钢-混凝土组合箱梁力学分析

提出一种钢-混凝土箱型截面组合梁结构,应用力法计算钢-混凝土箱型截面组合梁的内力,给出负弯矩区的刚度与其长度的关系.连续组合梁是变刚度截面,按弹性分析法给出正负弯矩区的抗弯刚度.对组合梁截面承载力进行分析,得出组合截面弹性极限抗弯承载力与塑性极限抗弯承载力.     

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

新规范引入钢筋极限拉应变限制的物理意义及控制方法

本文针对新规范在钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面承载能力计算中引入"纵向受拉钢筋极限拉应变取值为0.01"的限制条件提出具体建议,对新规范给出的正截面抗弯承载能力实用简化公式的适用条件进行了补充,提出了以受拉钢筋极限拉应变控制设计时承载能力实用计算方法及限制条件.     

预应力混合配筋混凝土构件抗弯性能研究

为了研究有粘结预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能,基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件适筋破坏情形下正截面受弯承载力以及截面开裂弯矩的计算公式,利用推导的计算公式对五组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的预应力混合配筋构件抗弯性能进行了研究,对预应力AFRP-钢混合配筋构件与普通混合配筋构件的极限抗弯承载力与抗裂承载力进行了对比.研究表明:按照给出的预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可较好地反映结构的受力特征;在预应力AFRP筋与普通AFRP筋极限抗拉强度相同的情形下,将预应力AFRP筋代替普通AFRP筋材,对AFRP-钢混合配筋混凝土构件极限抗弯承载力提升的效果并不明显;预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件可以有效地提升结构的抗裂承载能力.在算例中,当张拉控制应力σcon接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力提升78.7%,从而有效延迟了截面裂缝开裂的时间,增大了结构的抗弯刚度.     

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的线弹性分析方法

为了提高哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的计算效率,提出了极限承载力分析的高效自适应弹性模量缩减法;根据连续条件和截面塑性承载性能,建立了钢管混凝土哑铃型构件压弯承载力相关方程,通过回归分析得到了相应的齐次广义屈服函数;采用单一组合材料梁单元建立了拱肋的线弹性有限元迭代模型,通过自适应缩减高承载单元弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,确定拱肋的极限承载力,并与模型试验、非线性有限元法和等效梁柱法计算结果进行了对比。计算结果表明:建立的齐次广义屈服函数计算结果稳定、可靠,克服了传统广义屈服函数计算结果受荷载初始值影响的缺陷;采用自适应弹性模量缩减法只需较少的离散单元数与迭代步数即可获得稳定的极限承载力,且与模型试验结果误差小于3%,计算耗时小于16s,相对非线性有限元法具有良好的计算精度和效率;哑铃形截面拱肋相比圆形截面拱肋具有更好的承载性能,矢跨比、含钢率和荷载作用方式是影响钢管混凝土拱肋极限承载力的重要因素;随着矢跨比增大,极限承载力增速减缓;随着含钢率增大,极限承载力几乎呈线性增长;随着集中力与均布力比值增大,其对极限承载力的影响逐渐减弱;轴力与弯矩是拱肋的主要内力,随着矢跨比增大,弯矩对极限承载力的影响更加显著。     

带混凝土翼板的圆管上翼缘钢-混凝土组合梁抗弯性能

考虑不同加载方式与下翼缘宽度, 对3根带混凝土翼板的圆管翼缘钢-混凝土组合梁进行抗弯性能试验, 分析了试验梁的抗弯承载性能与破坏形态; 基于试验梁的抗弯特征, 推导了组合梁屈服弯矩和极限弯矩简化计算公式。研究结果表明: 试验梁均发生典型的塑性弯曲破坏, 稳定性良好; 达到极限承载力时, 梁端处上翼缘钢管与混凝土翼板相对滑移均小于0.43 mm, 试验梁体现了良好的协同工作性能; 随下翼缘宽度的增加, 试验梁刚度与承载力增大, 对于下翼缘宽度分别为150、260、300 mm的试验梁, 其屈服弯矩的比值为1∶1.44∶1.55, 极限承载力的比值为1∶1.31∶1.40;随着试验梁承受弯矩的增大, 当中性轴上升至混凝土翼板时, 钢管混凝土处于受拉状态, 可不考虑钢管与内填混凝土的套箍效应, 而当塑性中性轴位于上翼缘钢管混凝土内时, 可不计入该套箍作用对极限抗弯承载力的影响, 但其可促进延性的继续发展; 试验梁的位移延性系数均大于3.35, 延性较好; 屈服弯矩、极限弯矩理论计算值与试验值的比值分别为1.02~1.04、0.96~1.03, 吻合良好, 因此, 所出提出的简化理论计算公式简单、可靠。      

