开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受力性能试验研究

为研究开孔薄壁钢梁 轻骨料混凝土组合楼板的受力性能,设计并制作了5块具有不同构造（不同预制板型、抗剪方式及腹板开孔率）的组合楼板试件,进行了简支条件下均布加载受力性能试验研究。结果表明：该组合楼板具有较高的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到6 kN/m²时,跨中挠度远小于L/500（L为试件跨度）;对于相同的开孔率,薄壁钢梁腹板的开孔应优选孔径小、数量多的开孔形式;采用文中所构造的抗剪键及其布置形式的组合楼板,其抗剪效果明显优于采用结构胶黏结混凝土板和钢梁的;组合效应系数可以较好地反映组合楼板的整体特性及内部损伤。     

重复荷载下高速铁路32 m箱梁模型受力全过程试验

采用三分点重复加载,对高速铁路中广泛应用的32 m预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验,其测试内容主要包括箱梁的裂缝分布及裂缝宽度、荷载-跨中挠度曲线、混凝土应变和钢筋应变的分布等.结果表明:简支箱梁首先在跨中底板出现裂缝,然后缓慢向腹板扩展;在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀;在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合;加载结束时箱梁已经达到承载力极限状态(破坏)的标志是弯曲挠度达到跨度的1/30,受拉主筋处最大裂缝宽度达到1.8 mm;重复加载下的荷载-跨中挠度曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂、钢筋屈服、预应力筋屈服;跨中截面钢筋应变和混凝土应变沿腹板基本符合平截面假定,跨中顶板和底板截面钢筋应变和混凝土应变沿截面横向分布呈现箱梁剪力滞的分布规律.     

均布荷载下简支波浪腹板H形截面钢梁弹性整体稳定性研究

采用能量法研究简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性整体稳定性,推导了满跨均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩公式,通过引入波浪腹板H形截面钢梁的等效翘曲惯性矩和绕虚轴等效惯性矩,得到均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩表达式与普通H形截面简支钢梁形式相同。采用有限元方法对均布荷载作用下简支波浪腹板H形钢梁进行模拟分析,与本文公式计算结果对比验证了所提公式准确有效。均布荷载作用下不同参数简支波浪腹板H形截面钢梁的有限元分析表明,简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩大于平腹板H形截面钢梁;随着波浪腹板波幅的增大、翼缘宽度和翼缘厚度的增大,简支波浪腹板H形截面钢梁的整体稳定临界弯矩增大。     

波形钢腹板组合箱梁剪滞效应分析

以单箱室的梯形截面波形钢腹板简支组合箱梁作为研究对象,利用能量变分法推导了波形钢腹板简支组合箱梁在均布载荷作用下的剪滞效应计算公式,分析了箱梁混凝土的顶板和底板纵向应力沿板跨横向的变化,并与有限元分析结果进行对比,其结果相吻合,证明了理论推导结果的正确性。     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受火试验研究

为研究由冷弯卷边H形开孔薄壁钢梁和预制轻骨料混凝土板形成的装配式组合楼板的受火性能,对6个两端简支组合楼板试件开展了高温下试验研究,得到了试件的温度及位移响应。研究结果表明：在等效均布荷载2.0 kN/m²及最高炉温为600℃的烃类火灾作用下,以轻骨料混凝土及腹板开孔薄壁钢梁形成装配式组合楼板具有良好的抗火性能,组合楼板的跨中挠度最大为L/44（L为组合楼板跨度）时,试件仍保持良好的整体性;主钢梁腹板开孔直径与分布形式对组合楼板的整体抗火性能均有显著影响,为减小组合楼板高温下的位移响应,对主钢梁腹板的开孔宜优选孔径大、数量少的分布形式;抗剪键数量对组合楼板抗火性能的响应影响远大于对预制板类型的影响。     

预应力混凝土箱梁剪力滞效应影响因素分析

为研究预应力混凝土箱梁的剪力滞效应变化规律,选定典型结构的预应力混凝土简支箱形梁,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了预应力混凝土箱梁有限元模型,重点分析了预应力大小、宽跨比、跨高比、集中荷载大小及内承托长度变化等结构参数对箱梁剪力滞效应的影响。分析结果表明:集中荷载与均布荷载作用下箱梁剪力滞效应分布趋势基本相近,但集中荷载作用下剪力滞效应更加显著;宽跨比对箱梁顶板的剪力滞效应影响最大;随着跨高比的增大,顶板剪力滞系数减小,底板剪力滞系数缓慢增大;预应力在一定程度上可以减小顶板剪力滞效应,加大底板剪力滞效应;而集中荷载大小与箱梁空腔内承托长度的改变对箱梁剪力滞效应的影响不大,可以忽略不计。     

