混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

二阶弯矩对钢-混凝土组合梁变形的影响

推导了任意边界条件下承受轴力及横向荷载的钢-混凝土组合梁的耦合变形微分方程,对组合梁的变形挠度进行了理论分析,研究了混凝土板与钢梁介面滑移的影响,同时探讨了因轴力而产生的二阶弯矩(p-δ弯矩)对组合梁变形的影响,可为钢-混凝土组合结构稳定性及极限承载力研究提供理论基础。     

钢-活性粉末混凝土简支组合梁正截面破坏模式

针对钢一普通混凝土组合梁由于混凝土材料缺陷所导致的一些局限性,将砒RPC引入到组合梁领域,形成钢-活性粉末混凝土组合梁.采用对比分析,采用ANSYS软件对钢-普通混凝土简支组合梁进行分析,将计算结果与试验结果进行比较,时有限元模型进行验证,然后在其他参数不变的条件下,将混凝土板更换为RPC板,用ANSYS对钢-RPC组合梁进行全过程非线性分析,并对RPC板厚、钢梁屈服强度和钢梁截面尺寸进行参数分析.定义了正弯矩作用下钢-RPC组合梁正截面破坏的弹性模式和塑性模式,研究了不同参数下2种计算模式的差别,认为正弯矩作用下钢-RPC组合梁的正截面抗弯承栽力仍然可以按照简单塑性理论进行计算.     

群钉连接装配式组合轨道梁受力特性研究

为促进钢-混凝土组合结构的工业化建造,实现钢构件和混凝土构件的工厂化预制、装配化施工,针对传统剪力钉均匀满铺建立的等效刚度理论不能反映群钉集中布置时组合结构受力特性的问题,以跨座式单轨交通为研究背景,设计制作群钉连接装配式钢-混凝土组合轨道梁,进行装配前的钢梁与装配后的组合梁固有频率、荷载-挠度曲线、截面应变曲线对比分析,研究群钉连接组合梁的受力特征。结果表明:钢梁、组合梁实测竖弯固有频率分别为29.9和32.2 Hz,混凝土板的叠合使组合梁固有频率较钢梁提高8%;组合梁内同一截面高度的钢梁和混凝土板变形不协调,混凝土板应变显著大于钢梁,是钢梁的2.5~2.8倍,不满足平截面假定;组合梁实测等效竖弯刚度随作用荷载变化呈非线性特征,简支边界条件下,实测等效竖弯刚度为理论值的0.9~1.1倍,跨中集中荷载小于500 kN时实测等效竖弯刚度大于理论值,而大于500 kN时实测等效竖弯刚度小于理论值。     

钢-混凝土叠合板组合桥面的徐变和应力重分布研究

以某特大跨度拱桥的钢-混凝土叠合板组合桥面为工程背景进行有限元分析,探讨了活载和恒载作用下不同龄期混凝土弹性模量的取值;研究了预制板不同加载龄期、混凝土板是否采用叠合板等因素对大跨度钢-混凝土叠合板组合结构徐变的影响,以及钢-混凝土叠合板组合梁截面由于徐变引起的内力重分布效应。研究结果表明:钢-混凝土叠合板组合结构中,由于预制混凝土板和现浇混凝土龄期不同,从而收缩徐变和变形模量不同,在运营过程中,会引起现浇混凝土、预制混凝土板和钢梁三者之间发生应力重分布。与全部一次现浇混凝土组合梁相比,采用叠合板梁可以减少混凝土的收缩徐变。     

