PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比,建立了热点应力集中系数有限元模型,计算了支主管节点热点应力集中系数;基于最小二乘法对计算结果进行拟合,给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式,对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明:采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致,支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987,两者差值小于15%,因此,有限元模型可靠;PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致,随支主管宽度比呈抛物线变化,在0.6~0.8之间达到最大值,随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大,与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致;拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011,均方差为0.222,变异系数为0.219,说明了拟合公式准确;采用应力集中系数计算公式,将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上,主管热点应力集中系数下降了61%以上,在2.0×106循环次数作用下,容许荷载幅提高到3倍以上。     

三向预应力混凝土连续箱梁桥横向加劲肋拓宽研究

针对三向预应力混凝土箱梁桥的横向拼接难题,文章提出了一种基于横向加劲肋的新型柔性横向拼接结构。保持新旧箱梁翼缘板分离,在新旧箱梁翼缘板下侧增设沿纵向均匀设置的横向加劲肋,将新旧箱梁翼缘板连接起来,形成一种基于横向加劲肋的柔性拼接结构。依托实际工程,考虑了车辆活载、基础沉降差、新浇筑混凝土的收缩及徐变变形等多重作用,对拼接结构自身及拼接前后既有箱梁的受力状态变化规律进行了较全面的有限元分析。研究表明,拼接拓宽后结构整体刚度有明显提高,且能有效减小旧桥的活载作用效应,说明横向加劲肋能够有效连接新旧箱梁,使得拓宽结构共同受力;在新建桥梁的材料收缩及徐变效应作用下,拓宽后整体结构产生较明显的横向变形,尤其要关注梁端截面的横向变位和加劲肋主拉应力值;在基础不均匀沉降差作用下,各支点截面加劲肋存在较大的主拉应力,可能造成结构开裂损坏,需要采取有效加固措施或进一步优化设计横向加劲肋。此外,文章还研究了加劲肋尺寸参数及布置间距变化对新旧桥梁及加劲肋自身应力的影响,结果表明:柔性加劲肋拼接结构用于三向预应力混凝土连续箱梁桥横向拓宽是可行的,它为类似桥梁拓宽工程提供了一种新的可选择方案。     

PBL加劲肋方钢管混凝土界面传力性能的有限元分析

为探讨PBL加劲肋的方矩形钢混凝土界面抗剪粘结滑移的力学性能,研究PBL加劲肋对界面传力性能的影响以及PBL构件界面的传力规律。采用有限元分析软件ABAQUS对比了构件分别通过粘结作用和PBL键在剪力传递长度内应力的变化规律和传递效率。结果表明:PBL键在界面传力方面承担主要角色,在剪力传递长度内自然粘结作用和PBL的传力模式相同,界面应力的变化并不均匀,自然粘结作用的传力效率远小于PBL键。     

加劲肋设置对斜拉桥混凝土双边箱主梁的剪力滞影响

以五河口混凝土斜拉桥为例,采用空间有限元建模的方法对混凝土宽体双边箱主梁设置加劲肋前后的剪力滞情况进行了分析,结果表明：设置纵向加劲肋后,双边箱桥面板剪力滞系数变化不大,双边箱间桥面板的剪力滞系数变化明显;桥面板设置2根纵向加劲肋后,主梁双边箱之间的桥面板剪力滞效应有所降低,在桥面板上设置3根纵向加劲肋效果不如设置2根纵向加劲肋,有可能使桥面板截面出现局部拉应力.     

复式钢管混凝土抗震性能有限元分析

建立外方内圆带肋中空夹层钢管混凝土在轴向压力及水平往复荷载共同作用下的有限元分析模型,研究构件的抗震性能,发现单调P-Δ曲线能够较好地反应出滞回曲线的骨架曲线的特点,进一步研究发现增设加劲肋提高了构件的抗震性能,其变形及耗能能力均优于普通中空夹层钢管混凝土。     

横向加劲肋对箱梁底板受力的作用分析

根据某连续刚构桥合龙段的空间模型,分析无加劲肋以及在跨中设置四道加劲肋时箱梁底板的应力状况,并研究加劲肋尺寸变化对箱梁底板受力的影响。结果表明：设置加劲肋对底板受力性能有很大的改善,特别是加劲肋对底板横向刚度的贡献,使得底板横向拉应力显著减小。底板横向应力对加劲肋高度变化较敏感,随着加劲肋高度的增加,横向拉应力逐渐减小;底板纵向应力对加劲肋宽度变化较敏感,随着宽度的增加纵向应力逐渐增大。     

