FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能及承载力计算模型

为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供参考,促进其在桥梁墩柱等腐蚀环境下的工程结构中应用,通过21根方柱的轴压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。基于极限平衡理论及FRP约束混凝土实心方柱的试验结果,对FRP-混凝土-钢管组合方柱进行受力分析,提出了其轴压承载力计算模型。结果表明:外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,其强度和延性均得到显著提高;其轴压性能与外层FRP约束程度和内层钢管径厚比密切相关;基于极限平衡理论提出的FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力计算模型的计算过程简单,且计算值与试验结果吻合较好。     

地震作用下钢桥墩锚固架设计方法研究

钢桥墩与混凝土承台之间的锚固是桥梁钢桥墩设计的关键部位。为对其设计的合理性进行验证,首先对该处局部设计进行描述,并采用整体有限元模型与局部有限元模型结合的方式,对地震荷载作用下钢桥墩与混凝土承台锚固处设计进行研究。结果表明:地震荷载作用下,锚固处钢结构应力水平较低;由于拉应力过大,压浆混凝土与承压钢板之间会产生分离。通过计算表明,钢桥墩与混凝土承台间采用的锚固螺栓结合锚固架设计传力可靠,结构安全合理。     

兰州中山桥桥墩外钢围堰施工关键技术

为更好地保护古建筑兰州中山桥,提高桥墩的抗震能力及耐久性,提出了钢围堰干作业法外包混凝土加固桥墩技术.在剖析中山桥桥墩外围钢围堰施工的重点、难点的基础上,通过计算分析定量设计了钢围堰结构,研究了桥墩外黄河卵石覆盖层开挖、钢围堰悬空安装及钢围堰封底施工等3项关键技术.     

填充混凝土对顶推施工中的方形钢桥墩垂直度影响分析

结合重庆市合川某工程项目,利用Abaqus有限元,对方形钢桥墩内填充混凝土和不填充混凝土两种桥墩在顶推工况下进行结构分析,并采用全站仪对方形钢桥墩在顶推过程中的水平位移进行监测,理论计算和监测数据表明:桥墩的水平变形满足规范要求。同时有限元分析表明:钢墩内部填充混凝土可以有效降低墩顶位移。通过对4种不同墩高的桥墩建模分析可知,桥墩越高,墩顶位移越大,且变化率逐渐增大,而内部填充混凝土对降低墩顶位移的效果越明显。另外采用Matlab曲线拟合可以预测不同墩高的墩顶位移,避免多次建模。     

基于影响面法的预应力混凝土桥墩延性能力分析

基于响应面法对预应力混凝土桥墩延性能力展开研究。主要分析了纵向钢筋配筋率、箍筋配筋率、预应力钢束的数量和混凝土强度对预应力混凝土桥墩曲率延性系数的影响。参考以往的混凝土桥墩的设计参数,采用Box-Behnken试验设计法,利用数值分析,计算25个预应力混凝土桥墩的延性系数,通过响应面法得到延性系数的回归方程。从计算结果可以看出:预应力钢束的数量对桥墩延性系数影响显著,随着预应力钢束数量的增加,桥墩延性系数曲线减小;随着箍筋配筋率和混凝土强度提高,桥墩延性系数线性增加;随着纵向钢筋配筋率提高,桥墩延性系数略有增加。     

桥墩撞击力计算及影响因素研究

为研究不同因素对桥墩撞击力的影响,进行了5根钢骨混凝土桥墩的小车撞击试验,通过改变撞击车速、车头形式和桥墩配钢形式得到了不同撞击条件下的撞击力时程曲线,并通过静力试验得到了桥墩撞击点处的"力—位移"关系,最后基于能量守恒建立了桥墩弹性和弹塑性阶段的撞击力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。研究结果表明:撞击能量、车头变形、桥墩刚度和桥墩状态对撞击力有一定影响;撞击力随着撞击能量或接触刚度提高而增大,并随着车头的变形耗能增多而减小。研究结果可为桥墩抗撞设计和研究提供一定参考。     