钢管混凝土纯弯构件可靠度分析

直接将影响抗力及荷载效应不定性的各变量视为基本变量,应用可靠度最优化方法,对<钢管混凝土结构技术规程>DBJ13-51-2003中钢管混凝土纯弯构件的承载力公式进行了可靠度分析,并且研究了不同混凝土标号、钢号、荷载组合、荷载效应比以及含钢率等变异因素对钢管混凝土纯弯构件可靠度的影响.     

轻量化STC-钢组合桥面板静力性能研究

为提高密配筋STC-钢组合桥面板的经济性及施工的便捷性,研究了STC层钢筋间距对STC-钢组合桥面板弯拉静力性能的影响,提出轻量化STC-钢组合桥面板.以佛山某大桥为工程背景,设计制作了一片含两段不同配筋率的STC-钢组合桥面板条带模型.通过静力破坏试验,研究了组合桥面结构在负弯矩作用下STC铺装层的受力性能.研究结果表明:钢筋直径为10 mm,间距为80 mm的轻量化STC-钢组合桥面板,STC层的名义弯拉开裂强度达到24.66 MPa,满足实际工程设计荷载作用下的强度要求;组合桥面STC层的名义弯拉强度随着截面配筋率增大而提高,当截面配筋率提高1倍时,弯拉开裂强度可提高47.11％～50.61％;根据荷载-挠度曲线,轻量化STC-钢组合桥面板的受力过程可分为线弹性阶段、裂纹发展阶段、屈服阶段和破坏阶段;不同配筋率的STC层对正交异性钢桥面板刚度补强效果一致,在达到极限承载力之前,组合桥面板中两侧刚度相差不大,在满足实际工程需求的同时适当增大STC层钢筋间距,可方便施工、降低造价成本.     

微型钢管混凝土构件抗弯性能数值模拟研究

影响微型钢管混凝土构件抗弯性能的主要因素有混凝土强度等级、钢管壁厚、桩径、钢材屈服强度等4个因素,为了研究这4个因素对微型钢管混凝土构件抗弯性能的影响,采用有限元软件ABAQUS,通过数值模拟的手段对其进行研究。研究结果表明:微型钢管混凝土构件的抗弯强度随着混凝土强度等级的提高不断增大,但是增幅在逐渐减小;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢管壁厚的增加而增加,两者几乎呈线性相关;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随桩径的增大而增大,且增长速率随着桩径的增大逐渐在增大;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢材屈服强度的增大而增大。另外,基于有限元数值计算结果,最后提出了微型钢管混凝土构件的极限抗弯承载力表达式,与试验结果进行对比,两者吻合良好。通过与各规程进行对比,提出的抗弯承载力计算方法用于微型钢管混凝土构件更合适。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

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．     

圆中空夹层钢管混凝土纯扭构件工作机理研究

圆中空夹层钢管混凝土是在两个同心放置的圆钢管中间灌注混凝土而形成的一种新型组合结构。已有学者对其在轴压、压弯、纯弯等方面及在往复荷载下的力学性能进行研究,当被用作构筑物独立柱、输电塔杆、发电风车支架时其抗扭性能是十分重要的,但目前还未见对这方面研究的报道。利用有限元软件ABAQUS建模对钢管混凝土纯扭构件进行计算,数值模拟结果的正确性得到了试验结果的验证。在此基础上,对圆中空夹层钢管混凝土纯扭构件的扭矩-转角全过程曲线进行了计算。计算结果表明,扭矩-转角曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性强化段,通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土的应力分布云图及其相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在扭矩作用下的工作机理。     

