公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型研究

钢管混凝土具有强度高、塑性韧性好等特点,为促进钢管混凝土结构在隧道工程中的应用,针对当前对钢管混凝土拱架承载力评价指标研究不足以及钢管选型难的问题,通过对50种不同直径、壁厚的钢管混凝土拱架承载力的理论计算与数值模拟对比分析,对公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型进行研究。主要结论如下:1)相比于钢管面积、含钢率、钢管惯性矩,钢管的抗弯截面系数作为综合指标能较好地表征钢管与钢管混凝土拱架承载力之间的关系,建议作为评价钢管混凝土拱架承载力的指标; 2)基于文中的研究依据,拟合钢管抗弯截面系数与钢管混凝土拱架承载力公式,以及钢管混凝土初期支护承载力与钢管混凝土拱架承载力公式; 3)钢管直径比钢管壁厚对钢管混凝土拱架承载力的影响更大,直径大、壁厚小的钢管混凝土拱架不但具有更高的承载力,而且具有更经济的钢材用量; 4)钢管混凝土拱架建议按照增大钢管直径增加钢管壁厚提高核心混凝土强度等级的优先级进行选型设计。     

哑铃形钢管混凝土截面水化热温度分布有限元分析

应用有限元程序对哑铃形钢管混凝土拱肋水化热作用下的截面温度场进行计算,并与圆形截面相比较,分析了截面组成、圆管直径、腹板高度、不同风速对温度场的影响。结果表明:哑铃形截面的最高温度要高于圆形截面最高温度,钢管管径和外界风速对截面温度的影响较大;而腹板高度对截面温度场影响则较小。     

哑铃形钢管混凝土截面抗弯塑性发展能力研究

结合纤维模型法研究建立了哑铃形钢管混凝土拱桥拱肋截面受弯塑性发展系数和抗弯承载力计算公式。首先,通过合理遴选钢管和混凝土的本构关系,建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力分析的纤维模型法,并利用试验数据验证了方法的准确性;进而,基于钢管混凝土统一理论,借助塑性发展系数表征截面在弯矩作用下的塑性发展能力,并利用纤维模型法分析了截面高度、钢管和混凝土强度、钢管壁厚和套箍系数对塑性发展系数的影响规律,最终选定套箍系数作为参数建立塑性发展系数表达式;最后,基于新建的塑性发展系数表达式建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行对比。研究表明,建立的纤维模型法能够准确计算哑铃形钢管混凝土构件的抗弯承载力,塑性发展系数与套箍系数之间具有较强的非线性相关关系,所建立的抗弯承载力计算公式结果与试验结果吻合良好。     

大跨度钢管混凝土桁拱桥拱脚外包段受力分析与优化设计

为研究大跨度钢管混凝土拱桥拱脚结构的复杂构造和受力问题,该文以一座主跨为280 m钢管混凝土桁拱桥为背景,采用Midas/FEA建立基于拱脚和桥面板与钢横梁详细组合单元的全桥模型,详细计算了外包混凝土拱脚结构各构件在恒载和最不利车道荷载作用下的应力响应规律,分析了外包混凝土对拱脚各构件的受力影响。进一步对比分析了加大拱脚钢管混凝土构件直径和加厚拱脚外包钢管壁厚两种优化方案对无外包混凝土拱脚各构件的受力影响规律。计算结果表明:①外包混凝土可有效减小拱脚各构件的应力;②对于无外包混凝土拱脚结构,拱脚下弦杆是控制设计的关键;③增加钢管混凝土拱脚上下弦杆的管径和外包钢管壁厚均可有效减小无外包混凝土拱脚下弦杆的应力;④考虑施工效率和成本,实际工程中建议采用增加钢管壁厚的无外包混凝土拱脚设计方案。     

