斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

钢-混凝土混合梁接合面受力分析

应用大型空间有限元软件ABAQUS对某大桥混合梁钢—混接合段模型进行分析,探讨了接合面上接触摩擦作用对接合面受力的影响以及剪力钉受剪规律.结果表明:钢-混接合面位置、构造形式、传力均较合理;考虑接触摩擦会降低剪力钉受到的剪力,但不影响钢和混凝土箱梁以及剪力钉群的内力分布规律;接合面的剪力钉离中和轴越远受到的竖向剪力越大,实际应用中应加以重视.     

钢箱-砼组合结构PBH剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的PBH剪力键(Perfobond Hoop, 以下简写为PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现“两端大中间小”的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。     

钢箱-砼组合结构带孔加劲肋套箍剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的带孔加劲肋套箍(PBH)剪力键(perfobond hoop,PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现"两端大中间小"的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。     

大跨连续梁桥钢-混结合段抗弯性能试验研究

为探究钢-混结合段的受力特征,设计制作了缩尺比为1∶3的主梁钢-混结合段试验模型（长×宽×高：6.0 m ×1.722 m ×2.0 m）,并进行了四点弯曲负弯矩受弯性能试验,分析比较了不同荷载加载工况作用下钢-混结合段的受力情况和传力机理,基于模型试验,采用ABAQUS软件对钢-混结合段进行数值分析.研究结果表明：在正常加载和超加载工况下,钢-混结合段各构件应力水平较低,结合段具有较高的安全储备,结合段承载能力满足设计要求,钢箱与混凝土之间共同受力性能良好,钢-混结合段钢顶板、底板和UHPC层所承担的弯矩由钢梁过渡段经承压板向钢-混结合段传递过程中逐渐减小,传力流畅.试验模型钢-混结合段主要由承压板承担荷载,荷载分担比例合理.     

PBL剪力键受力性能研究及其承载力影响因素分析

目的研究混凝土等级,贯穿钢筋直径等参数对于PBL剪力键受力形态及抗剪承载力的影响.方法运用大型非线性有限元分析软件ANSYS12.0对模型进行有限元理论分析,通过单一参数法研究各参数对于剪力键受力性能的影响.结果经分析得出PBL剪力键(开孔钢板连接件)承担的水平、竖向分力均随着贯穿钢筋的直径增大而有所增大;随着贯穿钢筋直径的增大,剪力键混凝土底部的最大应力减小了2.2%,最大滑移减小3.7%;混凝土的强度等级由C30增大到C60后,剪力键的滑移量降低了5.4%,对于抗剪承载力的提高有显著影响.结论剪力键中贯穿钢筋的直径、混凝土的强度等级以及混凝土与钢板的有无粘结均对PBL剪力键的抗剪承载力有显著的影响.     

钢-UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件试验研究

为深入研究钢-超高性能混凝土（UHPC）界面栓钉与PBL混合剪力连接件的抗剪性能,提出实用的计算方法指导工程设计应用,基于实际工程背景,设计了6组共12个模型试件并进行了推出试验. 试验结果表明：1）UHPC中栓钉剪力连接件、PBL剪力连接件、栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移曲线具有相似的曲线特征,均可分为弹性、塑性损伤及破坏三个阶段. 2）在正常使用阶段,混合剪力连接件中栓钉与PBL共同承受荷载,其分担荷载比例与各自刚度成正比. 针对UHPC中栓钉及PBL的抗剪性能进行理论分析,分别提出了UHPC中栓钉以及PBL的荷载-滑移全曲线实用经验公式、抗剪承载力计算式及抗剪刚度建议取值方法等. 分析栓钉与PBL混合剪力连接件中各部分受力分配情况,在荷载按刚度分配原理基础上,提出了UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移全曲线实用经验公式. 最后利用本文提出的UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件实用公式对实桥墩柱进行验算表明,抗剪安全系数为2.17,剪切滑移量为0.04 mm,符合实际工程承载极限状态及正常使用状态的要求. 本文提出了栓钉与PBL混合剪力连接件的计算方法,为其工程应用奠定了基础.     

剪力钉极限承载能力研究进展及分析

剪力连接件是保证钢—混组合结构和混合结构协同工作的关键构件,目前结构中采用较多的剪力连接件为剪力钉.由于现有的规范对剪力钉极限承载力计算各不相同,有必要对剪力钉极限承载力计算方法进行总结和分析,具体将不同规格剪力钉进行推出试验研究,与不同规范计算值进行比较分析.同时,通过非线性有限元对剪力钉受力情况进行数值分析.研究结果表明:1)对于常用规格剪力钉,目前各国规范中剪力钉极限抗剪承载力均低于推出模型试验实测值,对于大尺寸剪力钉和剪力钉成群布置的情况应保守取值,中国《钢结构设计标准》提出剪力钉极限承载力计算公式较为合理;2)通过合理假定,剪力钉非线性有限元模型可以较好地模拟剪力钉推出试件的受力状态,通过有限元计算分析表明,在距剪力钉根部较近部位其承受了较大的剪应力和轴向应力.     

