分离式双箱组合梁斜拉桥收缩徐变效应分析

为了明确混凝土收缩徐变效应对主梁采用分离式双箱组合梁的斜拉桥受力性能影响,采用有限元方法建立了斜拉桥空间有限元模型,按照用混凝土龄期调整的有效模量法考虑徐变、用温降方法模拟混凝土收缩,计算分析了收缩徐变效应对斜拉桥中分离式双箱组合梁受力的影响。分析结果表明:混凝土收缩徐变效应对斜拉桥分离式双箱组合梁中混凝土和钢梁的应力影响很大,在3年时徐变效应引起混凝土压应力最大值减少7%,钢梁压应力最大值增大32%,收缩效应引起混凝土压应力最大值减少11%,收缩效应引起钢梁压应力最大值增加37%。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变分析方法

钢-混凝土组合梁通过剪力连接件将钢梁和混凝土板连接在一起共同工作,其中钢材主要受拉应力,混凝土主要受压应力,能发挥两种材料各自的性能优势。对于钢-混凝土组合梁,混凝土板的收缩徐变导致结构的内力重分布。文中基于平截面假定推导出杆系单元下的组合梁混凝土收缩徐变效应的有限元分步计算公式;同时采用通用有限元软件ANSYS建立某试验梁的有限元模型,对试验梁进行收缩徐变效应计算,将ANSYS有限元计算结果与分步计算公式结果和实测数据对比分析。     

大跨径简支钢—混凝土组合梁桥设计分析

介绍某跨径61m简支钢-混凝土组合梁桥的设计。为保证结构设计的经济合理、施工过程的安全可靠,在设计过程中进行详细的方案比较和计算分析。由分析可知:对于大跨径组合梁,可以采取在跨中附近设置临时墩的施工方法,使设计更经济,也能保证结构在施工过程中的安全,同时还能保证地面道路的正常通行。通过与槽形截面比较,组合梁的钢梁采用方便施工的箱形截面。收缩徐变使钢-混凝土组合梁发生应力重分布现象,将引起钢梁应力增大;温差荷载在组合梁梁端至跨中的一定范围内产生水平剪力,设计抗剪连接件时不容忽视。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变行为分析研究

钢-混凝土组合结构充分利用了钢材和混凝土的优点,被成功应用于许多高层建筑及大跨桥梁中。由于混凝土的收缩徐变,将引起结构内力和应力的重分布。对于组合结构而言,钢梁与混凝土板通过剪力连接键连接,其收缩徐变行为十分复杂。文章以钢-混凝土组合简支梁为研究对象,通过运用有限元分析软件Midas/Civil对组合梁的收缩效应和徐变效应进行分析,并通过对比分析结果得出结论。     

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响;在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明：钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强;洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%～59%,而钢梁占总剪力的41%～54%;极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关;栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁;洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力;在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。     

带有残余应力的钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能研究

为研究残余应力对钢梁内嵌式的预应力简支组合梁在火灾效应下的受力性能的影响,通过ABAQUS软件建立钢梁内嵌式的预应力简支钢-混组合梁几何非线性和材料非线性的有限元模型,利用热力-耦合法计算组合梁在高温下的结构响应行为。通过对梁的截面温度、整体挠度和跨中挠度、跨中截面应力分布、拉索应力和塑性变形、梁的整体曲率和跨中曲率等特性在高温下的结构响应进行考察,探究工程应用中常见初始残余应力对组合梁的影响机理。结果表明：残余应力主要是通过影响钢梁的截面模量,进而对钢梁的截面抗弯刚度产生影响,在升温后期或当钢梁开始进入塑性状态时,残余应力的影响逐渐减小。残余应力在钢梁腹板上的分布能较为明显的影响组合梁的承载能力,分布形式不同影响效果也不同。残余应力主要影响了组合梁中钢梁的截面刚度,进而也影响了组合梁的挠度幅度、曲率分布、中和轴高度以及拉索内力变化。     

初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。     

预制组合箱梁节段混凝土收缩自应力分析

为了解预制组合箱梁节段中混凝土收缩对梁体各个部位受力性能产生的影响,结合一具体工程建立了组合箱梁的板壳—实体有限元混合模型,详细计算分析了预制组合梁节段在混凝土收缩作用下的受力情况,得到在混凝土收缩效应作用下组合箱梁中混凝土产生一定程度的拉应力,钢梁产生一定程度的压应力,应力分布规律复杂。进一步比较分析了混凝土板厚、钢梁底板厚度、预制混凝土桥面板宽度、预制节段长度等参数变化下混凝土收缩对组合梁桥受力的影响,得到预制节段长度对混凝土纵桥向应力影响显著,在斜拉桥中减少组合梁纵桥向节段长度能够有效减少混凝土的纵桥向收缩拉应力。     