GFRP筋混凝土梁正截面受弯性能试验研究

为深入研究GFRP筋混凝土梁弯曲性能及设计方法,通过36根混凝土梁(其中GFRP筋混凝土梁21根,钢筋混凝土梁15根)的四点弯曲试验,对GFRP筋混凝土梁正截面的受弯性能进行了研究.在配筋率、几何尺寸、混凝土强度相同的条件下,对比分析了GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的挠度及承载力特性;推导了GFRP筋混凝土梁受弯承载力、界限受压区高度的计算公式,并用试验数据验证了公式的正确性.结果表明:GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的最大挠度之比为1.5～2.5;初裂承载力之比为0.53～0.69,极限承载力较接近,比值为0.75～1.02;GFRP筋混凝土梁界限相对受压区高度为0.17～0.20.建议取配筋率为1.4倍平衡配筋率,以使构件具有足够的承载力储备.     

钢管自应力混凝土徐变对承载力影响的有限元分析

钢管混凝土能充分发挥钢管和混凝土两种材料的作用,具有优越的力学性能。但这种结构还存在着一些缺点,为了解决钢管混凝土脱空问题,自应力混凝土被用于钢管混凝土结构中。自应力混凝土在硬化过程中会产生体积膨胀,在钢管的约束下核心混凝土在加裁前就处于三向受压状态,使钢管自应力混凝土的力学特性较普通钢管混凝土有所提高,也在一定程度上提高构件的极限承载力,文中采用ANSYS有限元程序分析徐变对承载力的影响。     

超高强钢管混凝土研究综述

为了解超高强钢管混凝土(UCFST)的研究现状, 分析了钢管混凝土(CFST)中钢管与核心混凝土的材料强度发展历程, 根据这2种材料不同强度等级的组合, 梳理了1套简洁的CFST分类与缩写方法; 总结了UCFST的基本力学性能、收缩性能和界面粘结性能及其主要影响因素; 探讨了核心超高强混凝土(UHSC)的制备技术要求, 展望了UCFST未来的研究方向。分析结果表明: UCFST的提出与研究可分为UHSC和超高强钢材(UHSS)2条路径, 中国以前者为主, 对后者的研究较为滞后, 实际应用也较少; 已开展的UCFST基本力学性能试验研究, 体系仍不完善, 结构层次研究极少, 主要集中于构件层次但试验量偏少, 且以轴压短柱为主, 未见构件抗剪、抗扭及其余复合受力的研究; UCFST的研究以核心混凝土为UHSC的构件为主, 核心混凝土与钢管均为超高强的次之, 其他组合的较少; 钢管与核心混凝土的强度匹配研究才刚刚开始, 应继续深入, 重点研究合理匹配的UCFST; 核心UHSC自收缩大, 可能导致其与钢管脱粘, 应开展钢与UHSC法向黏结强度、UCFST构件收缩的研究; 应考虑核心UHSC材料的工作环境、施工条件及其对UCFST组合性能的影响, 核心UHSC材料以超高强度要求为主, 且具有低收缩(或微膨胀)、高流动性的特性, 不必强调耐久性; 制备核心UHSC材料时采用常温养护, 可少掺或不掺纤维。      

有初应力的钢管混凝土偏压构件极限承载力计算

应用有限元方法对有初应力的钢管混凝土偏压试件进行了非线性分析,算例计算结果与试验结果吻合良好．应用该方法,以长细比、偏心率和初应力度为主要参数对有初应力的钢管混凝土偏压构件进行了受力性能分析．分析结果表明,初应力度对于偏压短柱受力的影响与初应力对轴压柱的影响基本相同;对于偏压长柱,稳定极限承载力随着初应力增大呈非线性下降趋势,最大下降幅度可达20％,同时稳定极限荷载所对应的挠度也相应增大．增加钢号等参数,对大量进行了有限元计算,给出了极限承载力的初应力度影响系数（有初应力构件的极限承载力与无初应力构件的极限承载力之比）的简化计算公式．最后,以表格的形式给出仅含两个主要参数（长细比和初应力度）的初应力度影响系数,以供工程中更加简便、偏安全的应用．     

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能，对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导，基于极限分析法，运用双剪统一强度理论，并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同，分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力，提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式，考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响, 同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算. 将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内，吻合较好，验证了承载力计算公式的有效性和精确度.