钢骨混凝土桥墩撞击动力性能模拟分析

为研究钢骨混凝土桥墩的撞击动力性能,运用有限元动力分析软件LS—DYNA,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的撞击动力性能进行了模拟分析。采用两种本构模型(KCC模型、CSC模型)来模拟混凝土的撞击动力强度。将模拟计算的撞击力、撞击位移、撞击头加速度和墩身测点应变与试验结果做了对比,两者吻合较好。CSC模型能够更好地模拟撞击中混凝土的动力学性能。在此模拟基础上,研究了内置钢骨形式对桥墩撞击动力性能的影响,以及配钢率对桥墩撞击承载力的影响。分析结果表明,在相同撞击能量下,内置圆钢管的混凝土墩身应力较小,抗撞击动力性能较好;钢骨混凝土桥墩的抗撞击承载力随着配钢率增大而提高,但配钢率增大至一定程度后抗撞能力几乎不再提高。     

基于修正压力场理论的桥墩抗剪承载力简化计算方法

为快速、准确地计算桥墩抗剪承载力,对基于修正压力场理论的桥墩抗剪承载力计算方法进行简化。该简化计算方法根据120根试件试验结果,建立配箍量影响系数和轴压比影响系数的计算公式,并对其进行参数分析,验证了计算公式的合理性,通过这2个影响系数求得混凝土平均纵向应变,进而得到完整的基于修正压力场理论的桥墩抗剪承载力简化计算公式。采用该简化方法和4种常用方法对120根试件的抗剪承载力进行计算,并与试验结果进行对比分析。结果表明,与4种常用方法相比,简化方法计算结果与试验值最接近,离散程度也最小,可用于桥墩的抗剪承载力计算。工程实例应用表明,该简化方法求解过程简单,无需迭代计算,可快速、准确地计算桥墩抗剪承载力。     

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩顺桥方向抗震性能

为了在城市复杂的交通工程中广泛应用部分填充混凝土钢桥墩,探明竖向偏心荷载作用下该类桥墩的抗震性能,以城市高架桥倒L形部分填充混凝土圆形钢桥墩为对象,采用试验与有限元分析方法,探究设计参数长细比、径厚比和竖向荷载偏心率对该类桥墩在顺桥方向力学性能的影响。首先,对以往4个竖向偏心荷载部分填充混凝土圆形钢桥墩柱试验试件进行有限元建模,通过有限元与试验结果对比分析,验证有限元模型单元选取、划分、接触和边界条件的合理性。然后,改变桥墩径厚比Rt、长细比λ及竖向荷载偏心率e/L,设计30个部分填充混凝土圆形钢桥墩进行非线性有限元分析。结果表明:在其他参数不变的情况下,随着λ从0.25增加到0.35,桥墩的最大承载力和延性均降低;随着Rt从0.06增加到0.12,桥墩的最大承载力缓慢增加,延性逐渐减小;随着e/L的增大,桥墩的最大承载力、延性均降低,抗震性能差;当e/L从0增加到0.2时,桥墩最大承载力、延性分别下降了约24%和50%;研究结果为部分填充混凝土钢桥墩在复杂荷载情况下的工程应用奠定了理论基础。     

带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁设计计算方法

根据带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的小箱梁、大悬臂的结构特点,提出了考虑偏载效应影响的组合脊骨梁正应力计算公式;通过确定合理的抗弯极限状态,并基于简化塑性理论,推导出组合脊骨梁正、负弯矩截面的极限抗弯承载力计算公式和考虑混凝土翼板贡献的抗剪承载力计算公式;同时提出了波形钢腹板组合挑梁荷载横向分布计算的修正刚接梁法以及受载挑梁荷载横向分布系数随载位沿挑梁纵向变化而呈三次曲线分布的假设,并按照拟平截面假定,推导了波形钢腹板组合挑梁的开裂弯矩和弹性抗弯承载力计算公式。在此基础上进行了相应的模型试验研究,理论分析值和试验结果吻合良好,说明本文的设计公式精度满足要求,能够用于同类结构的设计计算。     

封一/四

为了解决FRP筋弹性模量低、剪切强度低和延性差的问题,设计和制备了多种规格的FRP-钢筋复合筋,并通过拉伸和剪切试验研究了含钢率和直径对其拉伸性能和剪切性能的影响。然后根据FRP-钢筋复合筋的性能特点及其增强混凝土构件的性能要求,提出了此类构件与相同钢筋混凝土构件的配筋总刚度相等的等效刚度设计法,并试验对比和分析了等承载力与等效刚度2种不同等效设计法设计的FRP-钢筋复合筋增强混凝土梁的受弯性能。结果表明:与FRP筋相比,FRP-钢筋复合筋的弹性模量、延性和剪切性能都明显提高。FRP-钢筋复合筋的弹性模量可达到FRP筋弹性模量的3倍以上,这为等效刚度设计法的实现提供了良好基础。等效刚度设计的FRP-钢筋复合筋增强混凝土梁具有和钢筋混凝土梁接近的屈服前受力性能(挠度和最大裂缝宽度)和良好的延性,并且可使其极限承载力提高30%。即等效刚度设计的此类构件不仅可满足安全性和适用性要求,而且具有更大的承载力储备和更好的耐久性。由于等效刚度设计法可参考现有的钢筋混凝土结构设计规范进行设计,其有望为此类构件和结构设计与工程应用提供简便适用的计算分析和设计方法。     