部分结合连续组合梁受力分析

针对连续组合梁桥负弯矩区混凝土受拉容易开裂的问题,提出了部分结合组合梁的新方法,结合某具体工程采用有限元方法,计算了恒载作用下连接件布置在负弯矩区不同区段情况下组合梁各个部位的受力。研究表明:随着连接件布置范围的减小,负弯矩区混凝土应力逐渐减小,钢梁应力逐渐增加,连接件剪力逐渐增加,挠度略微增加,但跨中组合梁各部分构件的受力基本无影响;采用负弯矩区不布置连接件时上表面混凝土应力比负弯矩区全部布置连接件降低了25%,跨中钢梁应力影响能够控制在3%以内变化。另外采用部分结合组合梁在连接程度变化位置发生了应力集中现象,钢梁、混凝土、连接件受力均有增大的现象。     

混凝土收缩徐变对钢混组合梁桥的影响

近年来,在桥梁工程领域中,钢箱梁、钢混组合梁的应用不断扩大。但钢混组合梁需要解决的问题也相对比较多,混凝土收缩徐变对钢梁的影响就是其中之一。论文对目前常见的中小跨度简支钢混组合梁桥的收缩徐变影响进行研究,以期对设计施工提供一些建议与启发。     

徐变引起的组合构件的截面应力重分布

组合构件包括两种不同混凝土组合而成的截面或混凝土与钢组合的结合截面,由于混凝土具有徐变性能,各组合部分徐变不同会引起截面内的应力重分布,从而导致截面内的附加应力。本文从引起徐变附加应力的原因——组合截面的变形协调关系出发,推导出了计算徐变引起的截面应力重分布的附加内力的微分方程,并提出了各种组合截面的徐变的截面应力重分布的计算公式。     

钢-混凝土组合梁的收缩徐变效应分析

混凝土的自身收缩会在钢-混凝土组合梁中产生应力重分布,在收缩徐变的长期作用下混凝土梁可能会产生收缩裂缝。对于按无支撑法施工的钢-混凝土梁,采用弹性理论推导了混凝土梁的纵向拉应力和钢、混凝土之间的剪应力计算公式,并结合错位法分析了剪应力公式中的均剪弹性系数Ct,进而确定了剪应力值。算例分析结果表明,推导出的混凝土梁纵向拉应力和剪应力公式可以为混凝土梁的抗收缩和钢、混凝土之间的抗剪设计提供参考。     

Creep behaviour modelling of a composite steel-concrete section

Long term behavior modelling of steel-concrete composite beams requires the use of the time variable and the taking into account of all the sustained stress history of the concrete slab constituting the cross section. In this context, a research contribution of the time-dependent behavior of composite sections under the creep influence of a concrete slab is presented in the present work. The concrete creep influence upon the composite section strength is taken into account as part of the concrete linear viscoelasticity. Thus, by considering the assumption of a complete composite connection made up of a steel beam and concrete slab, with no slip at the interface, and owing to the irreversible law of concrete, we obtain an analytical model, based upon a system of two differential linear equations governing the long term behavior of composite beam cross sections in bending. Results obtained from the application of the suggested model to a steel-concrete composite beam are satisfactory.     

粘贴玻璃钢板补强混凝土梁徐变特性初探

在对16片粘贴玻璃钢板补强的混凝土梁进行动静载试验后，得到了粘贴于混凝土梁受拉区的玻璃钢板的应变与混凝土梁主筋应变满足准平面假定的基础上，考虑混凝土徐变、收缩和玻璃钢板徐变情况下，对补强梁的徐变特性进行了分析、计算，结果表明，对补强加固梁进行徐变分析是必要的。徐变、收缩引起混凝土材料应变约有29％的增长量，补强梁的截面曲率约有15％的变化。     

结合梁中混凝土收缩徐变引起的次内力分析

根据钢-混凝土结合梁的受力特点,考虑采用有支架施工方法,由力的平衡条件和变形协调条件,分析结合梁中由混凝土收缩徐变引起的内力重分布,以此为基础,进一步提出了连续结合梁内力重分布的计算方法。应用该方法分析了两跨连续结合梁算例,计算了混凝土收缩徐变引起的内力重分布。研究结果表明,混凝土收缩徐变对钢-混凝土结合梁有显著影响,足以使连续结合梁中支座负弯矩区的混凝土产生裂缝。     