钢管混凝土拱桥温度内力计算时温差取值分析

提出钢管混凝土事拢温度的概念，进行了钢管混凝土的构件截面温度场测试和钢管混共桥温度变化值的计算机分析，分析结果认为，钢管混凝土拱桥的计算合拔温度以决于管径和这内混凝一一个月内的平均温度以及空钢管合拢温度。钢管混凝土拱桥的计算温度取日平均较为合理。     

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。     

考虑遮挡的钢管混凝土拱桁日照温度场

为掌握桁式钢管混凝土拱桥各拱肋截面在日照作用下的温度场分布,对一座进藏铁路上的大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行了研究,采用数值方法模拟计算了拱肋各弦管在夏季及冬季日照下的温度场。计算结果显示:在该地区环境中,桁式钢管混凝土拱肋的各弦管截面温度场均与日照变化规律一致,并随日照变化呈现明显的非线性特征;上弦管受遮挡作用较小,钢管温度最高升温位置始终位于向阳面,而管内混凝土的温度变化主要受整体环境温度影响,保持比较平稳的变化,受日照影响不明显;下弦管受到遮挡影响,整体温度场低于上弦管,外侧钢管温度变化较内侧明显,管内混凝土对日照作用不敏感。研究结果表明:桁式钢管混凝土拱肋截面上、下弦管的日照温度场有较大差别,设计中应分别取用温度值。     

内填式钢管混凝土构件受箍机理分析

利用修正弹性模量的方法来计入内填式钢管混凝土轴压构件承载力的提高，并用能量法和最小势能原理从中导出了在轴向压力作用下内填式钢管混凝土构件受箍机理。分析表明，套箍系数不但与核心混凝土的泊松松比、截面半径及弹性模量有关，还与外围钢管的泊松比、钢管壁厚及弹性模量有关。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

钢管混凝土拱桥核心混凝土徐变效应可靠度分析

为明确钢管混凝土拱桥钢管内核心混凝土徐变对桥梁应力重分布的影响,采用"按龄期调整模量法",分别运用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2012)中公式计算所得混凝土徐变系数和轴向受压钢管混凝土徐变试验、拱肋徐变试验拟合所得混凝土徐变系数,建立可以考虑混凝土徐变过程的ANSYS模型,分析混凝土徐变对茅草街大桥建造期拱肋下挠的影响;运用拉丁超立方抽样方法,以跨中拱肋挠度和钢管应力为限值,以钢材和混凝土弹性模量、上弦和下弦钢管壁厚、腹管壁厚、徐变模型不确定性系数、核心混凝土弹性模量计算所得不确定性系数和茅草街大桥数值模型不确定性系数为参数,计算得到茅草街大桥服役期内的失效概率。结果表明:在建造期内,以基于拱肋徐变试验得到的混凝土徐变系数来计算跨中拱肋下挠值与实际实测值吻合最好,验证了模型的可靠性和精确性;在服役期内,以拱肋挠度和钢管应力为限值,当服役龄期增加到100年时,桥梁失效概率逐步增大,不同混凝土徐变系数的计算结果差异较大;以挠度为限值时,分别利用式(1)、(2)、(6)计算得到的失效概率为0.311,0.013 8和0;以应力为限值时,分别利用式(1)、(2)、(6)计算得到的失效概率为0.499,0.225和0.165 2。因此对于钢管混凝土拱桥的徐变可靠度分析来说,关键之处在于选择正确的混凝土徐变模型。     

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。     

黑臭水体治理中多技术综合运用案例分析

通过分析安徽省池州市赵圩黑臭水体,提出多技术综合运用的技术方案,采用"外源减排、内源清淤、水质净化、生态恢复"为主体技术路线,系统运用控源截污、海绵化改造、底泥清淤、增强水动力、生态修复等技术措施治理赵圩黑臭水体,通过定量计算验证整治后基本消除了外源污染物对水质的影响,工程投入运行后赵圩已基本消除水体黑臭,水生态恢复,实现长治久清的目标。     