不同构造下的预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能试验

为探讨预制拼装钢管混凝土桥墩抗震力学性能,充分发挥预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震能力,以实际桥墩为参考,考虑不同拼装接缝形式、耗能钢筋配筋率和预应力轴压比等参数,设计和制作了6个摇摆式预制拼装预应力钢管混凝土桥墩和2个对比墩（1个摇摆式预应力钢筋混凝土墩和1个承插式预应力钢管混凝土墩）,共8个缩尺模型。采用拟静力试验方法,结合数值模拟揭示预应力预制拼装钢管混凝土桥墩的延性能力、自复位性能、滞回耗能特性、破坏模式和破坏机理。试验结果表明：对于2种构造下的钢管混凝土桥墩,摇摆式桥墩因其可发生一定范围内摇摆,并设置预应力筋和耗能钢筋,使其延性与耗能能力更加优异;在墩底设置UHPC座垫层,加载过程中其对承台的破坏相对较小,提高了桥墩的损伤容限;在相同的目标位移下,摇摆式试件残余位移小于承插式试件,表明摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩拥有良好的自复位特性;对于摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩,增大耗能钢筋配筋率,使得试件损伤状态出现滞后,耗能能力增强,减轻墩底接缝破坏程度,同时使得残余位移增大;增大预应力轴压比,其约束试件变形的自复位能力进一步增强,使试件残余位移减小,有利于桥墩在震后功能的快速恢复;通过建立各试件的有限元纤维模型,进一步验证了试验结果的准确性。研究成果可为后续预制拼装钢管混凝土桥墩的设计与应用提供试验基础。     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

FRP-混凝土-钢双壁空心桥墩分析及设计方法研究

纤维增强复合材料(FRP)是一种高强、轻质、耐腐蚀的高性能材料.FRP-混凝土-钢双壁空心组合构件是由香港理工大学滕锦光教授发明的一种新型组合构件,由外侧的FRP管、内侧的钢管及混凝土夹心层组成,具有建造方便(FRP管与钢管可作为浇筑混凝土的模板)、耐腐蚀性能优、抗震性能好等一系列优点.自2004年被提出以来,学术界已...     

装配式预应力桥墩地震损伤评估及影响参数分析

为明确装配式预应力桥墩的地震损伤性能,首先根据拟静力试验结果,对比分析装配式、整体式预应力桥墩以及钢筋混凝土桥墩在水平往复荷载作用下的损伤演化情况和破坏状态,然后应用6种混凝土损伤模型对桥墩试件进行损伤评估,分析各损伤模型的可靠性和适用性,最后基于OpenSees数值模拟,对恒载轴压比、纵筋配筋率、体积配箍率、耗能钢筋配筋率以及预应力筋配筋率等影响预应力桥墩损伤性能的参数进行分析。研究结果表明：在相同墩顶偏移比下,整体式预应力桥墩较钢筋混凝土桥墩的损伤更为严重,原因是承载力增大所致;而装配式预应力桥墩比整体式预应力桥墩损伤小是由于接缝张合导致耗能能力降低与接缝处耗能钢筋设置无黏结段造成的;与其他5种损伤模型相比,王东升修正的Park-Ang损伤模型对桥墩试件的损伤评估效果最符合实际情况,且离散性较小;塑性铰区域的体积配箍率是影响桥墩损伤性能的主要因素,且桥墩的损伤随着体积配箍率的增大而减小。     

