核心混凝土对钢管混凝土受剪性能影响的试验

在钢管轻集料混凝土抗剪性能研究的基础上,进行了核心混凝土对钢管混凝土抗剪性能影响的试验．从抗剪试件的变形和应变变化过程的特征人手,分析了不同混凝土类型、不同混凝土强度试件以及空钢管的受力性能差异,对比了核心混凝土在抗剪受力过程中粘结滑移的影响．试验结果表明：钢管混凝土构件在受剪时,钢管对混凝土提供了套箍作用,而核心混凝土填充于空钢管中,可显著提高空钢管的抗剪性能．在参数相同的情况下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土构件的受剪性能相当,混凝土的强度对钢管轻集料混凝土构件的抗剪性能影响不明显．钢管混凝土构件在受剪时,核心混凝土与钢管之间存在微小滑移,对抗剪性能的影响可忽略．     

美兰法与美兰拱桥技术发展综述

回顾了美兰法100多年的发展历程,讨论了相关专业术语及其内涵与外延;调查分析了美兰拱桥在中国的应用现状,总结了美兰法的技术发展要点和历史经验;指出了美兰法技术与美兰拱结构的研究现状与发展方向。研究结果表明:美兰法在19世纪末和20世纪上半叶从欧美起源,20世纪下半叶传到中国和日本;按所采用的埋置拱架类型,其在中国的发展可分为半劲性拱架、(一般)钢管混凝土(CFST)拱架和强劲CFST拱架3个阶段;美兰拱桥为混凝土拱桥的一种,美兰法所用的埋置拱架以服务施工为主,成桥后对混凝土的增强作用为辅;截至2021年5月,收集到的中国已建成或在建的美兰拱桥有57座,2007年以来,跨径250 m以上的混凝土拱桥均采用此法修建,其中最大跨径为600 m;美兰拱桥主要应用在中国西南山区的公路桥梁中,近年在铁路桥中的应用增多,以上承式双肋组拼拱为主,矢跨比集中在1/4~1/6,拱轴线多采用悬链线;CFST拱架截面积在主拱截面中的占比、钢管直径、钢管和混凝土材料强度均随时间的推移和跨径的增大而不断提高;应用美兰法时要综合考虑有限的用钢量、受控的结构受力和简便的施工这3种因素;预埋拱架从最早的型钢向类桁式、箱式、桁式发展,目前以桁式为主,桁式钢管拱架多采用悬臂法架设,转体法也有应用且形式多样;为减少用钢量,并控制施工过程中结构的受力与变形,中国创新地引入了CFST桁式结构作为埋置拱架,并采用预压、辅助锚索、多点平衡浇筑、斜拉索等调载方法;近年来,通过采用强劲CFST拱架,外包混凝土横向分环浇筑工序减少至3环及以下;在美兰法应用方面,应以强劲CFST拱架为核心,继续开展材料、结构与施工技术方面的研究;在美兰拱结构方面,应加强钢管增强混凝土结构、超高性能材料、钢腹板(杆)-混凝土组合拱受力性能研究;同时,还应深入研究美兰拱桥的耐久性,从而为新建桥梁的设计和既有桥梁的维修养护服务。      

核心混凝土脱空对钢管混凝土构件力学性能的影响

核心混凝土脱空对钢管混凝土构件力学性能的影响是当前研究的热点问题。针对营运6 a的西南某钢管混凝土拱桥拱肋核心混凝土的填充状况,通过相似模型试验和理论分析,浅述了脱空对钢管混凝土构件力学性能的影响,以期对钢管混凝土拱桥的设计、施工和检测提供一定的参考。     

