圆端形耐候钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

研究目的:为研究耐候钢管混凝土的受力性能,本文结合4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验展开研究,采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算,并结合试验和有限元方法分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱力学性能的差异。研究结论:(1)耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似,文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用;(2)增加内约束箍筋后,对耐候钢管混凝土轴压短柱的极限承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有较大幅度的提高;(3)耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土轴压短柱静力力学性能与钢管混凝土试件无显著差异;(4)本研究成果可为耐候钢管混凝土短柱力学性能研究提供借鉴。     

圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析

根据钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析理论,在试验验证的基础上,对钢管混凝土轴压短柱受力机理进行数值仿真,分析了钢管混凝土加载过程中各内力随纵向应变的变化情况,探讨了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明:钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到显著提高,钢管为混凝土提供径向约束,但其纵向应力大幅度降低;在其他条件相同的情况下,含钢率和钢材屈服强度越高,则钢管混凝土轴压短柱套箍作用越强,承载力越高,延性越好;而混凝土强度越高,则试件套箍作用越弱,延性越差,但承载力越高。     

圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能,对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验,探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明:(1)对于CFT柱,柱破坏时核心高强混凝土表现出明显的脆性,柱的极限受压承载力提高,变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载力,柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分,加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明显的促进作用,加强肋可提高约束效果,柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大,对核心混凝土的约束效果越好。     

方中空夹层钢管混凝土压扭构件承载力计算方法研究

在有限元计算结果得到既有试验结果验证的基础上,采用有限元法分析各参数对方中空夹层钢管混凝土压扭构件T/Tu-N/Nu相关曲线的影响。分析表明,长细比变化时对T/Tu-N/Nu相关曲线影响较显著,而内外钢管强度、混凝土强度、空心率、内管径厚比和名义含钢率变化时对其影响不明显。在此基础上,提出了方中空夹层钢管混凝土压扭构件承载力简化计算方程,将简化计算值与有限元计算值、试验值进行比较,吻合良好,可为工程设计提供参考。     

高温后中空夹层钢管混凝土柱轴压性能研究

为了分析高温后中空夹层钢管混凝土（简称CFDST）构件轴心受压力学性能,在试验验证的基础上,采用数值模拟的方法对高温后的轴压工作机理进行剖析,探讨温度、空心率、名义含钢率、内外钢管屈服强度及混凝土抗压强度对CFDST力学性能的影响。研究结果表明：随着构件曾经历温度的升高,极限承载力呈下降趋势;外钢管屈服强度对CFDST构件极限承载力的提高有显著影响,混凝土强度对提高常温阶段构件的极限承载力影响较大,但随着温度的升高,影响逐渐降低,空心率、内钢管的屈服强度对高温后CFDST构件极限承载力影响很小。     

圆中空夹层钢管混凝土柱抗剪承载力计算研究

利用有限元软件ABAQUS数值模拟了圆中空夹层钢管混凝土柱受剪切作用时剪应力与剪应变的关系曲线,并通过对大量算例的分析,确定了构件不同破坏形式的剪跨比范围,研究了内外钢管屈服强度、截面名义含钢率、内管径厚比、空心率及混凝土强度对剪应力-剪应变关系曲线的影响规律。研究结果表明:剪跨比不大于0.1时,圆中空夹层钢管混凝土柱抗剪承载力可按纯剪构件计算,并给出了抗剪承载力的简化计算公式。公式计算结果与有限元计算结果吻合较好。     

倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响

为了研究倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响,进行3个系列15个矩形钢管混凝土柱的轴压试验。变化参数包括倒角率(2R/D=0.06～1.00)和钢管厚度(2,4和6 mm)。研究结果表明:倒角半径的改变能够有效地减弱矩形钢管混凝土柱角部的应力集中现象,提高钢管的环向约束效果,改善约束混凝土柱的轴压性能;随着倒角半径的增大,矩形钢管混凝土试件破坏模式从剪压破坏转变为腰鼓破坏,其峰值应力、峰值应变和极限应力显著提高,倒角率为1.00试件的极限强度比倒角率为0.06的试件提高幅度为40%～45%,表现出较高的承载能力和变形能力;钢管厚度的增加对约束混凝土的轴压性能也存在有益影响。     

钢管混凝土脱空及PBL连接键影响分析

介绍并验证了采用ABAQUS有限元软件计算钢管混凝土短柱极限承载力的方法,计算分析了不同脱空率下钢管混凝土短柱破坏模式及极限承载力,对比分析了在脱空部位设PBL连接键后脱空钢管混凝土短柱的受力性能。结果显示:随着脱空率的增大,钢管混凝土短柱的极限承载能力不断下降;在脱空部位设PBL连接键后,钢管混凝土的破坏模式发生变化,破坏阶段的承载能力有所提高,且当脱空率在0~4%或大于16%范围内时,PBL连接键对脱空钢管混凝土短柱极限承载力起增强作用,而当脱空率约在4%~16%范围内时,设PBL的钢管混凝土短柱极限承载力反而低于原脱空钢管。     