钢梁开孔影响的分析及其设计建议

以承受均布荷载的简支梁为算例，对腹板开孔及其加劲方式对钢梁的影响进行了弹性分析。分析发现：开孔引起的挠度增量曲线符合三段直线分布规律，跨中开孔对挠度几乎没有影响；同样的开孔尺寸，当孔偏心布置时挠度增量较小，开孔段应力也较小；但开孔对腹板的局部屈曲有较大影响。经过分析，提出了适用于简支梁的挠度增量计算公式，指出未加劲的开孔部位应进行宽厚比限制，并建议高剪力区和低剪力区开孔的尺寸采用英国SCI的规定；若高剪力区开孔对开孔段强度影响较大，宜通过增设水平加劲肋使强度和局部稳定得到一定的保证。     

非对称荷载作用下预应力混凝土箱梁剪力滞效应研究

为研究非对称荷载对预应力混凝土箱梁剪力滞效应的影响,选定典型结构的预应力混凝土简支箱形梁,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了预应力混凝土箱梁有限元模型。对比分析了对称荷载与非对称荷载作用下预应力混凝土箱梁剪力滞效应的差异,并重点分析了非对称荷载作用下箱梁宽跨比、跨高比、预应力大小等参数对箱梁剪力滞效应的影响。分析结果表明:非对称荷载作用下剪力滞系数大小明显高于对称荷载;宽跨比对箱梁剪力滞效应影响最大,且其对顶底板影响大体相当;随着跨高比的增大,箱梁顶板、底板其剪力滞系数均逐渐减小,且顶板的变化更加显著;预应力在一定程度上可以减小顶板剪力滞效应,加大底板剪力滞效应。     

预制蝶形腹板混凝土箱梁抗弯性能研究

为了解预制蝶形腹板混凝土箱梁在荷载作用下的受力特点、破坏形态、变形能力以及腹板中钢筋内力分布等情况,设计制作了预制蝶形腹板混凝土箱梁试件,并对其受弯性能进行了试验研究,采用对称加载,得到了完整的荷载-挠度曲线,沿高度纵向应变曲线、钢筋屈服曲线、沿纵向跨径方向挠度曲线。研究表明,在对称荷载作用下,预制蝶形腹板混凝土箱梁表现为弯曲破坏,同时,伴随着弯剪断腹板接缝处出现断裂,结构失效。针对挠度,对比分析了费氏空腹理论变形公式计算值、有限元分析值和试验值,三者吻合性良好,研究结果可为预制蝶形腹板混凝土箱梁的进一步研究和工程应用提供参考。     

薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板受力性能试验研究

为研究由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土形成的组合楼板的受力性能,对4块具有不同构造特征的两端简支组合楼板试件进行了均布荷载和局域荷载作用下的受力性能试验研究。结果表明:以壁厚为1 mm的冷弯薄壁钢制成的钢桁架作为承重骨架的组合楼板试件具有较大的整体刚度,当受到的等效均布荷载达到3 k N/m2时,其跨中挠度远小于L/400(L为试件跨度)。用周边设有凹槽的轻骨料混凝土预制板形成的组合楼板试件,其整体刚度和屈服荷载均高于用周边无凹槽的预制板块所制成的组合楼板试件,且钢桁架斜腹杆厚度的变化对组合楼板整体受力性能也有较为显著的影响。     

Web openings in horizontally curved composite plate girders

The paper is concerned with the effects of circular or square web openings on the ultimate strength of horizontally curved composite plate girders. Finite element analysis using the computer package LUSAS has been employed to investigate the behavior and ultimate strength capacity of the girders with web openings of different proportions. The opening sizes and their locations within the web panels have been studied in detail, and the results are presented in the form of load–deflection and load–opening size plots. An approximate method to determine the ultimate strength capacity of horizontally curved composite plate girders accounting for the presence of web openings and composite action between the steel girder and concrete slab is presented. The accuracy of the method is established by comparing the predicted strength with the corresponding values predicted by the finite element method.     

波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能试验

通过试验的方法,研究波形钢腹板PC组合箱梁在偏心荷载作用下,挠度、横向位移、刚性扭转角、箱梁截面的翘曲应变、翘曲应力及波形钢腹板的附加剪应力的分布规律,以了解悬臂波形钢腹板PC组合箱梁在扭转作用下的力学性能。研究表明:波形钢腹板翘曲应变很小,可忽略不计;翘曲应力在底板上呈现明显的直线分布规律,且最大值出现在底板的角点处;波形钢腹板上的剪应力分布较均匀,附加剪应力在腹板上的分布也有类似的规律。     

Design of horizontally curved plate girder webs containing circular openings

A simple design method to predict the ultimate shear capacity of horizontally curved plate girder webs containing centrally placed circular openings, and subjected to shear is presented in this paper. The solution is obtained by incorporating the effects of curvature and opening size to an equilibrium equation for straight girders containing web openings. It is observed from a parametric study that ultimate load carrying capacity drops linearly with increasing degree of curvature for curved girders having smaller web openings. No significant drop in ultimate capacity is, however, observed when the web opening size exceeds half of the web depth. Accuracy of the proposed equation is assessed by comparing the results with the corresponding finite element values as well as with available experimental results. A satisfactorily correlation has been observed.     

