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装配式钢-混凝土组合梁负弯矩区受弯性能研究

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装配式钢-混凝土组合梁负弯矩区受弯性能研究

作者：刘志坤广西大学

学位级别：硕士

现浇混凝土板组合梁具有整体性好和形状布置灵活的优点,但是现场湿作业量大,需要较多的临时支撑。采用预制混凝土板可以节约现场模板及支撑,从而有效提高施工效率和工程质量。本文通过试验和有限元参数分析,对采用栓钉作为抗剪连接件的... 详细信息

现浇混凝土板组合梁具有整体性好和形状布置灵活的优点,但是现场湿作业量大,需要较多的临时支撑。采用预制混凝土板可以节约现场模板及支撑,从而有效提高施工效率和工程质量。本文通过试验和有限元参数分析,对采用栓钉作为抗剪连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁负弯矩区的受弯性能展开研究,主要研究内容如下:（1）通过6根预制装配式钢-混凝土组合梁的静力破坏试验研究了栓钉布置形式（均匀布置和集束式布置）和栓钉（群）纵向间距对装配式组合梁负弯矩区受弯性能的影响。研究结果表明,所有试件的破坏形态均表现为跨中钢梁局部屈曲、混凝土板严重开裂;试件PCB1、PCB2和PCB3的最大相对滑移分别比相同抗剪连接程度的PCB4、PCB5和PCB6增加了139.6%、58.0%和212.5%,这表明与均匀布置栓钉相比,集束式布置栓钉的形式能够减小钢梁和混凝土板交界面上的相对滑移。各试件的极限荷载相差在6.2%以内,这表明栓钉的布置形式和栓钉间距对完全抗剪连接的装配式组合梁的极限荷载的影响较小,两种栓钉布置形式均能较好的传递钢梁和混凝土板之间的纵向剪力,使组合梁协同工作。（2）基于试验采用ANSYS非线性有限元分析软件建立了22个有限元模型,研究了纵向钢筋配筋率和钢梁腹板高度等多个参数对装配式组合梁负弯矩区受弯性能的影响。有限元分析结果表明,纵向钢筋配筋率从1.3%增加到3.0%时,组合梁的极限承载力随纵向钢筋配筋率的增加呈升高的趋势,但最大增幅仅为4.8%,原因是随着纵向钢筋配筋率的提高,组合梁的抗剪连接程度有所降低,故极限承载力增加的幅度不明显;翼缘宽度从110mm增加到200mm时,组合梁的极限承载力最大增加了45.0%。腹板高度从156mm增加到196mm时,组合梁的极限承载力最大增加了22.7%。这表明在满足宽厚比限值的条件下,增大翼缘宽度或腹板高度均能显著提高装配式组合梁的抗弯刚度和极限承载力。（3）基于试验和有限元模拟分析的结果,采用现行标准的塑性设计方法对不同栓钉布置形式的组合梁试件负弯矩区的受弯承载力进行了分析,计算结果与试验和有限元分析结果对比吻合度较高,且计算结果偏于安全,这说明现行标准可以用于装配式组合梁负弯矩区抗弯承载力的计算;基于试验的结果,探讨了跨中截面抗弯刚度随弯矩的变化规律,提出了负弯矩区截面抗弯刚度随弯矩退化的数学模型。本文的研究成果可以为此类装配式组合梁的设计计算提供参考和依据。

关键词：装配式组合梁负弯矩抗弯性能抗弯承载力截面刚度退化

蜂窝组合梁负弯矩区受力性能及承载力计算方法研究

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蜂窝组合梁负弯矩区受力性能及承载力计算方法研究

作者：焦禹铭沈阳建筑大学

学位级别：硕士

蜂窝钢梁在钢框架中与混凝土板组合形成钢-混凝土蜂窝组合梁,充分发挥了蜂窝钢梁和混凝土的良好性能,有效减轻结构自重,便于穿插管线、节约净高,显著增大构件刚度。框架结构中梁柱节点和次梁支座处存在负弯矩区,负弯矩使组合梁混凝土板... 详细信息

