钢管纤维混凝土的体积稳定性与力学性能研究

制备了包裹性好、流动性佳、自密实的钢纤维微膨胀混凝土,研究了其抗压、抗折、劈裂抗拉等力学性能;采用自主研制的钢管混凝土限制膨胀率测定仪,研究了在钢纤维与钢管双重约束下微膨胀混凝土的体积变形规律;制作了12根钢管混凝土短柱,测试了钢纤维与膨胀剂复合对其承载力的影响。结果表明:掺钢纤维对微膨胀混凝土的劈裂抗拉与抗折强度提高显著,分别为78%与64.7%,对其抗压强度提高不明显;膨胀剂掺量40kg、钢纤维体积掺量不超过1%时,钢纤维微膨胀钢管混凝土可产生稳定的膨胀变形;钢纤维与膨胀剂复合能使钢管混凝土试件的屈服与极限荷载分别提高7%与8%。     

基于钢纤维增韧的钢管混凝土抗冻性能研究

以干海子钢管混凝土冬期施工为背景。干海子特大桥冬期长,平均气温-4.7℃。采用亚硝酸钠作为防冻剂,结合钢纤维与膨胀剂,制备出了含气量低、粘聚性好、包裹性佳、自密实的钢纤维微膨胀抗冻混凝土,分析了其在低温下的强度发展规律,通过SEM观测了其28d龄期水化产物形貌特征。结果表明:亚硝酸钠掺量占胶凝材料重量的0.4%时,钢管钢纤维微膨胀混凝土在-5℃不冻坏,SEM照片显示钙矾石与CSH凝胶生长状况良好。在现场低温条件下灌注了6根钢管混凝土短柱,同时利用桁架梁钢管混凝土灌注施工形成的冒浆管钢管混凝土切割出了27个短柱试件,研究了低温灌注与养护、后期升温对钢管混凝土构件承载力的影响。试验表明:低温灌注对掺0.4%亚硝酸钠钢管钢纤维微膨胀混凝土构件的承载力无明显影响,后期温度升高后其强度发展稳定,满足干海子钢管混凝土冬期施工要求。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

基于HCSA的膨胀混凝土制备及其在微膨胀自密实钢管柱混凝土的应用研究

钢管柱混凝土与普通混凝土墩柱相比较而言,钢管对混凝土的环向约束作用以及钢管和混凝土材料共同受力,能够显著提高结构力学性能,在大跨度桥梁和超高层结构中得到很好应用。对于钢管柱混凝土,如何提高柱内混凝土密实度,增大有效截面面积是钢管柱混凝土浇筑的关键问题。从自密实钢管混凝土膨胀剂的角度出发,研究了不同HCSA掺量下C50微膨胀自密实钢管混凝土的抗压特性和收缩特性,认为当HCSA掺量为8%时,钢管混凝土抗压性能提高最大,且混凝土收缩也接近最小。在某桥梁工程实际应用中检验了HCSA微膨胀剂的膨胀作用,工程应用达到预期效果。     

自密实补偿收缩混凝土填充钢管约束 RC柱的轴压性能

为研究自密实(SCC)补偿收缩混凝土填充钢管加固桥墩的轴压性能,研配了自密实补偿收缩混凝土,将其作为混凝土短柱和钢管之间的填充混凝土。制作外包钢管填充自密实补偿收缩混凝土加固混凝土短柱试件,以有无钢管外包约束、填充层混凝土强度、混凝土柱高度、核心混凝土直径、钢管壁厚度以及填充层厚度为试验参数,探究其对试件破坏模式、荷载—竖向相对位移曲线、钢管荷载—应变曲线的影响。在一定范围内,增大钢管壁厚度和核心混凝土直径能大幅度提高极限承载力;填充层起黏结和传力作用,对非全截面加载试件极限承载力无显著影响。验证了Mander公式对试验模型有良好的预估效果。     

钢管微膨胀混凝土轴压短柱长期变形研究

针对钢管混凝土拱桥中普遍采用的钢管微膨胀高性能混凝土,考虑轴压比、加载龄期等因素的影响,进行了圆钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形试验研究。采用逐步积分法,将5种不同混凝土收缩、徐变模型进行适当修正,应用于钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形分析,并将分析结果与试验结果进行对比。分析了含钢率、加载龄期、持荷时间、混凝土强度等因素对钢管微膨胀混凝土构件长期静力性能的影响。研究结果表明:修正后的EC2,MC90及AFREM模型在分析加载龄期不超过28d的钢管微膨胀混凝土构件在轴向荷载作用下的长期变形性能时具有较高的精度;核心混凝土时效作用对钢管微膨胀混凝土构件长期静力响应的影响显著。     

钢管混凝土哑铃型短柱极限承载力的等效单圆管算法

哑铃型截面是钢管混凝土拱肋常用的截面形式。本文根据钢管混凝土哑铃型柱轴压与偏压试验,提出了将哑铃型截面等效成单圆管钢管混凝土截面,然后应用钢管混凝土结构设计规程进行极限承载力计算的等效单圆管法。对试件的计算表明,计算值与实验值吻合良好。这个方法概念清晰、计算简单,可供工程应用参考。     

