矩形钢管混凝土构件弯曲性能试验研究

为了解矩形钢管混凝土梁在弯矩作用下的受力性能及加劲肋对其弯曲性能的影响,设计制作flat试件(无加劲肋)、rib试件(设置普通加劲肋)和PBL试件(设置PBL加劲肋)共3个矩形钢管混凝土试件,进行纯弯试验,研究各试件的荷载~位移曲线、中性轴移动规律、混凝土和钢材应变规律、破坏模式等,并基于AISC规范方法计算各试件的抗弯承载力,对比填充混凝土对钢梁抗弯承载力的影响。结果表明:在用钢量相同的前提下,flat试件的混凝土与钢管之间产生了滑移,rib试件在横向集中荷载的作用下局部混凝土开裂严重,PBL试件的钢管混凝土整体性较好,混凝土无滑移;填充混凝土对设PBL试件和rib试件的抗弯承载力有显著提高,对flat试件的抗弯承载力提高很小。     

加劲型矩形钢管混凝土的轴压承载力对比分析

为了对比分析PBL加劲肋与其他加劲措施对构件承载力的影响,广泛收集了国内外设直肋、约束拉杆、隅撑、钢筋笼、钢筯加劲肋、锯齿形加劲肋、拼接直肋、拼接斜肋及无肋矩形钢管混凝土的构造形式及承载力试验结果,引入了承载力提高系数评价各加劲形式的承载力水平。结果表明:设PBL加劲肋和约束拉杆矩形钢管混凝土承载力能够提高构件极限承载力20%以上;PBL加劲肋兼有力学性能优越和施工简便的双重特点。     

PBL加劲肋对钢管混凝土拱肋受压节点受力性能的影响分析

由于钢管与混凝土之间的黏结力非常有限,极易在节点处产生钢管与混凝土界面滑移即脱黏,严重降低拱肋的承载能力。在钢管混凝土拱肋内置PBL加劲肋可提高节点处钢管与混凝土界面黏结力,增强钢管混凝土协同工作能力。该文以某钢管混凝土拱桥为例,对拱肋节点进行了非线性分析,探讨了PBL加劲肋对节点破坏形式、极限承载力、钢管的应力分布等力学性能的影响。结果表明:内置PBL加劲肋可增强钢管与混凝土界面黏结力,便于使拱上立柱产生的水平力由钢管和混凝土共同承担,有效提高了节点承载力。内置PBL加劲肋是对钢管混凝土拱肋节点的一种有效改进形式。     

大尺寸钢管混凝土柱承载力试验

为了探讨大尺寸钢管混凝土柱的初始偏心和开洞插管初始缺陷对其承载力的影响规律,以某钢管混凝土拱桥主拱肋Φ1 200×24 mm钢管为原型,采用1∶2.4,1∶4.8两种几何比例尺分别制作了长径比为3∶1的钢管混凝土柱试件,进行了轴压和偏压试验,并将承载力试验结果与中国现行相关规范的承载力计算结果进行了对比。结果表明:钢管混凝土柱的承载力试验值均大于规范计算值,大尺寸试件和小尺寸试件轴压承载力与规范的比值相差不大,但是大尺寸试件的屈服应力较高,开洞插管的试件由于内插钢管的屈服失效而导致整体试件屈服应力较低;CECS 28:90规范对承载力的规定与试验值较为接近,DL/T 5085—1999规范对承载力的规定安全系数最高;偏心受压和开洞插管均会导致钢管混凝土柱承载力降低,降幅分别达22%和15%。     

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。     

钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能试验研究

进行22根钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和影响极限承载力的主要因素。试验研究表明:钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90％~95％;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗,试件的上、下两端明显局部鼓曲。构件承载力随RPC强度fc的提高而提高,两者基本成线性关系;套箍系数ξ越大,构件承载力也越大,但钢管对RPC的约束效果比对普通混凝土的差。提出的钢管RPC轴压短柱极限承载力的实用计算公式计算出的结果与试验结果吻合良好。     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

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。     

基于极限状态钢管混凝土墩柱轴压承载力计算

为了探求钢管混凝土墩柱轴压承载力的新计算方法,基于极限状态下钢管和混凝土的受力特点,通过对国内外354个钢管混凝土轴压短柱试验数据的回归分析,得出了适用于普通钢管混凝土墩柱和钢管高强混凝土墩柱的侧压系数k值,给出了一个新的计算公式。该公式得到的普通钢管混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.969,均方差为0.101,钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.971,均方差为0.116,可见计算结果与试验结果吻合良好,且略偏于保守。同时给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,对108个试件的数据分析表明:计算结果与试验结果总体上吻合良好。     

支管缺陷对钢管混凝土空间相贯节点承载能力影响

为确定支管设置切割孔和混凝土亏空的钢管混凝土空间相贯节点的承载力和破坏模式,以某上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为背景,针对其拱肋钢管混凝土空间KK形相贯节点,采用Abaqus软件建立有限元模型,分析带切割孔和混凝土亏空的节点的承载力和破坏模式,并研究切割孔参数对节点承载力的影响。结果表明:支管壁设置切割孔会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为支管局部屈曲;钢管混凝土空间节点的承载力随切割孔直径的增大而降低,切割孔位置对承载力的影响较小;支管内混凝土亏空会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为主管壁冲剪破坏。     