2次预应力简支组合梁受力性能与技术经济分析

高速铁路预应力混凝土桥梁徐变上拱过大会影响桥上列车运行安全,为了控制预应力混凝土桥梁徐变上拱,将2次施加预应力新技术应用于预应力混凝土梁中,以箱梁为例,设计了4根不同预应力度的2次预应力简支组合梁,分析了其各施工受力阶段截面应力、强度和抗裂性,并进行了结构尺寸与配筋完全相同的常规预应力混凝土简支梁和2次预应力简支组合梁徐变上拱的对比计算分析。结果表明:2次预应力简支组合梁截面应力梯度小,受力合理,与常规预应力混凝土简支梁相比,徐变上拱减少约40%~60%;并可以降低梁的建筑高度,节约10%左右的预应力筋和一定数量的混凝土,具有明显技术经济优势。     

Experimental and theoretical studies on composite steel–concrete box beams with external tendons

Composite steel–concrete box beams with and without external tendons were tested to their ultimate strength. The effects of external tendons on structural performance of composite steel–concrete beams were investigated in detail. Experimental results proved that, due to the action of external prestressing tendons, the ultimate strength of a composite steel–concrete box beam increased by 27.72%, the elastic limit of a composite steel–concrete box beam increased by 29.17%, the stiffness of a composite steel–concrete box beam increased by 54.15% at the failure state, and the deflection ductility of a composite steel–concrete box beam increased by 18.00%. The equation for estimating the stress in external prestressing tendons is established according to the relationship between the stress in external tendons, and the maximum compressive strain of concrete slab. Based on experimental results, a theoretical model for predicting the flexural resistance of composite steel–concrete box beam with external tendons is proposed. The spatial integral method, which adopts the actual stress distribution, is more rational than the conventional equilibrium rectangular stress block model, and is adopted to calculate the interior force on sections. The calculated flexural resistance based on proposed equations has a high level of accuracy, when compared with test results. Experimental and theoretical studies have demonstrated that the composite steel–concrete box beam with external tendons is a promising innovative structure that combines the merits of composite steel–concrete box beams and external prestressing tendons.     

钢-混组合连续梁桥墩顶应力计算研究

基于有限元分析,对某4跨钢-混组合连续梁桥进行混凝土面板与钢梁的3个不同建模形式进行分析,对比规范要求的不同建模形式下墩顶负弯矩区混凝土面板钢筋应力与钢梁应力的变化关系。研究结果表明:将开裂区钢筋等效为混凝土,与钢梁形成组合截面的建模形式计算得到的钢筋换算应力与钢梁应力均适中,所以推荐采用该种建模方式进行计算;此外在偏保守的情况下,将开裂截面钢筋与钢梁形成组合截面,钢筋应力乘以大于1的修正系数μ这种建模形式适用于钢梁的设计;直接将开裂刚度设定为0.65倍混凝土刚度的建模形式适用于混凝土裂缝计算。     

Flexural performance of rectangular CFST members

This paper presents a finite element analysis (FEA) modeling to study the flexural performance of rectangular concrete filled steel tubular (CFST) members with compact, non-compact or slender element sections. Seventy test results are used to verify the FEA modeling. Generally good agreements were achieved in the ultimate bending capacity and the curvilinear trends of the moment versus mid-span deflection relations of the composite member between the experimental results and the FEA results. The FEA modeling is then used to investigate the residual failure patterns of the core concrete, the typical residual deformations of outer steel tube and the stress and strain distributions across the composite section in the whole loading procedure. Analysis results show that interaction of steel and concrete in the composite beam offers stress redistribution in steel and concrete which makes the rectangular CFST beam have high flexural capacity and ductility. Finally, the reliability analysis method is used to calibrate the existing design formulae on composite beam in EC4 (2004), AISC (2010) and DBJ/T13-51-2010 (2010). It was found that all the design formulae achieved adequate reliability index.     

一种新型预应力混凝土叠合梁设计与应力分析

介绍一种新型的预应力混凝土叠合梁——二次预应力混凝土叠合梁,分析其设计特点;并应用于高速铁路无碴轨道桥梁中,根据设计实例进行应力分析,与相同截面尺寸的常规预应力混凝土梁的应力进行对比。结果表明:与常规预应力混凝土梁相比,二次预应力混凝土叠合梁受力合理,可以明显减小截面应力梯度,对减小梁的徐变上拱非常有利;并可以节约预应力筋约10%,具有明显经济优势。