预应力矩形钢箱混凝土梁的结构行为

一百多年前,为了解决钢桥墩的钢材腐蚀问题,出现了钢管混凝土结构。随后,人们发现,钢管对内填核心混凝土的三向约束效应,使得钢管混凝土具有良好的抗压性能。最初的研究主要集中于圆形截面的钢管混凝土,随着研究的深入,人们发现矩形钢箱混凝土除具有许多圆形钢管混凝土优点外,还具有如方便连接、防火造价低等许多优点,矩形钢箱混凝土的研究也逐渐成为研究热点。     

矩形中空夹层钢管混凝土短柱力学性能的数值分析

在确定组成矩形钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力应变关系模型的基础上,利用数值解法对矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系进行了全过程分析．     

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

镂空钢管约束混凝土柱试验研究

钢管约束混凝土柱是一种新型结构构件,其约束钢管采用镂空形式,外部由一层纤维增强塑料(FRP,FiberReinforcement Plastic)封闭。研究采用的镂空钢管为方形管,边长为30.8cm,高度为11.43cm,有2种不同的镂空圆孔分布模式:一种为正方形布置,一种为梅花形布置。试验的约束混凝土柱试件总数为27根,单向压缩试验表明,镂空钢管约束混凝土柱极大地提高了混凝土的变形能力及能量吸收能力。同时,与梅花形镂空圆孔布置的镂空钢管约束混凝土试件相比,正方形镂空圆孔布置的钢管约束混凝土试件具有更强的变形及能量吸收能力。     

矩形钢管混凝土构件组合截面水化热温度分布探讨

采用实体有限元分析软件MIDAS FEA对某矩形钢管混凝土组合构件的截面建立有限元分析模型。探讨了由于内填混凝土水化热引起的钢管与混凝土组合截面的温度分布规律,对此类问题在今后的矩形钢管混凝土组合构件的工程应用中提供参考。     

矩形钢管混凝土柱局部屈曲分析

在矩形钢管混凝土柱中采用薄壁钢板将引起局部屈曲,局部屈曲会降低钢管混凝土柱的强度、延性和抗弯刚度。主要分析在偏心荷载作用下,矩形钢管混凝土柱局部临界屈曲应力σcr的变化情况。因此,通过引入应力梯度系数φ来描述偏心距,并应用伽辽金法推导出了矩形钢管混凝土柱局部屈曲的临界应力公式。从公式可知,随着应力梯度系数φ的增加,矩形钢管混凝土柱中外包钢板的局部屈曲应力会减小。另外,完全的轴心压力对矩形钢管混凝土柱的局部屈曲是不利的。     

镂空钢管约束混凝土柱试验研究

钢管约束混凝土柱是一种新型结构构件,其约束钢管采用镂空形式,外部由一层纤维增强塑料( FRP,Fiber Reinforcement Plastic)封闭.研究采用的镂空钢管为方形管,边长为30.8cm,高度为11.43cm,有2种不同的镂空圆孔分布模式:一种为正方形布置,一种为梅花形布置.试验的约束混凝土柱试件总数为...     

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。      

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．     

钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值研究

基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对长期荷载作用下钢管混凝土柱的变形-时间关系曲线进行了计算,并在此基础上对长期荷载作用下钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值进行了拟合和分析.分析结果表明:在长期荷载作用下,钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值要明显小于素混凝土;采用0.9作为钢管内核心混凝土的徐变系数终值是合理且偏于安全的.     

CFRP钢管混凝土偏心受压构件影响因素分析

本文首先CFRP-钢管混凝土针对该种构件的轴压构件进行工作机理分析。然后在实验基础上着重分析了长细比、偏心率、约束系数等影响CFRP-钢管混凝土偏压构件的力学性能关键因素。分析了各个影响因素对构件极限承载力的影响;得出结论 CFRP在限定的长细比和偏心率等影响因素条件下提高钢管混凝土偏心受压构件的承载力。     

钢管混凝土脱粘及灌浆补救效果试验研究

对钢管与混凝土脱粘后钢管混凝土的力学性能(弹性模量和承载能力等)以及灌浆的效果进行了试验研究．结果表明，随脱粘宽度增大，钢管混凝土的弹性模量和承载能力大幅度下降，纵向和侧向变形加剧．原因在于，脱粘后钢管与混凝土不能共同承载．进行灌浆处理后，钢管混凝土原有的力学性能基本恢复．     

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。     

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。     

SRPE套管约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型

为研究钢骨架聚乙烯塑料复合管(SRPE)约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型,将SRPE管对核心混凝土的约束作用等效为外包HDPE管和内嵌钢丝网骨架中纬线钢丝各自对核心混凝土约束作用的线性叠加,借鉴经典的Mander模型研究思路,计算出SRPE管对核心混凝土的有效侧向约束应力,通过修正模型中约束混凝土强度提高系数k值,提出SRPE套管混凝土极限压应力与应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。结果表明:模型计算结果与试验结果较为接近,表明本文所推导的本构关系模型具有一定精度。     

基于有侧移钢管混凝土受压柱的理论分析与应用

钢管混凝土（Steel Tuber—confined Concrete）的英文缩写为STCC．它是在传统的套箍混凝土的基础上产生的新理论．其原理是利用钢管的本身，在外力的作用下对受压混凝土实行侧向约束，使其处于三向应力受压状态，限制和缓解外力作用的纵向裂缝的发生，提高抗压强度及压缩变形能力（见图1）。     

钢管混凝土轴心受压承载力计算

总结了现有钢管混凝土轴心受压承载力的计算方法，对约束混凝土轴心抗压强度的理论和试验研究成果进行了回顾，同时在约束混凝土理论基础上，建立了钢管混凝土轴心受压承载力的计算公式，并与其他方法进行了数值比较。结果显示，此方法与试验结果符合较好。     

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。     

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

钢管AR玻璃纤维混凝土柱受压力学性能试验研究

为了进一步探索纤维材料的选择和纤维掺入量配比的合理性和实用性,以及钢管和AR玻璃纤维混凝土组合而成的结构的基本力学性能,进行了4根普通钢管混凝土柱和12根钢管AR玻璃纤维混凝土柱轴心受压试验,得到了各AR玻璃纤维掺入量体积率下试件的极限荷载强度,并选取其中具有代表性的1根普通混凝土柱和4根钢管AR玻璃纤维混凝土柱进行受力机理分析。研究表明:适量的AR玻璃纤维与核心混凝土相结合,对核心混凝土自身的强度和弹性模量具有良好的影响作用,在钢管AR玻璃纤维混凝土柱的配制中,AR玻璃纤维掺入量最优体积率约在1. 8%～2. 8%,此试验研究结果对一般钢管AR玻璃纤维混凝土结构实际工程的应用实施具有一定的借鉴意义。