蜂窝钢梁在钢框架中与混凝土板组合形成钢-混凝土蜂窝组合梁,充分发挥了蜂窝钢梁和混凝土的良好性能,有效减轻结构自重,便于穿插管线、节约净高,显著增大构件刚度。框架结构中梁柱节点和次梁支座处存在负弯矩区,负弯矩使组合梁混凝土板受拉,其受力特征与受压时有较大不同。现有研究多针对蜂窝组合梁的静力性能,对蜂窝组合梁负弯矩区性能研究不多,尚无完善的负弯矩区承载力计算方法,一定程度上阻碍了蜂窝组合梁的推广与应用。因此,研究蜂窝组合梁负弯矩区的承载能力和受力特征具有重要理论意义和实用价值。本文以正六边形孔蜂窝组合梁为研究对象,采用模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对其混凝土板受拉区(负弯矩区)的受力性能和承载力计算方法展开分析研究。通过2个蜂窝梁和4个蜂窝组合梁试验,对比分析蜂窝组合梁负弯矩区的承载能力、破坏形态和孔周应力分布规律。根据试验结果建立可靠数值模型,进一步分析蜂窝组合梁负弯矩区的弹塑性发展规律,研究混凝土板厚、板顶部和板底部钢筋力比、钢梁翼缘宽厚比、钢梁腹板高厚比和开孔率等参数对蜂窝组合梁抗弯剪性能的影响。基于试验和数值模拟结果,分析蜂窝组合梁负弯矩区承载力影响因素,建立承载力计算公式。研究结果表明:蜂窝组合梁负弯矩区承载力受混凝土板、钢梁翼缘宽厚比、腹板高厚比和开孔率影响。混凝土板顶部钢筋受荷时应力值较底部钢筋大,为主要受力部位,对承载力影响显著,并随着混凝土板厚度的增加对承载力的贡献逐渐增大;同时,承载力随着钢梁翼缘宽厚比、钢梁腹板高厚比和开孔率增大而减小。蜂窝组合梁负弯矩区的破坏形态在翼缘宽厚比增大到25后由孔间墩板受剪破坏转变为翼缘受压破坏,腹板高厚比增大到47.2后由翼缘受压破坏转变为孔间墩板受剪破坏转,开孔率增大到64%后变为孔角破坏。蜂窝组合梁负弯矩区在纯弯状态下孔周应力沿垂直方向呈对称分布,近混凝土板孔角受拉、近受压翼缘孔角受压,达到极限承载力时受压孔角屈服而受拉孔角不屈服;弯剪联合作用时孔周应力表现为斜向孔角拉压状态相同,受荷时受压与受拉孔角应力均可达到屈服强度。考虑组合梁梁高、混凝土板厚度、组合梁配筋、钢梁翼缘和腹板尺寸以及开孔率等因素得到的抗弯承载力计算公式能够准确反映蜂窝组合梁负弯矩区的抗弯承载力,具有较好的工程应用价值。

关键词：蜂窝组合梁试验研究抗弯剪性能负弯矩有限元分析

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钢—混凝土组合梁负弯矩区力学性能的研究

钢—混凝土组合梁负弯矩区力学性能的研究

作者：王湛东北林业大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合梁桥在我国城市道路中有广泛的应用。这种新型结构利用钢材宜受拉,混凝土宜受压的特点,将两种材料通过连接件组合成为整体而共同发挥作用。尽管组合梁已经被广泛的研究与应用,但对于负弯矩区力学性能的探究却是远远不够的... 详细信息