高温后钢管高性能混凝土轴压短柱力学性能研究

通过48根高温冷却后钢管高性能混凝土(C80)短柱的试验研究,探讨了火灾温度、恒温持续时间、含钢率等因素对高温后钢管高性能混凝土短柱极限强度、峰值应变、平台强度等的影响,并对构件高温后的工作机理进行了较深入的分析。试验表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后钢管高性能混凝土短柱极限承载力整体上呈降低趋势,且温度高于500℃后,其下降速度更快,而在其他条件相同时,高温后钢管高性能混凝土短柱的极限承载力随含钢率增加略有提高。根据试验结果,建立了高温后钢管高性能混凝土组合材料应力 应变关系曲线计算公式和极限强度、峰值应变、平台强度、极限承载力等经验计算公式,其计算结果与实测结果吻合较好。     

重载铁路大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

对某重载铁路一座大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计的桥梁布置、拱肋截面及线形、拱肋横撑形式、拱上桥墩方案、施工方法等若干关键问题展开研究,通过有限元对桥梁的承载力、刚度、自振特性等方面进行计算分析,得出以下主要结论:(1)上承式钢管混凝土拱桥能很好地适应桥址地形、地质条件;(2)拱肋采用四肢桁式截面,横向内倾6.5°,拱轴线形采用m=3.0悬链线,具有较好的受力性能;(3)腹杆采用H形钢构件,与拱肋弦管采用大节点连接方式,能满足重载铁路疲劳性能要求。(4)钢筋混凝土排架式桥墩在受力、景观等方面是最优选择。     

圆钢管套箍混凝土轴压短柱受力机理分析

应用连续介质力学理论,建立圆钢管套箍混凝土同心圆柱体混凝土受压计算模型,建立圆钢管套箍混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力—应变关系全曲线理论表达式。编制相应的计算程序,进行圆钢管套箍混凝土受力全过程数值分析。从圆钢管套箍混凝土加载过程的钢管环向应力—应变关系以及核心混凝土的轴向应力—应变关系、径向应力—应变关系等方面,探讨圆钢管套箍混凝土和圆钢管混凝土力学性能之间的差别,并用试验结果验证。分析结果表明:与钢管混凝土力学性能相比,钢管套箍混凝土中核心混凝土的径向压应力、纵向强度和钢管环向拉应力增加;圆钢管套箍混凝土将套箍约束作用发挥至最大,且其极限承载力和剩余承载力高,延性好,但组合弹性模量偏小。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。     

哑铃型钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

采用混凝土单轴受力应力-应变关系统一计算公式,应用ABAQUS有限元软件建立哑铃型钢管混凝土轴压短柱三维有限元实体模型.将哑铃型钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线简化为2圆钢管混凝土轴压短柱、钢腹板和腹腔内混凝土的荷载-变形曲线简单叠加,建立弹塑性法.对比了有限元法和弹塑性法计算结果与试验结果,2种方法与试验结果较吻合...     

预应力矩形钢箱混凝土梁的试验研究

以东平大桥为工程背景,进行8片预应力矩形钢箱混凝土梁的试验研究。试验参数包括混凝土强度、钢板厚度、预应力度及加载模式,获得试验梁的特征点荷载和跨中截面的全过程荷载-挠度曲线,对试验结果进行比较分析。结果表明,预应力矩形钢箱混凝土梁具有较高的承载能力和较好的延性,混凝土强度、钢板厚度和预应力度对构件的受力性能有较大影响,而加载模式的影响不明显。相对于普通矩形钢箱混凝土梁,受压区混凝土的约束效应得到明显增强,使得预应力矩形钢箱混凝土梁具有更为优越的受力性能,并且不增加构件的高度。     

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。     

钢箱-混凝土梁局部屈曲分析与试验研究

新型钢箱-混凝土梁通过在钢箱受压区部分充填混凝土,既有效地提高了受压区钢板的稳定性,又较好地发挥了混凝土的抗压能力,大大地改善了构件的抗弯性能。通过4根钢箱-混凝土梁和2根钢箱梁试件的试验研究,考察了钢箱-混凝土梁受力全过程的特点,着重研究钢箱-混凝土梁钢板的局部屈曲特征,其屈曲行为类似于刚性基底上非受载边弹性约束的单向受压板的屈曲行为,用能量法建立了刚性基底上沿非受载边弹性约束、面内受压矩形板的屈曲强度计算公式,研究结果表明,钢箱-混凝土受压区局部稳定性明显提高,所提出的方法用于顶板局部屈曲强度计算,计算结果与试验结果较吻合。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力计算方法

约束混凝土可以有效改善混凝土的承载性能和延性,被广泛应用于工程实践中。针对轴压作用下多重箍筋约束混凝土柱的极限承载力计算问题,参考Sheikh提出的有效约束模型理论,建立外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压下的约束理论模型。并以约束混凝土计算理论为基础,采用叠加原理和统一强度理论,推导该约束形式下混凝土柱的轴压承载力计算方法,应用有限元软件ABAQUS对该类新型约束混凝土柱进行数值模拟计算。结果表明:外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力的理论计算值与模拟值吻合良好,且理论值偏于保守,多重约束混凝土的承载性能明显优于普通箍筋约束混凝土柱的承载性能。     

高性能钢管混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究

进行了4根高性能钢管混凝土和2根高性能钢筋混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究。试验结果表明:支座约束及钢管径厚比是影响高性能钢管混凝土柱抗震性能的主要因素,高性能钢管混凝土柱的滞回特性、位移延性和极限相对位移受其影响显著;钢管内埋于支座并配置一定数量的抗剪钢筋是一种有效的支座嵌固形式;相同含钢率的钢管混凝土抗震性能远较钢筋混凝土试件的抗震性能好。