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。     

Behavior of steel-concrete composite cantilever beams with web openings under negative moment

The effect of web openings on the mechanical behavior of composite beams under negative moment was studied through monotonically loading tests. Nonlinear finite element method based analysis was also conducted for cantilever composite beams. The test and the finite element analysis results indicated that the initial cracking loads of composite beams with web opening are lower than that without web opening. The first crack initiated from the concrete slab on the top of the opening. The beams with web opening failed due to shear failure of concrete slab upon the opening. It was also found that the load carrying capacity of beam decreases with the increase of the moment-to-shear ratio at the central line of the opening and the mechanical behavior of beam can be improved significantly by applying stiffening steel plates around the opening. To quantify the reduction of load carrying capacity, a method for calculating the load carrying capacity of beams with web openings under negative moment was derived with consideration of the interaction between moment and shear. Good consistency was obtained between the proposed method, the finite element method and the test results.     

波形或桁架式钢腹板的预应力钢混组合桥主梁的安全性能和使用性能评估

在许多国家,预应力混凝土箱梁被认为是中等跨径(30～50m)混凝土梁最有效的结构形式。但是当混凝土梁的单跨长度超过50m时,相对钢梁,混凝土箱梁自重问题成为其最大约束。因此,在韩国,中等跨径桥梁主要采用钢箱梁。在20世纪,研究者们多次尝试提高预应力混凝土箱梁结构的有效性,最终采用混凝土-钢混合梁以减轻结构自重。但是,混合桥采用不同类型钢腹板及不同连接形式,会引起结构安全性能和使用性能的变化。为了全面了解钢腹板梁及钢腹板连接形式的性能,对5根带腹板的预应力混凝土梁进行静力荷载试验。这5根试件中,有2根混合梁采用波形钢腹板,而另3根采用桁架式钢腹板。结果显示:通过加强钢腹板与预应力筋的连接节点,可以改善使用性能相关问题(开裂荷载和挠度)及安全性能相关问题(刚度和极限承载力)。     

带肋钢板加固腹板开大洞口RC梁的受剪承载力试验研究

设计并制作24根腹板开矩形大洞口钢筋混凝土梁，分别进行外贴钢板和带肋钢板加固，对比分析不同开洞尺寸、开洞位置、多洞口分布和锚栓构造等因素对钢板加固有效性的影响。结果表明：带肋钢板加固能有效改善洞口角部的受力性状，约束钢板不发生平面外屈曲失稳，使得钢板加固梁的洞口上肢整体压溃的脆性破坏模式转变为混凝土局部压碎的延性破坏模式，大幅提高了开洞梁的承载力、刚度及变形能力；开洞高度为0.4h(h为梁截面高度)、洞口宽高比为2的情况下，带肋钢板加固基本能使开洞梁的受力性能恢复至不开洞情况，随洞口尺寸的进一步增大，带肋钢板的相对加固效率更高，但加固梁的受剪承载力恢复水平会逐渐降低；高洞口、大弯矩以及开洞位置偏向受压区均会削弱洞口上肢，使上肢混凝土压碎成为梁承载失效的控制因素；多洞口相邻角部裂缝易贯通发展，使洞口区域受力复杂，可偏于安全地取多洞口外包络作为边界，将其近似为单一大洞口考虑；锚栓对约束带肋钢板剥离和提高加固系统整体性有一定作用，可作为构造措施但在受剪计算中不予考虑。根据试验结果与分析，建立带肋钢板加固梁的受剪承载力计算模型，其计算结果与试验结果吻合较好。     

统筹考虑全截面剪切变形能的单剪滞位移参数的薄壁箱梁剪力滞计算方法

从薄壁箱梁弯曲剪应力、剪切变形与截面纵向位移之间的关系入手,推导了箱梁全截面翼板与腹板纵向位移沿箱室周线的分布函数,据此提出优化的 箱梁全截面剪力滞翘曲广义坐标函数。基于能量变分原理建立了综合考虑全截面剪切变形能的单剪滞位移的弯曲剪力滞控制微分方程组。该微分方程与既有 的箱梁剪力滞理论形式上保持一致,而将翼板剪力滞分析与腹板的弯翘分析统一起来。均布荷载作用下的简支梁与悬臂梁算例分析表明,该算法求得的剪力 滞系数和挠度值与块体元模型吻合良好。与不考虑腹板剪切变形的算法比较,该理论计算的剪力滞系数和挠度计算结果误差更小。     

Openings in horizontally curved plate girder webs

Ultimate strength tests on plate girders curved in plan containing centrally placed circular web openings are reported. Girders, built up of Grade 43A rolled steel plates, were tested to failure and parameters studied include opening size and degree of curvature. Test results show that the ultimate load capacity of the girders dropped linearly with the increasing opening size. Decrease in ultimate load carrying capacity with increasing degree of curvature is also observed for curved girders having smaller web openings. The failure mechanism observed in the tests was similar to that observed in plate girders without web openings, the only difference being the position of plastic hinges on the flange plates. The girders were analysed using the elasto-plastic finite element package, ABAQUS. Comparison of analytical predictions with the experimental results for deflected profiles, ultimate load values and load-deflection relationships show good agreement.