基于精细化有限元的钢桁梁桥节点高强螺栓连接受力性能

本文针对常泰大桥北接线大跨径钢桁梁桥节点连接方式,采用精细化有限元方法建立高强螺栓连接试件分析模型,探究在单向拉伸作用下螺栓和钢板的受力性能。根据相关文献试验结果,利用荷载-位移曲线分析高强螺栓连接试件轴向拉伸静摩擦阶段、滑移阶段和承压阶段三个阶段受力特征,并验证有限元模型的准确性;采用有限元仿真方法,研究钢材等级、摩擦系数、预拉力和螺栓缺失对高强螺栓连接试件抗剪承载力影响;基于强度包络法,给出螺栓连接强度的计算方法。     

装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝受力性能研究

为探究适用于装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝的连接性能,设计制备了3个足尺组合梁预制混凝土板湿接缝连接模型试件,采用试验和理论方法研究了预制混凝土板湿接缝连接构造和混凝土强度对连接件抗剪承载力的影响.研究结果表明:采用C50微膨胀混凝土作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的88％,采用超高性能混凝土(U...     

装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计及抗震性能研究

为解决装配式钢框架与混凝土墙体连接节点的抗震设计问题,以石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,提出2种不同装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计,运用室内试验方法,建立物理模型,分析模型在水平低周期反复荷载作用下的动力响应特征。结果表明,钩头螺栓连接试件的滞回曲线出现反“S”形发展和“捏拢”现象,而对拉高强螺栓连接试件的滞回曲线饱满圆润,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数是前者的1.19倍;2种连接方式的试件骨架曲线均可划分为3个阶段,拉高强螺栓连接试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均比钩头螺栓连接试件提升了20%以上;2种工况的割线刚度曲线形状基本相同,呈反“S”形,对拉高强螺栓连接试件初始刚度远大于钩头螺栓连接试件,且位移延性系数也大幅度提升。     

隧道洞口波纹板防护结构的动态性能

考虑现有隧道洞口防护结构的优缺点,本文提出了一种隧道洞口波纹板防护结构。利用足尺试验分析不同冲击能量下隧道洞口波纹板防护结构内力、变形及基础受力特性。应用LS-DYNA动力学软件建立落石冲击波纹板防护结构动力学分析模型,对落石冲击作用下波纹板防护结构的内力、变形及基础压力进行了分析。结果表明:采用300 mm×110 mm及以上波形,在500 kJ冲击能量作用下,即使板材个别位置出现屈服,拱顶整体变形仍然较小。因此采用大波形作为隧道洞口防护结构是可行的。     

膜结构螺栓夹板与 U形夹具连接节点的破坏试验研究

针对张拉膜结构节点因设计不合理、不恰当和节点连接件的松动和脱落,造成膜结构由局部延伸至整体破坏的问题,通过试验研究和数值模拟分析的方法,探究单向与双向拉伸对膜面节点承载力的影响程度,进一步研究膜结构采用螺栓夹板和U形夹具的连接方式对膜面节点应变的影响,以及膜面在竖向和横向施加不同比例荷载时节点的传力和破坏机理。试验结果表明:膜面在双向拉伸的情况下,其膜面承载力要高于单向拉伸时膜面的承载力,并且在双向拉伸中,横向与竖向拉力越接近,其膜面承载力越高;采用螺栓夹板连接,其节点主应力方向上的应变比U形夹具连接的节点应变要小。在以后膜结构节点连接方面,应该采用有更多膜面和边绳参与夹板摩擦和挤压的这种连接方式,这样节点的传力方式才更为合理。     

钢—混凝土组合梁开孔板连接件抗剪承载力计算研究

为研究开孔板连接件的受力性能,建立其抗剪承载力计算方法。设计制作6个推出试件,完成单调加载试验。试件的变化参数为开孔孔径、板厚和孔洞个数,并研究分析各试验参数对开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移特性、受剪承载力和刚度的影响,以及横向贯通钢筋应变随荷载变化规律。研究结果表明:开孔板连接件具有很好的延性;各个试件的破坏形态大致相同,破坏时钢梁与混凝土板出现明显相对滑移,钢梁上段与混凝土板分离,混凝土板发生劈裂破坏;孔洞直径和孔洞个数是影响开孔板连接件抗剪承载力和刚度的重要因素;通过对试件在受荷初期的荷载-滑移曲线分析,定义开孔板连接件的抗剪刚度。最后,分析对比国内外开孔板连接件抗剪承载力计算公式。基于49个模型试验提出了新的开孔板连接件抗剪承载力的计算公式,该式考虑因素全面,物理意义明确,与试验结果吻合良好。     

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明：组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接...     