跨中横向加劲肋对箱梁底板受力性能的影响

根据对某连续刚构桥跨中底板的空间模拟,分别计算了在跨中合龙段设置两道加劲肋与未设置加劲肋时的箱梁底板 应力,结果表明设置加劲肋对底板受力性能有较大的改善,特别是加劲肋对底板横向刚度的贡献,使得底板横向拉应力大为减小,从而大大减小了底板出现纵向裂缝的机率,并得出加劲肋对箱梁底板的受力影响规律。     

弹性基底上受非均匀荷载加劲板的局部屈曲特性

针对弹性基底上板的局部稳定问题,应用能量法推导了非均匀荷载作用下矩形加劲板的局部屈曲非线性特征方程,建立了考虑弹性基底接触和纵向加劲肋作用的屈曲板迦辽金表达式;基于牛顿迭代法,建立了局部屈曲的非线性特征方程的增量迭代格式与屈曲荷载特征值的附加迭代方程。分析结果表明:屈曲系数计算结果与有限元分析结果误差小于2%,并且避免了有限元模拟的接触分析过程,计算效率较高;当荷载梯度为1时,设置加劲肋的偏心构件的局部稳定性明显增强,临界屈曲系数增加到51.1,是普通板件的2.5倍;加劲板件的纵向鼓曲波的长宽比约为0.6,鼓曲波纵向排列相对密集,而普通板件每个鼓曲波的长宽比约为1.0;在不增加加劲肋材料用量的前提下,设置纵向加劲肋的最优位置为距离板件受压侧边缘的2/5板宽处,临界屈曲系数增加为78.9,是普通板件的4倍;加劲肋的设置可将矩形钢管混凝土壁板的宽厚比增加到172,将界限值提高2倍以上。可见,在矩形钢管混凝土管壁设置纵向加劲肋能够有效提高偏压作用下管壁的局部稳定性,改善矩形钢管混凝土的截面尺寸。     

格构式钢管混凝土风电塔架双拼节点性能研究

为了掌握钢管混凝土双肢拼接节点的破坏机理和力学性能,进行了6个钢管混凝土双肢拼接节点缩尺模型的静力试验研究,并在此基础上采用ABAQUS进行了有限元的非线性分析.通过塔柱径厚比、节点板厚度和有无加劲板3个参数的变化,对节点的破坏模式、节点板的等效应力等性能指标进行了分析.研究结果表明:无加劲板节点的破坏区在节点板上,加劲板节点的破坏是由于压杆失稳而引起;加劲板节点的承载力大于无加劲板节点,但对节点板的厚度、初始偏心和塔柱径厚比等因素的敏感度降低,无加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域和拉腹杆下方的区域;加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域;如果腹杆不发生屈曲破坏,当塔柱径厚比27.4时,节点板厚度相同,塔柱径厚比增大,节点承载力下降,当27.4时,节点板厚度增加,节点承载力下降幅度减小;当节点板与塔柱壁厚比2时,节点承载力随着的增大而增加,当2时,塔柱壁厚增加,承载力增加幅度减小.      

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．     

跨中横向加劲肋对箱梁底板受力性能的影响

对某连续刚构桥跨中底板空间进行了模拟,采用有限元方法分别计算了在跨中合龙段设置2道加劲肋与未设置加劲肋的箱梁底板应力,并对计算结果进行了分析.分析结果说明设置加劲肋对底板受力性能有较大的改善,使得底板最大横向拉应力减小35%,大大减小了底板出现纵向裂缝的机率.并得出了加劲肋对箱梁底板受力影响的规律.     

钢管混凝土KK型节点疲劳性能试验

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点疲劳性能,开展了CFST-KK型节点模型疲劳试验,分析了CFST-KK型节点热点应力分布规律和疲劳性能演化过程;建立了CFST-KK型节点实体有限元模型,结合试验和有限元结果,分析了CFST-KK型节点与钢管混凝土K(CFST-K)型节点疲劳性能的差异性;研究了不同参数对KK型节点疲劳性能影响,探讨了适用于CFST-KK型节点疲劳寿命的评价方法。研究结果表明：采用二次外推方式计算的CFST-KK型节点,最大热点应力位于受拉支管相贯焊缝的主管侧冠点偏外鞍点15°处;计算CFST-KK型节点应力集中系数时,支管名义应力可仅考虑轴力和面内弯矩的影响而不考虑面外弯矩的影响,其应力集中系数为6.36,比CFST-K型节点大80.2%;CFST-KK型节点的疲劳裂纹萌生于最大热点应力处,在反复加载过程中裂纹沿焊趾根部向两侧与主管壁厚方向延伸,裂纹向外鞍点扩展的速度要略快于向内鞍点扩展的速度,停止反复加载后裂纹并未贯穿主管管壁;受支管面外弯矩与支管间空间效应的影响,CFST-KK型节点的抗疲劳性能与CFST-K型节点有明显差异;主管内填混凝土能提升CFST...     