圆钢管自密实混凝土纯弯力学性能

基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型,利用截面分层法对钢管混凝土纯弯构件弯矩-曲率进行全过程分析,建立了钢管混凝土实用组合抗弯刚度、极限抗弯承载力等计算式和钢管混凝土组合梁单元弯矩-曲率全曲线实用计算方法,通过3根钢管自密实混凝土和1根钢管普通混凝土受弯构件的试验研究,考察了混凝土强度和含钢率对构件纯弯性能的影响。试验结果表明,受弯构件受压区钢管对混凝土产生约束套箍作用,受拉区钢管处于双向受拉应力状态,提高混凝土强度对提高极限弯矩作用不明显,而增大含钢率对提高极限弯矩作用较明显,并且与分层法相比,组合单元法在保证精度的前提下,减少了截面分层,提高了程序的计算速度。     

钢管混凝土轴心受压构件受核心混凝土徐变的影响分析

当核心混凝土产生徐变时,会出现内力重分布现象,使钢管和混凝土的模量发生变化。通过研究钢管混凝土徐变的特点,分析了核心混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件强度和稳定性的影响,并提出在不同条件下如何考虑徐变对轴心受压构件稳定承载力的影响。     

钢管混凝土预应力损失分析

对钢管混凝土收缩徐变和预应力筋松弛引起的预应力损失进行了研究,推导出了该项预应力损失解析式。研究成果对开拓预应力钢管混凝土构件的应用领域,并对发展预应力结构、复合材料和组合结构等的计算理论提供参考。     

钢纤维增强再生混凝土力学及收缩性能试验研究

以钢纤维掺量(0%、0.5%、1%、1.5%、2%)和再生粗骨料替代率(0、30%、40%、50%)为控制变量,以立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及干燥收缩变形为指标,研究了钢纤维掺量对不同再生粗骨料取代率混凝土的力学及收缩性能影响规律。研究结果表明:①再生混凝土的力学强度整体上随着再生粗骨料的增加逐渐降低,而干燥收缩则随之逐渐增大;②适量的钢纤维可提升再生混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度,还能抑制再生混凝土的干燥收缩;③钢纤维过量会导致再生混凝土的强度及收缩性能下降;④钢纤维的合理掺量为1.5%左右,在再生粗骨料取代率低于40%的混凝土中掺入钢纤维,能够得到大致与普通混凝土相似的强度及收缩水平。     

钢管混凝土提篮拱面外受力性能试验

为探究非保向力效应对钢管混凝土提篮拱桥平面外稳定性能的影响,开展了钢管混凝土(CFST)提篮拱空间受力性能试验和有限元分析;基于某原型桥开展了考虑吊杆影响的钢管混凝土提篮拱空间受力性能试验,揭示了模型拱的破坏机理;基于试验结果和实际工程构造参数建立了钢管混凝土标准提篮拱桥有限元模型,通过是否建立杆系吊杆的方式分别考虑吊...     

近断层地震作用下大跨CFST拱桥的动力稳定性

为研究大跨度CFST(钢管混凝土)拱桥在近断层地震作用下的动力稳定性能,以主跨132 m的下承式钢管混凝土拱桥为工程背景,以台湾集集地震记录作为横向输入,采用动态增量分析(IDA)方法,对动力失稳临界荷载的确定进行了探讨.为提高IDA的分析效率,采用了高性能数值计算并行处理方法.此外,还讨论了加强IDA曲线簇收敛的问题.结果表明:脉冲型近震可导致非线性极值动力失稳,失稳临界荷载明显降低;采用加权平均加速度峰值作为地震强度指标,能显著改善IDA曲线簇的离散性,有利于揭示近断层地震对钢管混凝土拱桥造成动力失稳的特点.     