钢—混凝土结合梁在温度作用下的响应分析

在钢－混凝土结合梁中，温度作用通常包括三种形式，即：变温，温差和温度梯度，这些温度使用有时可能导致钢－混凝土结合梁中产生较大的温度应力，故必须引起足够的重视，本文在五个基本假设的基础上，综合考虑微段的平衡条件和钢梁与混凝土板之间的变形协调条件，推出了钢－混凝土结合梁在沿梁截面高度方向线性分布的温度梯度作用下，考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响时的内力，相对滑移和位移计算公式。然后根据芜湖桥初步设计方案，取上层公路桥面系中的一个钢－混凝土组合截面，按照剪力钉沿纵向全梁均匀分布和沿纵向分段均匀分布（梁端部附近剪力钉分布较密，其他地方剪力钉分布较稀）两种布置方案，计算了钢混凝土结合梁在温差作用及温度梯度作用下的响应，得到了一些有价值的结论。文中给出的公式和结构芜湖桥桁梁结合梁设计参考。     

钢-混凝土双面组合连续梁自振特性研究

对钢-混凝土双面组合连续梁的自振特性进行分析研究。分析中分为三种特定工况:工况一和工况二假设钢梁与混凝土完全组合,但工况二内支座处上混凝土板受拉开裂;工况三假设上混凝土板受拉开裂,且考虑钢梁与混凝土板间的滑移效应。采用平面梁的集中质量法和三维有限元模拟分析分别得到了一两跨钢-混凝土双面组合连续梁模型在三种工况下的自振频率及振型,二者吻合良好。     

波形钢腹板组合梁挠度计算方法对比

波形钢腹板的剪切变形对组合梁挠度影响显著,不同计算方法结果差异明显。以波形钢腹板组合梁典型结构体系(简支梁和悬臂梁)为研究对象,基于5种计算理论——经典梁法、Timoshenko梁法、弹性剪切变形法、有效刚度法、三角级数理论,通过对比其假设和计算公式,建立空间有限元模型分析在跨中集中荷载和均布荷载作用下不同挠度计算方法的精度,总结适用不同跨高比区间的计算方法。建议简支梁在集中荷载或均布荷载作用下需要考虑剪切变形的跨高比限值均取35;对于悬臂梁,跨高比限值则分别取10,14. 5。     

带板托预应力钢-混凝土连续组合梁抗裂度计算

根据文中的基本假设,推导了带板托预应力钢-混凝土连续组合梁的抗裂度计算公式及简化计算公式,其公式形式上能与现行的混凝土结构抗裂度计算公式相协调;经过计算统计,提出了简单实用的带板托钢-混凝土组合梁负弯矩区截面塑性系数表,其计算结果与11片预应力钢-混凝土连续组合试验梁的实测结果吻合较好.研究成果已应用于工程设计.     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

带板托预应力钢—混凝土连续组合梁抗裂度计算

根据文中的基本假设，推导了带板托预应力钢－混凝土连续组合梁的抗裂度计算公式及简化计算公式，其公式形式上能与现行的混凝土结构抗裂度计算公式相协调。经过计算统计，提出了简单实用的带板托钢－混凝土组合梁负弯矩区截面塑性系数表，其计算结果与11片预应力钢－混凝土连续组合试验梁的实测结果吻合较好。研究成果已应用于工程设计。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

混凝土板分段浇筑的曲线结合梁施工阶段受力性能研究

为了对钢-混凝土曲线结合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,进行了混凝土浇筑过程中简支曲线结合梁的模型试验,采用ANSYS有限元计算软件分析了栓钉连接件时变抗剪强度对模型梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明:从一端向另一端分段浇筑混凝土板时结合梁的应力和变形均比一次性整体浇筑时小,且沿梁轴不对称;自各节段之间的浇筑时间间隔为6h起至7d之内,均应计入钢梁与混凝土板之间的早期组合作用,且需考虑这种组合作用随混凝土龄期而增长的时变特性。在对混凝土板浇筑过程中的结合梁进行受力分析时,必须考虑已浇好硬化的梁段中钢梁与混凝土板结合面上的相对滑移,否则会使计算结果偏于不安全,出现工程安全隐患。     

钢-混凝土连续组合梁非线性有限元分析

建立了钢-混凝土连续组合梁非线性有限元模型.该模型可以考虑材料非线性界面相对滑移对钢-混凝土连续组合梁受力性能的影响.利用该模型,对四榀钢-混凝土连续组合梁的界面滑移和挠度进行了仿真计算,将计算结果和实测结果进行了比较,验证了该模型的有效性.对单个栓钉的受力全过程进行了分析,表明按照弹性方法设计的栓钉在加载后期进入塑性阶段变形增加,是试件加载后期滑移迅速增长的原因.     

曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)为参数,对2片钢-混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究,得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:在负弯矩与扭矩共同作用下,曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低;切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

钢-混凝土简支组合梁塑性阶段有效宽度分析

钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下,翼级板中存在剪力滞后现象,设计中普遍采用翼缘有效宽度的概念。针对有端横梁的单向简支组合梁板体系,采用非线性有限元方法,分析了全过程中翼缘有效宽度的变化,并对塑性极限阶段有效宽度的主要影响因素,包括宽跨比、荷载类型、剪力连接程度、钢梁和混凝土强度等进行参数分析,提出计算塑性极限阶段有效宽度的简化公式。     

钢-混组合结构桥梁混凝土的收缩徐变效应

首先讨论混凝土收缩作用的等效降温取值问题，分析了构件理论厚度、环境平均相对湿度、预制板存梁期等因素对混凝土收缩的影响。然后探讨收缩徐变应力计算方法，并结合工程实例分析了混凝土徐变、抗剪连接键滑移和次内力对收缩应力的影响。最后提出了补偿收缩混凝土应用于钢-混组合梁桥时的注意事项。结果表明：对于我国大多数地区按等效降温15℃计算的收缩效应值较实际值偏小；抗剪连接键滑移主要影响距梁端1/10跨径范围内的应力分布；连续梁的混凝土板由收缩二次内力引起的结构应力远大于收缩一次内力引起的结构应力；补偿收缩混凝土的限制膨胀率宜根据收缩应变预测值和微膨胀对结构的不利影响综合确定。     

钢—混凝土连续组合梁非线性有限元分析

建立了钢—混凝土连续组合梁非线性有限元模型．该模型可以考虑材料非线性界面相对滑移对钢—混凝土连续组合梁受力性能的影响．利用该模型，对四根钢—混凝土连续组合梁的界面滑移和挠度进行了仿真计算，将计算结果和实测结果进行了比较，验证了该模型的有效性．对单个栓钉的受力全过程进行了分析，表明按照弹性方法设计的栓钉在加载后期进入塑性阶段变形增加，是试件加载后期滑移迅速增长的原因．     

加速锈蚀钢-混凝土组合梁的性能试验研究

通过恒电流加速模拟试验,研究了钢材锈蚀对钢-混凝土组合梁的耐久性影响规律;通过对试验结果的回归分析,得到了栓钉锈蚀后钢-混凝土组合梁抗弯承载力的计算公式。试验结果表明:随着通电时间的增大,栓钉的锈蚀率增大,组合梁的承载力降低;当通电量相同时,末刷防锈漆试件中的钢梁的锈蚀增加,栓钉的锈蚀降低,其承载力较高;随着栓钉锈蚀率的增大,梁刚度降低,在荷载作用下,梁的相对滑移变大。     

移动荷载作用下简支钢-混结合梁的动力响应分析

考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,对钢-混结合梁基本动力方程进行推导,采用分离变量法得到简支结合梁自振频率与振型的解析解,利用正交条件,得到移动荷载作用下结合梁动力响应的表达式。将结合梁的自振频率以及移动荷载作用下的动力响应的理论分析结果与实测结果进行对比分析,结果吻合良好。分析结果表明:由于柔性抗剪连接件的存在,结合梁中钢梁与混凝土板之间发生相对滑移,其移动荷载作用下的振动方程形式更为复杂,表现出与普通梁不同的动力特性。