PBL剪力键结构极限承载力及破坏形式研究

文章针对某公路大桥钢-混组合梁结构,设计并制作了2组PBL剪力键结构试件,对其破坏形式、极限承载力与滑移量进行了推出试验研究,分别得到了3孔有贯通钢筋PBL键结构试件和3孔无贯通钢筋PBL键结构试件的极限承载力和载荷-滑移曲线。结果对比表明,有贯通钢筋PBL剪力键结构试件的极限承载力高于无贯通钢筋PBL剪力键结构试件约16.6%;采用非线性有限元法对2种试件分别进行了模拟仿真计算,计算结果与试验结果相对误差均小于7%。     

苏通大桥索塔栓钉剪力连接件的力学性能试验

利用剪力钉将钢锚箱和混凝土塔壁结合形成的一种新型锚固形式开始用于大跨度斜拉桥中.结合苏通大桥工程,进行了4组12个试件不同水平压力下的剪力钉性能试验,试验结果表明,随着压力的增大,剪力钉的极限承载力增加,苏通大桥索塔中,预压力对剪力钉极限承载力影响最大为9.3%.利用3个试件进行了剪力钉基本力学性能的标准推出试验,得到苏通大桥索塔剪力钉的极限抗剪强度、屈服抗剪强度、容许抗剪强度、抗剪刚度等基本力学指标,并将其与国内外其他计算方法进行了比较.     

钢-混凝土组合梁剪力连接件试验研究

钢-混凝土组合梁中剪力连接件的主要作用是为了抵抗钢和混凝土之间的滑移和分离。PBL剪力键是近年来出现的一种新型剪力连接件,国内外虽然对PBL剪力键做了一些研究并取得一定的成果,但是对PBL键的形式、尺寸和相应的承载能力还未作出规定;尤其是对翼缘折形开孔板剪力连接件的力学性能尚未进行研究。试验小梁试件的剪力连接件采用翼缘折形开孔板剪力连接件,通过对波折钢腹板小梁的荷载加载试验来研究该剪力连接件的力学性能。     

基于断裂力学的组合梁栓钉疲劳性能

为研究钢-混凝土组合梁中的栓钉在疲劳荷载作用下的强度及寿命等问题,在有限元静力分析的基础上,根据断裂力学的基本原理,采用合理的假设,推导出了组合梁栓钉的疲劳寿命计算公式。分析结果表明:初始缺陷和应力幅对栓钉的疲劳寿命影响最大,应力上限对栓钉疲劳寿命的影响较小。建议在实际工程中栓钉的应力幅控制在极限抗剪强度的20%以下,应力上限控制在极限抗剪强度的70%以下。     

混合梁斜拉桥钢混结合段试验与传力机理研究

武汉二七长江大桥为三塔混合梁斜拉桥,为验证其主梁钢混结合段构造的合理性,设计并制作了几何缩尺比为1∶3的主梁钢混结合段试验模型.对模型进行了试验研究,分别考察了在正常使用荷载作用下、设计极限荷载作用下及1.7倍设计极限荷载作用下钢混结合段钢构件与混凝土构件的应力分布情况及钢混结合段的承载性能,基于对钢混结合段钢板与混凝土之间2种不同连接方式的假设,分别建立了相应的有限元计算模型,研究2种不同的传力机理.模型试验和有限元计算分析表明：武汉二七长江大桥主梁钢混结合段的承载能力满足设计要求,剪力钉的剪切刚度对钢混结合段的受力与传力影响较大.     

钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的性能试验

对钢与普通混凝土组合梁的栓钉连接件和钢与钢纤维混凝土组合梁的栓钉连接件进行推出试验.研究钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪性能,并和钢与普通混凝土组合梁的栓钉连接件的抗剪性能进行对比.通过比较分析发现:钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪承载力高于钢与普通混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪承载力;钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的极限承载力对应的滑移值明显大于钢与普通混凝土组合梁栓钉连接件的极限承载力对应的滑移值.对钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件抗剪承载能力的理论计算提出建议.     

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。     

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

针对正交异性钢板-超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)(厚度为35mmUHPC板+20mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载-滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明:焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面板在布置抗剪件时,需关注UHPC层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.     

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.     

大直径焊钉连接件抗剪性能试验

为了解决部分情况下组合结构桥梁钢-混结合面焊钉布置过密的问题,通过直径22mm,25mm和30mm焊钉的抗剪承载性能模型试验比较分析了直径25mm和30mm大直径焊钉相对于直径22mm常规焊钉破坏模态、承载力、刚度和变形性能的差异,并对国内外桥梁规范中焊钉抗剪承载力设计式对于大直径焊钉的适用性进行了评估.研究结果表明,相对于直径22mm焊钉,直径25mm和30mm焊钉的抗剪承载力平均增大约14%和42%,抗剪刚度平均增大约35%和106%.《公路钢结构桥梁设计规范(送审稿)》、规范Eurocode 4和规范AASHTO LRFD中的抗剪承载力设计式均可较为保守地计算大直径焊钉的抗剪承载力,其中Eurocode 4最为保守.试验值与设计值的比值随焊钉直径的增加而减小.