钢-混凝土组合梁桥在我国城市道路中有广泛的应用。这种新型结构利用钢材宜受拉,混凝土宜受压的特点,将两种材料通过连接件组合成为整体而共同发挥作用。尽管组合梁已经被广泛的研究与应用,但对于负弯矩区力学性能的探究却是远远不够的。本文全面总结了钢-混凝土组合梁的发展现状。以组合梁负弯矩区的受力性能为主要内容,在《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)的基础上,参考新版《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)和相关文献对钢—混凝土组合梁桥的理论计算和设计方法作出了系统总结。本文采用ANSYS 10.0进行了非线性瞬态分析。分别按照考虑滑移和不考虑滑移建立有限元模型,并对有限元模型荷载-位移发展过程进行分析,推出滑移对结构强度和刚度的影响关系并得出了纵向配筋率与极限荷载之间的关系,通过对组合梁负弯矩区力学性能的研究,得出该结构负弯矩区截面的正应力、竖向剪应力、应变分布规律、弯矩与剪力相互影响关系、弯矩重分布规律及破坏机理,并通过以上分析得出几点结论。本文希望对今后类似结构的应用具有参考价值,并对工程设计人员有指导作用。

关键词：钢-混凝土组合梁负弯矩极限承载力纵向配筋率有限元分析

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验研究

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钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验研究

作者：周聪湖南大学

学位级别：硕士

超高性能混凝土(简称UHPC)是目前最先进的水泥基工程材料,具有超高抗压、抗拉、耐久性能,其抗压强度可达150～200MPa,抗拉强度达到7-10MPa。利用UHPC优异的力学性能,采用其来解决目前桥梁工程中典型力学问题,如组合梁桥面板的开裂,就有... 详细信息

超高性能混凝土(简称UHPC)是目前最先进的水泥基工程材料,具有超高抗压、抗拉、耐久性能,其抗压强度可达150～200MPa,抗拉强度达到7-10MPa。利用UHPC优异的力学性能,采用其来解决目前桥梁工程中典型力学问题,如组合梁桥面板的开裂,就有了可能。为了研究UHPC在钢-混组合梁中负弯矩区的受拉性能以及连接方式对桥面板受力性能的影响,本文采用桥面连续钢-混组合梁进行相关的试验研究及其分析,主要研究内容如下:(1)针对负弯矩区桥面板的开裂,本文结合UHPC的超高抗拉、压性能,提出用UHPC代替普通混凝土浇筑在组合梁的负弯矩区,形成新形式的组合梁—钢-UHPC组合梁。并提出了3种不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁,采用一种独特的转角加载方式完成了全过程静力加载试验,获得了转角、临界开裂荷载、临界开裂应变等关键试验数据。(2)基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型,对试验过程进行了详细模拟,试验结果与有限元结果吻合良好,为后续对依托工程更深层次的分析打下坚实的基础。(3)结合试验及理论,对钢-UHPC连续组合梁的抗裂性能进行分析。分析结果表明:UHPC能提高负弯矩区组合梁的开裂荷载,且裂缝间距较小,明显抑制混凝土裂缝的发展,能有效解决钢-混连续梁桥面板的开裂问题。采用粘结滑移理论及综合分析理论,提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。考虑到UHPC的收缩性能,分析养护条件、配筋率及掺入钢纤维对UHPC抗裂性能的影响。(4)结合法国、美国规范,研究了试验梁的承载能力;采用MATLAB程序,对试验梁的最薄弱截面进行非线性分析。分析结果表明:增加负弯矩区先简支后连续处腹板的焊接长度,对结构的承载能力有很大的提高。(5)基于理论和模型试验分析结果,对三跨钢-混组合梁天生桥进行结构受力分析,提出了天生桥负弯矩区合理的接口形式及UHPC合理的纵向铺设长度。

关键词：桥梁工程钢-混组合梁 UHPC 负弯矩铺设长度

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南水北调工程某桥梁负弯矩预应力加固技术

施工技术 2014年第12期43卷 72-74页

作者：刘雪峰陈西宁丰章清武警水电第二总队第五支队江苏常州213135 南京水利科学研究院江苏南京210029

南水北调中线工程某桥梁为保证箱梁连续端抗裂性能和负弯矩承载力满足设计要求,需对箱梁负弯矩钢束进行补强加固。介绍了具体的预应力加固工艺及步骤,及其所采取的配套措施,并对加固方案进行了理论分析和验算,确认了方案的可行性。