基于钢管连接件的钢-UHPC组合桥面板抗剪性能研究

针对公路钢桥桥面结构因自身刚度相对较弱和抗拉拔力不足,出现铺装层病害和钢桥面板疲劳开裂等现象,提出一种基于钢管连接件的钢-UHPC组合桥面板结构,为研究该新型连接件组合桥面板的抗剪性能,开展了推出试验,并结合试验验证后的非线性数值模型得出了试件的工作机理。运用非线性数值模型分析了抗剪连接件厚度、连接件屈服强度、UHPC抗压强度对抗剪承载力及抗剪刚度之影响。研究表明:钢管连接件推出试验破坏形态为下缘焊缝附近的钢管壁沿焊缝方向被剪切断裂,其下部UHPC被压碎;参数分析得出其他参数不变的情况下,抗剪性能随连接件钢管壁厚和钢材强度均呈线性增长;不同的连接件壁厚对应合理的UHPC轴心抗压强度取值,钢管外径为40 mm的情况下,壁厚从3、4、5、6 mm变化取值,对应的UHPC抗压强度合理值分别为100、120、140、160 MPa。     

钢渣导电沥青混凝土电学性能研究

利用钢渣矿料制备出Superpave12．5型钢渣导电沥青混凝土,研究了钢渣集料、石墨粉、碳纤维等材料对降低电阻率的贡献,进行了室内升温和室外融雪试验。研究结果表明：钢渣能作为集料制备出体积性能合格的沥青混凝土,钢渣导电集料大大提高了沥青混凝土的导电能力;石墨降低电阻率的能力要明显强于碳纤维;导电沥青混凝土温升随时间呈二次抛物线规律变化。室外融雪试验融雪效率为32％。     

连续配筋混凝土路面温度应力分析

基于钢筋混凝土间粘结滑移的线性和非线性本构关系,建立了连续配筋混凝土路面(CRCP)在温度荷载作用下的力学模型以及按接触理论推导的有限元刚度矩阵。得出了考虑粘结滑移线性和非线性本构关系的有限单元数值解,据此分析了降温荷载作用下路面应力、位移的分布规律。同时讨论了裂缝间距和配筋率、配筋方式对裂缝宽度的影响。结果表明,在相同的降温荷载作用下,随着裂缝间距的增大,钢筋和混凝土的应力呈现非线性增加;采用不同配筋方式对裂缝宽度的影响较大,建议设计时尽量采用小直径多根数的配筋方式。按接触有限元法进行温度应力的非线性分析,为今后的科研和设计提供了很好的理论依据。     

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。     

CFS加固混凝土墩柱温度自应力弹性解及影响参数研究

考虑到碳纤维布（CFS）与混凝土的热胀系数不同，建立了CFS加固的任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。进而推导了CFS加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数和均匀温度梯度下的温度自应力弹性解。最后就弹性解讨论了CFS厚度、热胀系数、弹性模量和混凝土强度等级（弹性模量）、截面宽度、高度等因素对CFS加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响。     

季节性冻土区隧道温度场分析与预测

为预防季节性冻土区隧道因防寒保温措施设置不足引发的冻害,研究季节性冻土区吐库二线中天山隧道温度场变化规律及其防寒保温参数。基于围岩温度场现场测试研究,利用ANSYS有限元软件,同时考虑水文地质条件、混凝土衬砌水化热、大气温度和地温随时间变化等影响因素,预测、比较隧道施加保温层和未施加保温层的冻融循环圈。总结出设置保温边沟和设置厚度≥5cm、导热系数≤0.03W/(m•K)的保温层是必要和合理的。     

钢管混凝土缺陷超声波定量检测技术初步研究

参阅国内外钢管混凝土拱桥设计、施工和检测的文献资料，对超声波用于钢管混凝土拱肋脱粘厚度和混凝土空洞尺寸的定量检测技术开展研究，并将其用于实桥拱肋缺陷定量检测，取得初步成果。     

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...