重复荷载作用下栓钉连接件力学性能的试验研究

进行了16个栓钉连接件试件在重复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察横向配筋率和栓钉间距对栓钉力学性能的影响。结果表明:栓钉连接件的滞回曲线较为饱满,耗能能力强;当横向配筋率在0.4%~0.79%之间时,试件的延性和耗能能力都得到明显的提高;继续增加到1%时,试件的延性开始下降,但耗能能力继续增加;同样,当栓钉间距在40~80mm之间时,试件的延性得到提高,而耗能能力下降;当栓钉间距在80~160 mm之间时,试件的延性开始降低,但是,耗能能力提高。     

既有重载铁路病害涵洞波纹板加固技术

针对一重载铁路涵洞出现的掉块、露筋、腐蚀等问题,通过现场检测分析了病害原因。综合考虑涵洞净空、经济性和工期提出了一种适宜于重载铁路病害涵洞加固的新技术——波纹板加固技术。利用ANSYS有限元软件建立了涵洞与波纹板共同作用分析模型,分析了重载列车作用下波纹板结构内力、变形以及螺栓的抗剪承载力。对该涵洞加固前后盖板钢筋受力及挠度进行了测试。计算及测试结果表明:重载列车作用下,涵洞跨中波纹板最大Mises应力出现在倒角部位,最大值为11.8 MPa,小于Q345钢材的容许应力;跨中最大挠度为0.33 mm,挠跨比远小于规范规定的普通高度钢筋混凝土梁竖向挠跨比通常值;实测23 t轴重5 400 t编组列车作用下,加固前后跨中顶板钢筋应变降低了55.8%,盖板挠度降低了91.4%,加固效果明显。     

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。     

波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁抗弯承载力分析

为研究波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁的抗弯受力性能,以剪力连接度为参数,设计3榀波形钢腹板组合箱梁的抗弯试验,并根据试件模型建立波形钢腹板组合箱梁精细有限元数值分析模型.将试验结果与有限元数值计算结果进行比较,证明了数值分析模型的有效性.在此基础上,利用幂函数插值方法,建立任意剪力连接度下波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁的抗弯承载力计算公式.以剪力连接度和腹板高度为变量,将理论公式计算结果分别与有限元数值计算结果和试验结果进行比对,验证了本文所提出公式的有效性.     

高强度钢材螺栓抗剪连接设计方法分析

近年来高强度钢材在高铁站房工程中逐步推广和应用,高强度钢板的螺栓抗剪连接成为设计关键,而国内规范对此连接设计方法未作出具体规定,仍沿用普通强度钢材的设计方法。因此,通过对Q460D高强度钢板螺栓抗剪连接试件的静力拉伸试验,分析螺栓布置方式对连接承载力及破坏模式的影响,与中国规范GB50017—2003、欧洲规范EUROCODE 3及美国规范ANSI/AISC360-05的理论计算值进行对比,讨论规范计算公式的适用性和局限性。研究表明:GB50017—2003规范中高强度钢材承压强度设计值仍沿用普通钢材的规定,不利于高强度钢材性能的发挥;EUROCODE 3规范能反映几何参数对承载能力及破坏模式的影响,但对破坏模式的预测有偏差;ANSI/AISC360-05规范仅考虑端距对承载性能的影响,理论计算值与试验结果偏差较大。研究成果为国产高强度钢板螺栓连接的设计理论和方法提供基础数据支撑。     

柴油机螺栓扭矩载荷特性分析与紧固规范研究

在柴油机常规装配条件下,采用应变电测的方法,对螺栓连接的扭矩载荷特性进行试验分析,获得了比较稳定的螺纹副摩擦系数值,最大偏差在5％以内,满足工程需求,实现了螺栓连接扭矩载荷特性的”精确”计算;在此基础上,应用螺栓与被连接件刚度求解方法,给出了螺栓转角紧固时控制角度的计算方法,实现了螺栓紧固规范的计算和预测.     