关键词：桥梁工程负弯矩预应力加固

大宁河特大桥钢-混组合连续梁负弯矩区受力特性模型试验研究

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世界桥梁 2012年第1期40卷 28-31,36页

作者：彭元诚刘玉擎中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 同济大学上海200092

大宁河特大桥桥面系采用16×27m钢-混组合连续梁,由工字钢梁、预制混凝土板、现浇剪力连接键湿接缝和现浇整体化层组成。为研究钢-混组合连续梁负弯矩区的受力特性,进行焊钉和开孔板2种剪力键类型的1∶2大比例模型试验研究。试验结果表... 详细信息

大宁河特大桥桥面系采用16×27m钢-混组合连续梁,由工字钢梁、预制混凝土板、现浇剪力连接键湿接缝和现浇整体化层组成。为研究钢-混组合连续梁负弯矩区的受力特性,进行焊钉和开孔板2种剪力键类型的1∶2大比例模型试验研究。试验结果表明,开孔板连接件能参与结构受力因而具有较高的整体刚度、较大的初裂荷载;焊钉连接件延性较好;2种连接件均有效且试验梁具有相近的极限荷载。综合比选,该桥桥面系采用焊钉连接件方案。

关键词：拱桥桥面系钢-混组合梁连续梁负弯矩模型试验

刚性组合节点在负弯矩和拉力共同作用下的性能

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刚性组合节点在负弯矩和拉力共同作用下的性能

作者：赵金涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

组合梁具有承载力高、刚度大等优点,应用于结构体系中可有效减小梁截面高度,增加建筑的使用空间,目前在高层建筑钢结构和组合结构体系中得到广泛应用,而组合梁与框架柱的节点称为组合节点。目前对结构体系抗倒塌性能的研究成为国内外的... 详细信息

组合梁具有承载力高、刚度大等优点,应用于结构体系中可有效减小梁截面高度,增加建筑的使用空间,目前在高层建筑钢结构和组合结构体系中得到广泛应用,而组合梁与框架柱的节点称为组合节点。目前对结构体系抗倒塌性能的研究成为国内外的热点之一,而节点作为结构体系中传力的重要构件,对结构体系的内力重分配起到至关重要的作用。当结构体系中的关键柱破坏后,节点成为传力路径中的关键构件,此时节点受力性能将发生改变,由破坏前的受弯状态转变为拉弯受力状态。本文采用理论分析与试验研究相结合的方法对组合节点在拉弯受力状态下的性能进行研究,主要完成以下工作: （1）进行了两个刚性组合节点试验研究,研究了组合节点在负弯矩和拉力共同作用下的力学性能,研究节点的刚度、承载力、破坏模式以及不同受力阶段混凝土和钢梁的受力状态。（2）采用ABAQUS有限元软件建立了组合节点的分析模型,有限元计算结果和本文及他人的试验结果进行对比,验证模型的正确性。在此基础上,分析了弯矩等级、配筋率、钢材屈服强度、混凝土板厚度等参数对刚性节点拉弯受力性能的影响。（3）基于试验和有限元分析结果,采用内力平衡法给出了组合节点在拉力和负弯矩共同作用下的承载力计算公式,公式计算结果和有限元计算结果进行对比,验证了理论计算公式的正确性。

关键词：组合节点刚性连接拉力负弯矩承载力

胶接缝桥面板全装配组合梁负弯矩区力学行为研究

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胶接缝桥面板全装配组合梁负弯矩区力学行为研究

作者：张苡齐重庆交通大学

学位级别：硕士

在国家自然科学基金项目“山区装配式混合结构桥梁的设计理论与智能化建造方法”（U20A20312）的资助下,本文为充分发挥钢-混凝土组合结构桥梁的装配化施工优势,简化桥面板结构和施工工艺,提高桥梁使用寿命,提出一种由“钢梁+键齿胶接缝... 详细信息