钢管高强低热微膨胀混凝土自应力试验研究

介绍了15根钢管高强低热微膨胀混凝土自应力试验，研究了自应力产生，分布的特点与膨胀剂掺量的关系，为高强低热微膨胀混凝土的优化设计特别是膨胀的掺量设计提供了有力的依据。     

长期荷载作用对方钢管混凝土柱承载力的影响

考虑长期荷载作用效应的影响，进行了6个方钢管混凝土轴心受压构件承载力的试验研究，提出轴心受压时方钢管混凝土的核心混凝土的应力-应变关系模型，在此基础上，利用数值方法成功地计算出考虑长期荷载作用影响时方钢管混凝土构件的荷载-变形全过程关系曲线，理论计算结果和试验结果吻合良好。最后，在系统分析长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度等因素影响的基础上，提出长期荷载作用对方钢管混凝土柱承栽力的影响系数。     

支井河大桥C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

支井河大桥为主跨430 m的上承式钢管混凝土拱桥,拱圈填充C50微膨胀混凝土,采用泵送施工.根据钢管微膨胀混凝土配合比的原理及设计思路,通过对不同水灰比、含砂率以及不同用量粉煤灰、膨胀剂的配合比试验研究,得出符合工程需要的施工配合比.工程应用表明,钢管内混凝土自密性稳定,混凝土与钢管接触较好,混凝土强度满足要求.     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

钢管初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究

钢管混凝土这种组合材料以其自身的优势,推动了钢管混凝土拱桥的大发展;对于大跨度拱桥而言,由此带来不可避免的初应力问题.利用数值分析的方法,建立了实体-梁单元法,选择了核心混凝土与钢管的本构关系,推导了弹塑性切线刚度矩阵,在此基础上利用Visual Fortran语言编写了极限承载力的计算程序,通过引入初应力系数的概念,探讨了不同初应力系数对极限承载力的影响,给出了单拱肋拱桥初应力的限值,对研究钢管初应力对钢管混凝土拱桥极限承载力影响具有一定的指导意义.     

FRP—钢复合管混凝土桥墩设计与应用研究

FRP-钢复合管混凝土结构充分利用了FRP和钢管两种材料各自的优势,使双重约束下的混凝土具有优良的力学性能.结合实际工程,提出了新型FRP-钢复合管混凝土桥墩结构,推导了FRP-钢复合管混凝土桥墩承载力简化计算公式,并对计算公式进行了验证,结果表明公式计算值与试验值吻合尚可,对FRP-钢复合管混凝土桥墩的具体方案及构造进行了设计,给出了其施工技术要点和关键工艺,为FRP-钢复合管混凝土桥墩的推广应用提供一定的指导意义.     

钢管混凝土偏心受压应力-应变关系模型研究

提出钢管混凝土偏心受压应力-应变关系的纤维单元模型。钢管采用一维四段直线的应力-应变关系,混凝土采用以一维形式表达、考虑钢管与混凝土相互作用的应力-应变关系。提出了偏心受压的钢管混凝土考虑钢管径向应力梯度对紧箍作用影响的核心混凝土的应力-应变关系模型。最后应用提出的钢管混凝土偏心受压应力-应变关系,对钢管混凝土偏心受压柱和钢管混凝土拱面内受力全过程进行了计算分析。     

钢管混凝土叠合柱式桥墩考虑桩土作用的地震效应分析

为减小桥墩阻水面积,南水北调中线工程跨主干渠大油村北桥中墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱,以避开阻水超限的普通钢筋混凝土桩柱式结构。探讨考虑桩土相互作用的三种模型并对计算结果进行了对比分析。发现等效三弹簧模型能较好地模拟桩土相互作用下桩基的地震反应,同时说明叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通钢筋混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能。     

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析,揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律,并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式;结合脱空的应力判别标准,计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度,进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式;基于诱导振动理论,选取主要受温度影响而产生脱空的拱段,开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的可靠性。研究结果表明：日照辐射作用下,钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性,核心混凝土温度变化滞后于外包钢管,钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃;日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa,导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm;基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性,并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。     

方钢管混凝土轴压短柱的力学性能

根据统一强度理论,综合考虑了方钢管混凝土的材料特点,引入了考虑厚边比影响的等效约束折减系数,将钢管混凝土角部非均匀的约束力转化为均匀的约束力,从而将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束。在厚壁圆筒的统一强度理论解的基础上,推导了计算钢管混凝土极限承载力的公式,并用该公式对文献资料数据进行了计算对比。结果表明:该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料很有意义。     

大跨度中承式钢管混凝土拱桥的面内动力特性分析

采用钢管混凝土组合性能指标和纤维单元法建立钢管混凝土空间梁单元,用该单元模拟拱肋弦杆形成空间有限元模型。通过对大量不同跨度大跨度中承式钢管混凝土拱桥的模态分析,得到其面内反对称和对称第一阶振型的振动频率,一些桥梁的计算结果得到了试验数据的验证。根据这些计算结果统计得到反对称和对称基频的简化公式。     

钢管混凝土拱桥拱肋截面钢管和砼的内力分配问题

研究钢管砼拱桥任意形状拱肋截面的钢管和砼内力分配问题，利用有限元法得出截面内力，在此基础上推出了钢管和砼的内力分配和应力表达式，可供设计钢管砼拱桥的人员参考。