钢管混凝土受压构件徐变分析

混凝土徐变使钢管混凝土构件发生应力重分布。根据弹性徐变理论,按龄期调整的有效模量法,导出了轴心受压和小偏心受压构件长期作用下钢管与核心混凝土徐变应力增量计算公式,计算值与试验结果吻合较好。进一步的数值分析表明,截面含钢率变化会显著影响钢管应力增量值的变化,但对核心混凝土应力增量影响不大;随着偏心率的增大,相同含钢率下钢管与核心混凝土应力增量几乎均呈线性变化。增大截面含钢率可降低钢管由徐变产生的附加内力,但根据截面内力按刚度分配的原则,钢管更多地承担外力,使钢管的总内力呈增大趋势,核心混凝土承受的外力显著减小,不利于钢管混凝土构件性能的发挥。     

钢管自应力混凝土徐变对承载力影响的有限元分析

钢管混凝土能充分发挥钢管和混凝土两种材料的作用,具有优越的力学性能。但这种结构还存在着一些缺点,为了解决钢管混凝土脱空问题,自应力混凝土被用于钢管混凝土结构中。自应力混凝土在硬化过程中会产生体积膨胀,在钢管的约束下核心混凝土在加裁前就处于三向受压状态,使钢管自应力混凝土的力学特性较普通钢管混凝土有所提高,也在一定程度上提高构件的极限承载力,文中采用ANSYS有限元程序分析徐变对承载力的影响。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

世界拱桥建设与技术发展综述

为了解近20年世界拱桥的发展情况, 分析了钢拱桥、混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥等拱桥的建设和技术创新, 展望了拱桥今后的发展趋势。分析结果表明: 在活载比重较大、动力问题比较突出的高速铁路桥梁中, 拱桥刚度大, 应用优势突出。在跨径方面, 3种大跨径拱桥的平均跨径分别为464、370和425 m, 且最大跨径不断增大, 以钢管混凝土拱桥最为明显。在材料方面, 高强钢在钢拱桥中的应用趋势并不明显; 混凝土拱桥的材料强度随着跨径的增大而不断提高, 超高性能混凝土已经得到应用; 钢管混凝土拱桥的拱肋材料强度在不断提高; 超高性能砂浆的提出将有助于提高圬工拱桥的竞争优势。在结构方面, 主拱采用新材料和钢腹板(杆)-混凝土组合截面, 与其他结构形成组合结构, 以及桥面连续化、轻型化和强调强健性, 是重要的技术进步。在施工技术方面, 钢管混凝土劲性骨架施工法、转体施工法和快速施工法等的发明, 推动着拱桥施工技术的进步。在结构创新与技术进步的推动下, 由于拱桥在美观、经济、结构等方面的独特优势, 今后仍将被大量修建; 超高性能混凝土有望为拱桥发展带来革命性的变化; 在跨径方面, 近期可望取得明显突破的是混凝土拱桥; 桥面系与主拱共同受力、连续化、轻型化和强调强健性也是重要发展方向。      

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

考虑几何非线性及施工的钢管混凝土拱桥徐变

为研究大跨度钢管混凝土拱桥的徐变行为,基于混凝土徐变的B3模型,采用结构徐变效应分析的龄期调整有效模量法,建立了结构徐变的有限元分析模型.在此基础上,基于协同转动法考虑大跨度结构的几何非线性;利用生死单元技术模拟拱桥的分阶段施工过程;最后结合某大跨度中承式钢管混凝土拱桥,分析了考虑几何非线性和施工过程的徐变效应.数值分析表明:考虑这两个因素后拱肋挠度、钢管应力的变化在10%以内,而拱肋混凝土应力的变化可达50%;在分析大跨度钢管混凝土拱桥的徐变效应时,必须考虑几何非线性及施工过程与徐变的耦合作用.      

大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段稳定性分析

以新龙门大桥为工程依托,考虑钢管和混凝土的三向受力本构关系,利用ANSYS建立了空间有限元模型,从特征值屈曲、几何非线性失稳、几何材料双重非线性失稳3个方面分析了该桥整个施工阶段的稳定问题。结果表明:钢管混凝土拱桥在整个施工过程中受稳定性影响较大,稳定系数有不断下降的趋势,考虑双重非线性的稳定系数与特征值屈曲分析相比差别较大,最大可达30%。