矩的力学性能影响,采用ABAQUS有限元分析软件建立7个组合梁模型。通过对7个模型施加负弯矩荷载,研究锈蚀对组合梁的力学性能影响规律。分析结果表明:随着栓钉锈蚀率的增加,组合梁刚度出现明显降低;钢梁-混凝土之间的滑移增大,组合梁极限承载力呈现下降趋势,但下降程度较少。