预制UHPC模壳增强RC桥墩设计方法与抗震性能分析

采用预制超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）永久模壳增强普通混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,可提高其抗震能力和耐久性能,同时加快桥梁施工速度。为研究预制UHPC永久模壳对桥墩抗震性能的影响,提出了预制模壳的设计方法,分析了其对桥墩的主动增强及被动约束机理;通过参数敏感性分析,研究了UHPC永久模壳关键参数对桥墩抗震性能的影响,包括UHPC抗压和抗拉强度等材料性能参数及模壳高度和厚度等几何参数。研究结果表明：永久模壳设计厚度由UHPC抗拉强度及桥墩截面尺寸控制,核心区混凝土浇筑温度及速度对其有一定影响,浇筑温度与模壳设计厚度呈逆相关,当浇筑温度从0℃上升到30℃时,模壳厚度约减小43%,而浇筑速度与模壳厚度呈正相关,当浇筑速度从0.5 m·h^-1增加到4 m·h^-1时,模壳厚度约增加30%;预制模壳的主动增强和被动约束作用可提高RC桥墩最大承载力和耗能能力15%以上,残余变形可减小17%以上;UHPC抗压和抗拉强度对新型桥墩初始刚度、最大承载力、耗能能力等性能指标影响较小,变化量均低于6%,提高UHPC抗压强度可有效降低新型桥墩的残余变形;预制UHPC模壳厚度和高度等几何参数主要影响新型桥墩的初始刚度和残余变形,对其耗能能力和最大承载力无显著影响;研究成果可为预制UHPC永久模壳增强混凝土桥墩的设计及抗震分析提供参考依据。     

临沂南京路沂河大桥主桥设计

临沂南京路沂河大桥位于8度强震区且跨越断裂带,主桥采用飞雁式异形拱桥与V形墩结合的组合体系,采用大吨位摩擦式减隔震支座,以提高结构抗震性能。主桥两侧(30.3+34.2)m采用预应力混凝土连续梁;中间(135.5+135.5)m为飞雁式异形拱桥,拱桥采用双边箱钢-混叠合梁,主拱采用矩形钢箱变截面拱肋,拱肋轴线为异形偏态拱轴线,不设风撑,拱梁固结,梁端设水平系杆平衡水平推力。下部边、中V形墩均采用大悬挑箱形截面混凝土结构,群桩基础。大桥采用先梁后拱的施工顺序,叠合梁采用多点平衡顶推施工,拱肋采用桥位少支架大节段拼装施工。     

德国内森巴赫山谷高架桥:技术与环境景观成功结合的典范

德国斯图加特市的内森巴赫山谷高架桥将结构布局与环境景观得到了充分的协调与统一.在结构设计方面,展示了轻结构的设计理念,混凝土薄板在空间钢管桁架的承托下跨越山谷,桥墩为树状的集束钢管构造,将整体钢管铸钢节点运用于空间钢桁架的杆件连接及其与混凝土板的连接.在桥梁建筑方面,用横向椭圆形的钢管拱承托声屏障与自行车道,并与两端隧道门洞自然衔接,其蜿蜒、通透的银色形体构成了山谷间的一道风景线.     

宝鸡清溪渭河大桥主桥设计

宝鸡清溪渭河大桥主桥为(115+258+115)m的双塔斜拉桥,采用半飘浮的约束体系,桥面全宽29m,设有双向4车道及两侧人行道。桥塔采用钻石形钢筋混凝土结构,主梁采用双边"工"形钢-混组合梁,混凝土桥面板采用预制构件,在纵梁、横梁及人行道托架顶部均设有混凝土后浇带,通过剪力钉与钢主梁连接。斜拉索采用扇形布置的空间双索面平行钢丝拉索体系,通过钢锚箱和锚拉板分别与桥塔和主梁相连。桥塔和边墩基础采用钻孔灌注桩基础。桥址位于高烈度地震区,采取了在桥塔处设置纵向活动抗震球型支座、边墩设置纵向活动横向摩擦摆减隔震支座,在桥塔下横梁与主梁间设置纵向粘滞阻尼器的减隔震措施。根据结构特点以及建设条件,主梁施工方案采用大节段支架法。     

薄壁墩混凝土水化热及收缩徐变分析

鄂西某汉江特大桥主桥为60 m 110 m 110 m 60 m预应力混凝土连续刚构,桥墩采用了双薄壁形式。墩身施工后,现场人员发现在与承台相接的部位有裂缝产生,大桥施工被迫停止。结合实例,利用理论计算和仿真模拟两种手段同时对裂缝进行了分析,其结果和裂缝实际状态非常吻合,判定是由大体积混凝土结构在养护过程中的水化热及收缩、徐变所致。