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。     

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58～0.90。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

钢管混凝土中承拱桥构件强度试验

文章介绍黑龙江省哈同公路依兰牡丹江钢管混凝土中承拱桥构件强度试验情况，其试验采用近足尺寸试件，试验结果证明拱肋钢管混凝土强度满足设计承载力要求。     

圆钢管混凝土轴压中长柱的承载力

首先应用模型柱法,对钢管混凝土轴压中长柱荷载-变形关系进行全过程分析,得到了钢管混凝土轴压中长柱承载力的数值解法;其次,根据切线模量法推导了钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式;再次,基于模型柱法,探讨了构件长细比、混凝土强度等级、含钢率和钢材屈服强度对钢管混凝土轴压中长柱承载力稳定系数的影响,并在修正切线模量法推导的计算公式的基础上,建立了钢管混凝土轴压中长柱承载力实用计算公式;最后将该公式计算结果与各国216根钢管混凝土轴压中长柱承载力有效试验结果进行了对比。结果表明:该承载力计算公式所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁承载能力试验

为了给带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁这一新型桥梁结构形式的设计和施工提供参考,对其进行了承载能力的模型试验研究,分析了该结构的变形特征、破坏模式、承载能力和极限状态.根据弯矩-剪力相关方程推导了组合蜂窝梁的承载能力计算公式,并将分析结果与试验结果进行了对比;最后建立组合蜂窝梁的有限元计算模型,对主要参数进行了数值分析.结果表明:承载能力计算值与试验值吻合良好;开孔截面加劲前,组合蜂窝梁由于孔洞边缘局部屈曲而丧失承载能力;开孔截面加劲后,其破坏形态为弯曲破坏.     

孟庙至平顶山铁路钢管混凝土拱加劲连续梁桥设计

孟庙至平顶山铁路跨311国道特大桥主桥为(32+100+32)m钢管混凝土拱加劲连续梁桥,平面位于R=1 600m的曲线上。主梁为预应力混凝土双纵箱梁结构,纵梁间桥面结构采用纵、横梁体系格子梁,纵梁为单箱单室截面,沿纵向等宽、变高度;在100m主跨上方,对应于双纵梁设2道变高度钢管混凝土拱肋加劲,2道拱肋间采用空心钢管组成的3道横撑实现横向连接,每道拱肋由2根钢管组成,拱肋钢管及实腹段内填筑C50微膨胀混凝土;每道拱肋下设13组吊杆,每组吊杆的纵向间距为6m。采用有限元程序MIDAS建立主桥有限元模型,进行静、动力特性分析,采用ANSYS建立拱脚处空间实体模型对拱脚处局部应力进行分析,分析结果表明该桥各项静、动力特性均满足要求。     

六沾铁路宣天特大桥主桥设计

六沾铁路宣天特大桥主桥为钢管混凝土拱加劲三跨连续梁桥,主跨为100 m。主梁为双纵梁的"П"形双向(局部三向)预应力混凝土结构,钢管混凝土加劲拱圈由2条相互平行的拱肋及横向联结系构成,拱肋为变高度钢管混凝土桁架,拱圈平联采用"ж"形空心钢管桁架,吊杆采用钢绞线体系。计算主梁应力、挠度、自振特性及钢管混凝土的钢管及混凝土应力;经试算,吊杆预张力、安全系数均满足要求。根据有限元分析结果,对拱-梁结合部进行设计改进:主梁上翼缘增加4束纵向短束;加强纵梁上翼缘普通钢筋布置;优化竖、横向预应力根数和布置。采取先梁后拱满堂膺架的施工方案。     

正交异性钢箱梁U型肋加劲板极限承载力试验

以杭州湾跨海大桥通航孔斜拉桥钢箱梁U型肋加劲板为研究对象,按照相似理论设计制作了9块缩尺比例为1:3的扁平钢箱梁闭口U型肋加劲板模型,通过极限承载力试验研究加劲板稳定极限承载力.研究结果表明:9块加劲板模型在轴向荷载作用下发生的失稳破坏形态主要有3种,即母板破坏、母板与加劲肋共同破坏以及加劲肋破坏;各种破坏形态下模型的位移与应变具有相似的变化规律;模型的极限承载力随母板和加劲肋厚度的增加而增大,随着加劲肋高度和间距的增大而减小.     

拱形钢管混凝土加劲混合结构力学性能试验研究

近年来,拱形钢管混凝土加劲混合结构在我国西南地区的拱桥工程中得到应用。它具有结构形式新颖、受力性能好等优点。依托四川省广安官盛渠江大桥工程,设计了3个跨度为10m的拱形钢管混凝土加劲混合结构模型,开展了拱形试件在竖向集中荷载作用下的力学性能试验研究。试验结果表明,内部钢管混凝土劲性骨架的存在可以提高整体拱结构的承载力和刚度,并有效控制外围混凝土裂缝的开展。因此,拱形钢管混凝土加劲混合结构具有较好的力学性能,在实际工程中具有良好的推广应用前景。