在国家自然科学基金项目“山区装配式混合结构桥梁的设计理论与智能化建造方法”（U20A20312）的资助下,本文为充分发挥钢-混凝土组合结构桥梁的装配化施工优势,简化桥面板结构和施工工艺,提高桥梁使用寿命,提出一种由“钢梁+键齿胶接缝+高强螺栓+预制混凝土板”构成的新型钢-混组合桥梁。由于该结构在负弯矩区的受力性能、传力机制与破坏模式尚不明确,为此开展了2片全装配式组合梁在负弯矩下试验研究,结合胶接缝和高强螺栓受力特点,提出了预应力全装配式施加方法,探索该结构在负弯矩下的安全性和可行性,为桥梁快速化施工、建造绿色交通和桥梁工业化提供一种参考方案。主要研究工作如下:（1）设计了2片全装配式钢-混凝土组合梁,分别为整体式桥面板与胶接板式桥面板,开展了负弯矩单点加载受弯试验,对比分析二者延性、刚度、承载能力等力学性能。与整体全装配式相比,胶接板全装配式钢-混凝土组合梁承载能力降低了11%,但却能将延性提高1.11倍;胶接板式在1.2M下的截面转动能力是整体式的1.3倍,更有利于结构的变形和抗震;此外,胶接板全装配的钢-混凝土组合梁开裂荷载比整体全装配式高1.33倍。（2）建立全装配式钢-混组合试验梁精细化数值模型,对比宏观本构、破坏模式及混凝土板损伤的分析结果与试验结果,验证了模型的可预测性。基于数值模型分析了全装配组合梁中腹板应力传递、各构件受力过程和体外预应力施加影响等,揭示负弯矩区键齿胶接全装配桥面板传力机理。（3）基于试验结果和数值分析,建立了考虑胶接缝及高强螺栓影响的胶接板全装配式组合梁空间梁格模型,提出并模拟了支点顶升强制钢梁变形施加预应力的施工方法。在验证空间梁格模型可靠性的基础上,探讨胶接板全装配组合梁在中小跨连续梁桥应用的可行性。以装配化工字组合梁钢桥通用图3×60 m为例,分别建立胶接板全装配式和集束钉群装配式连续组合梁桥的空间梁格模型,对比两者受力性能差异,并探讨了支点顶升时桥面板装配顺序对预应力效果的影响。

关键词：钢-混组合结构胶接板支点顶升负弯矩全装配

持载连续梁负弯矩区ECC开裂行为及其抗氯盐侵蚀性能研究

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持载连续梁负弯矩区ECC开裂行为及其抗氯盐侵蚀性能研究

作者：刘言海内蒙古工业大学

学位级别：硕士

混凝土连续梁桥具有结构刚度好、变形小、伸缩缝少、行车平顺等优点,已经成为目前应用最广泛的桥型。但由于普通混凝土抗拉强度较低,在连续梁桥中存在负弯矩区混凝土易受拉开裂问题,从而影响桥梁的使用性能。PVA纤维增强水泥基复合材料... 详细信息

