钢-混凝土双面组合连续梁截面刚度试验研究

钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。当采用钢-混凝土组合连续梁时,负弯矩区会出现钢梁受压、混凝土翼板受拉的不利情况,使混凝土桥面板因承受较大拉应力而开裂,引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,进而影响结构的承载能力和耐久性。而钢-混凝土双面组合梁能够很好地改善单面组合梁的这种不利受力状态。采用简化计算方法对双面组合梁截面刚度进行了计算,并与试验实测值进行了对比分析。     

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。     

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区局部屈曲分析与试验研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁主要由钢筋混凝土翼板、下箱室充填混凝土的窄幅钢箱梁和抗剪连接件组成。通过2根部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁弯曲性能试验研究,对比考察了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力全过程,分析了组合梁钢板的局部屈曲特征,给出了钢梁腹板屈曲应力的简化计算模型。试验结果表明,钢箱内部分充填混凝土可以有效地提高负弯矩区的抗弯性能、梁的整体延性性能和受压区钢梁的稳定性,能够显著地改善钢板的局部屈曲性能。     

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。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

钢-混凝土组合梁截面组合抗剪性能的试验研究

对4根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部采用简支,跨中两点对称单调静力加载,考虑抗剪连接程度及正负弯矩的影响。试验结果表明,组合梁负弯矩区的界面滑移规律与正弯矩区的不同,其大小对组合梁的抗剪承载能力影响较小。不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守。按叠加法建立了计算组合梁抗剪承载能力的计算式,计算值与实测值吻合良好。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

钢-混凝土双面组合作用连续梁研究及应用现状综述

新型钢-混凝土双面组合作用连续梁通过在中支座处负弯矩区钢梁下翼缘重新组合一块混凝土板形成整体截面,可有效增强钢梁下翼缘的稳定性,提高截面刚度和极限承载力。从该双面组合梁的应用现状、力学特性、界面滑移和裂缝控制4个方面进行了文献综述,对国内外已开展的相关研究和应用工作进行了分析。综述表明,现有的相关研究和应用工作大多集中在桥梁工程中,而在民用建筑工程领域的研究和应用较少。国内外对该双面组合梁的基本原理和受力性能的研究缺乏系统性,研究成果尚需试验验证;我国对该双面组合梁的研究应用工作尚处于起步阶段,需加快理论计算研究,以满足设计需求。     

浅谈预应力技术在组合梁中的应用

桥梁工程中广泛应用的组合梁,在连续梁体系中存在负弯矩区混凝土受拉开裂的受力不利状况,采用预应力技术可以较好的解决这个问题。介绍采用预弯预应力和体外预应力这两种预应力施加方式及这两种预应力组合梁的设计计算方法。     

深圳北站组合梁抗弯承载力及稳定性分析

组合梁抗弯承载力和稳定性分析对组合梁的结构设计很关键,但组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其稳定性分析应与我国现行规范规定的自由梁弯扭失稳不同,我国《钢结构设计规范》GB50017—2003采用限制绕弱轴的长细比的方法,未能考虑楼板作用,不适用于组合钢梁稳定性分析。此外,在连续组合梁的负弯矩区,局部稳定性问题也要考虑。结合深圳北站站房楼盖组合梁的工程实例,采用GB50017—2003和欧洲规范EC4,对组合梁抗弯承载力和稳定性进行计算分析,同时,利用通用有限元程序SAP2000对组合钢梁进行弹性屈曲分析,进一步确保了结构的安全。     

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。     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

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.     

体外预应力钢-混凝土组合连续梁的试验研究及有限元分析

与承受正弯矩的简支梁不同,连续梁中支座部分承受负弯矩,组成组合梁的钢板件受压力作用,其力学性能受稳定控制,不考虑稳定影响的规范简化塑性算法会带来不安全的结果.以Ⅱ类、Ⅲ类组合梁和是否配置预应力筋为参数,进行了两组共四根连续组合梁的单调加载对比试验.试验结果表明:无论预应力连续组合梁或是普通连续组合梁,最终破坏特征均为负弯矩区混凝土开裂,钢腹板局部屈曲,整个截面畸变失稳,正弯矩区混凝土板压碎;正弯矩区的承载能力可由简化塑性计算方法计算,而负弯矩区的受力性能由稳定控制,影响其承载能力的主要因素为板件的宽厚比所表征的截面种类,考虑屈曲的承载力计算方法与试验结果吻合.对各组合梁进行了有限元数值分析,分析考虑界面滑移、预应力、稳定等影响,结果和试验吻合较好.     

爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏形态分析

本文利用LS-DYNA软件对同冲量不同超压峰值不同时间的三种荷载工况下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏模式进行了研究对比,并对梁的变形过程、关键位置点的位移、速度、支座剪力和跨中弯矩进行了详细的分析。结果表明,在爆炸冲击波下,开始阶段混凝土板对钢梁有很好的保护作用,但混凝土易于破碎,钢-混凝土组合梁容易丧失共同工作的能力,剪切破坏是钢-混凝土组合梁的一种重要破坏形式。     

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。     

Experimental study on straight composite beams subjected to combined flexure and torsion

Acceptable methods of ultimate load analysis and design for composite steel-concrete beams are nowadays readily available. However, in the case when a composite beam is curved in plan under vertical loading or an edge beam, the beam is subjected to a state of combined flexure and torsion. Previous studies have shown that current methods of using flexure-torsion interaction equations for reinforced concrete beams cannot be directly applied to composite steel-concrete construction. Moreover, partial shear connection which has been commonly used in composite steel-concrete construction has not been previously addressed in studies on flexure-torsion interaction. Therefore, this paper provides results from several test programmes to support the view that in the presence of flexure, there will be an increase in the torsional moment capacity but the flexural capacity does not increase in the presence of torsion. In addition to these experimental results, a model has been provided to allow for the design of combined flexure and torsion.     

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一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。