斜拉桥销铰连接锚固形式的初探

斜拉桥销铰连接锚固系统由斜拉桥锚头、销铰连接件、锚固耳板、夹板及高强螺栓组等组成,传力途径为斜拉索—销铰连接件—锚固耳板—钢箱梁腹板—钢箱梁,销铰连接件与斜拉索锚头间通过螺母承压传力,连接件与锚固耳板间通过销轴连接,锚固耳板与钢箱梁腹板通过高强螺栓组连接。锚固耳板与销轴间可转动,以适应活载及温度作用下的转动变位。锚固耳板与钢箱梁腹板间通过摩擦力将斜拉索力传至钢箱梁。舟山桃夭门大桥目前在国内首次采用这种连接方式。     

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

FRP插接式T型节点连接方式试验研究

对三种连接方式(胶接、栓接、胶栓连接)的T型节点进行静力试验,利用Patran有限元软件对试验数据建模分析,对比其力学性能方面的优缺点,并对影响节点连接的胶接长度进行参数分析。结果表明,胶栓连接结合了胶接和螺栓连接两种连接方式的优点,胶栓连接节点的承载力高、刚度大,同时具有一定的延性。胶接长度超过一定范围对节点受力影响不大,反而降低了节点的延性,胶接长度35~50 mm较为合适。     

正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究

针对正交异性钢桥面板的纵肋腹板与面板连接构造易出现疲劳裂纹的问题,通过不同纵肋腹板与面板厚度配合及制造工艺共5组48个连接构造试件的疲劳试验,研究正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳性能及疲劳设计S-N曲线.研究结果表明:当12 mm厚的面板搭配8mm厚的纵肋腹板时,试件发生沿面板厚度方向的剪切破坏,疲劳性能较差;当面板厚度从14 mm增至16 mm时,试件的疲劳性能有所提高;当面板厚度从16 mm增至18 mm、纵肋腹板厚度从8mm增至9mm时,试件的疲劳性能基本无改变;双侧熔透焊对疲劳试件的疲劳性能无改善,反而略低于单侧熔透75％焊.对连接构造试件的疲劳试验数据进行S-N曲线回归分析表明,连接构造可归为铁路桥梁钢结构设计规范中的Ⅸ类构造,当破坏循环次数为2×106时,其应力幅为71.9 MPa.     

考虑正压作用剪力连接件的受力分析

在探讨剪力键抗剪性能时,对H型钢施加推力是推出试验的主要加载方式,但实际操作时组合结构桥梁中钢梁与混凝土梁通过连接件及横向预应力筋接合,此时传统加载方式已不能模拟现实中结构的真实受力状态。本文通过对试件侧面施加正压力的方式来模拟预加力,并用有限元软件建立实体模型分析结构受力情况。结果表明:正压力的存在有效地提高了栓钉剪力连接件和开孔钢板剪力连接件的极限抗剪承载力和构件延性;栓钉断裂后,钢-混结合面的摩擦系数有所增加;有限元仿真分析能很好地模拟推出试验中考虑摩擦力时试件的真实受力情况。     

改建铁路简支梁桥设置减隔震支座的可行性分析

结合宝成线受巨亭水电站蓄水影响的路基改桥工程,选取4种典型地震波作为输入地震动,对设置了摩擦摆减隔震支座的3×16 m简支梁桥的抗震性能进行了计算分析。计算结果表明:采用减隔震支座后,地震作用下的支座水平力、盖梁位移及桥墩弯矩均大幅减小;支座纵向位移小于设计梁端缝宽度;横向防落梁装置与梁体的横向间隙可按15 mm预留;支座限滑螺栓剪断力可按支座设计竖向承载力的10%考虑。