混凝土连续梁桥具有结构刚度好、变形小、伸缩缝少、行车平顺等优点,已经成为目前应用最广泛的桥型。但由于普通混凝土抗拉强度较低,在连续梁桥中存在负弯矩区混凝土易受拉开裂问题,从而影响桥梁的使用性能。PVA纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cemetitious Composite,简称ECC）是近些年出现的超高韧性复合材料,具有良好的力学性能和耐久性能,在桥梁领域有广泛的应用前景。此外,在寒冷地区降雪较多,为了不影响交通,常使用氯盐类融雪剂进行除雪,而氯离子侵入混凝土内部容易造成钢筋的锈蚀,进而影响到结构的耐久性。针对此现状,本文采用试验研究与理论分析相结合的研究方法,开展了持载条件下连续梁负弯矩区ECC开裂行为及其抗氯盐侵蚀性能研究。主要研究了在0.3、0.5、0.7持载水平下连续梁负弯矩区ECC开裂行为和在持载作用下连续梁负弯矩区开裂ECC经过25次、50次和70次干湿循环作用下氯离子侵蚀规律,以及考虑裂缝影响的氯离子扩散模型。本文获得的主要结果如下:（1）对持载连续梁负弯矩区ECC开裂行为开展了试验研究以及最大裂缝宽度的计算分析,分析了连续梁负弯矩区静载和持载条件下裂缝开展形态,研究了不同持载水平下负弯矩区裂缝宽度、裂缝数量与间距和裂缝深度发展规律,得出适合持载连续梁负弯矩区ECC最大裂缝宽度计算模型。研究结果表明:连续梁负弯矩区ECC与普通混凝土相比,呈多缝开裂,在相同荷载水平下裂缝宽度较小;随着持载水平的提高,连续梁负弯矩区ECC的裂缝宽度逐渐变大,裂缝数量先增加后不变,裂缝间距较小,裂缝深度随持载水平的提高以及裂缝宽度的增大而逐渐增大;以粘结-滑移理论为基础的持载连续梁负弯矩区ECC最大裂缝宽度模型计算出的理论值与试验值一致,该模型有良好的适用性。（2）对经过25次、50次和70次干湿循环的持载连续梁负弯矩区抗氯离子侵蚀性能开展了试验研究,探究了裂缝宽度和最大裂缝宽度对氯离子侵蚀深度以及氯离子含量分布的影响,研究了不同裂缝数量情况下氯离子侵蚀规律,分析氯盐侵蚀后开裂ECC的物相特征。研究结果表明:裂缝宽度增加促进了侵蚀深度的增加,干湿循环次数对氯离子侵蚀深度也有影响,但是其影响程度要小于裂缝宽度的影响;随着裂缝宽度的增加,ECC内部氯离子含量逐渐增加,但是当裂缝宽度大于裂缝宽度上限时,氯离子含量增长率开始变得稳定;在最大裂缝宽度处,随着深度的增加,氯离子含量分两阶段下降,第一阶段深度较小,氯离子下降速率较大,第二阶段深度较大,各深度处氯离子含量相差较小,随深度的增加氯离子含量下降速率较小;顶面裂缝数量大于侵蚀路径数量,且只有45%的裂缝延伸到ECC内部形成氯离子侵蚀路径;顶面裂缝数量增加,侵入ECC的氯离子含量逐渐上升,在较高持载水平下顶面裂缝数量对氯离子含量的影响较为明显;通过分析XRD衍射图谱,发现氯离子侵入ECC内部会产生Friedel盐,使得基体中的Ca（OH）含量降低,Ca（CO）含量增大,且随着裂缝宽度的增加,Friedel盐的衍射峰增强,促进Ca（CO）的产生,使得ECC裂缝处微观结构密实化。（3）基于Fick第二扩散定律基本方程,建立了持载连续梁负弯矩区开裂ECC氯离子侵蚀模型,研究裂缝对连续梁负弯矩区开裂ECC氯离子扩散系数的影响,验证了模型的适用性。研究结果表明:氯离子扩散系数随着侵蚀深度的增加逐渐变大,而且裂缝宽度增加也导致氯离子扩散系数变大;可以采用氯离子含量与深度线性拟合曲线的斜率变化K作为干湿循环次数对氯离子含量影响的指标;得到考虑裂缝宽度和干湿循环次数影响系数的持载连续梁负弯矩区开裂ECC氯离子扩散模型。

关键词：连续梁负弯矩 ECC 裂缝氯离子侵蚀