混凝土灌注过程中钢管拱受力状况分析及改善

在钢管混凝土系杆拱桥的施工过程中,拱肋混凝土灌注是一项关键工序.但在混凝土灌注过程中,由于整个钢管拱受力不均,会使钢管拱局部应力或变形过大.以一座钢管混凝土系杆拱桥——琼海九曲江大桥为例,研究拱肋混凝土灌注过程中钢管拱的受力变形,通过张拉关键吊杆改善钢管拱的受力状况,有效地减少了钢管拱的局部应力和变形,取得了较好的效果.     

基于温度影响的钢管混凝土脱空机理分析

在简要介绍钢管混凝土拱桥脱空现状的基础上,分析不同来源的温差对钢管混凝土交界面的纵向拉应力和径向拉应力的影响。结果表明:在拱肋纵向,水化热引起的温差和日光、大气温度变化引起的温差都会引起交界面中的钢管和混凝土发生相对滑移;在拱肋径向,日光、大气温度变化引起的温差会导致混凝土发生脱空。     

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。      

钢管混凝土梁柱节点贯通横隔板力学特性试验研究

为了研究钢管混凝土梁柱立体节点增强贯通横隔板的力学特性,以梁柱空间节点的局部强度为研究对象,施加45°方向水平反复荷载,通过考察节点域的应变分布及梁柱节点的屈服破坏情况,对贯通横隔板的补强作用进行试验研究。试验结果表明:贯通横隔板显著提高了梁柱节点的强度及抵抗屈服变形的能力。     

火灾下外伸端板连接的局部屈曲

为深入揭示端板及加劲肋厚度对节点在火灾下失效模式的影响,采用弹塑性理论对端板承拉区的受力状态进行了分析,得到了形成2组及1组塑性铰的条件,并用非线性有限元分析方法进行了验证．研究表明,端板较薄时,随温度升高,将在其承拉区形成2组塑性铰,产生塑性弯曲大变形,导致梁的大转动和受压翼缘严重局部屈曲;端板较厚且加劲肋较薄时,将形成1组塑性铰,加劲肋屈曲导致节点失效．火灾下节点塑性铰形成的条件与常温下相同,但破坏方式更多地表现为严重的局部屈曲．因此,应适当增大端板及加劲肋厚度,以防止或减少局部屈曲的发生。提高节点的耐火极限．     

正交异性钢桥面结构对铺装受力的影响及其优化

采用有限元方法建立一座正交异性钢桥面连续梁桥的全桥空间有限元模型;在桥面施加不利车辆荷载,分析桥面板厚度和U型加劲肋厚度等因素对桥面铺装层应力的影响。分析结果表明:横向最大拉应力对铺装层受拉开裂起控制作用;随着桥面板厚度和U肋厚度的增加,桥面铺装层所受的横向最大拉应力有所减小;顶板厚度从12 mm增加至20 mm,铺装层横向最大拉应力从0.62 MPa减小至0.52 MPa,降低16%;U肋厚度从6 mm增加至12 mm,铺装层横向最大拉应力从0.63 MPa减小至0.51 MPa,降低19%。顶板厚度变化和U肋厚度变化与铺装层受力变化均为非线性关系。     

圆钢管自密实混凝土纯弯力学性能

基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型,利用截面分层法对钢管混凝土纯弯构件弯矩-曲率进行全过程分析,建立了钢管混凝土实用组合抗弯刚度、极限抗弯承载力等计算式和钢管混凝土组合梁单元弯矩-曲率全曲线实用计算方法,通过3根钢管自密实混凝土和1根钢管普通混凝土受弯构件的试验研究,考察了混凝土强度和含钢率对构件纯弯性能的影响。试验结果表明,受弯构件受压区钢管对混凝土产生约束套箍作用,受拉区钢管处于双向受拉应力状态,提高混凝土强度对提高极限弯矩作用不明显,而增大含钢率对提高极限弯矩作用较明显,并且与分层法相比,组合单元法在保证精度的前提下,减少了截面分层,提高了程序的计算速度。     

混凝土对K型方钢管节点抗震性能的影响

为考察K型方钢管节点主管中填充混凝土对节点抗震性能的影响,对1个K型方钢管节点(空管节点)以及1个节点主管中填充混凝土的K型方钢管混凝土节点进行低周反复荷载试验,根据试验数据,对节点的破坏模式、滞回性能、承载力、延性、刚度和耗能能力进行对比分析。结果表明:K型方钢管节点主管中填充混凝土后,提高了节点的承载力、延性、刚度,但却降低了节点的耗能能力。