矩形钢管混凝土构件扭转性能及设计方法研究

基于ABAQUS软件,建立了圆形、方形及矩形钢管混凝土构件在纯扭矩作用时的数值模拟模型,并采用已有研究者完成的圆形及方形构件扭转试验结果对理论模型进行了验证,理论计算结果和试验结果总体上吻合良好。基于此理论模型,对影响矩形钢管混凝土构件扭转力学性能的主要因素进行了分析,考虑了钢材强度、混凝土强度、含钢率和截面高宽比等的影响。结果表明,钢材强度及混凝土强度只影响矩形钢管混凝土纯扭构件的Tθ关系曲线数值,对其形状影响不明显,含钢率和截面高宽比对Tθ关系曲线的数值和初始刚度都有影响。在参数分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗扭强度承载力计算公式。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析。分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系。分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等。计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的。     

钢管混凝土单圆管拱刚度取值对静力计算的影响

各国规范中对钢管混凝土构件截面刚度的定义存在着差异,钢管混凝土截面刚度的取值对钢管混凝土拱内力、变形和稳定计算均有影响。本文以1座实桥的实测资料为基础,对现有钢管混凝土截面刚度的不同算法进行了比较分析,得出了一些有益的结论,可供工程实践参考。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析.分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系.分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等.计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的.     

钢管初应力及混凝土自应力对钢管混凝土构件承载力影响分析

通过在钢管上施加均布面荷载和对混凝土施加温度荷载分别模拟钢管初应力和混凝土自应力,利用ANSYS有限元程序建立钢管混凝土构件实体模型,分析钢管初应力和混凝土自应力对钢管混凝土构件承载力影响规律,在此基础上拟合钢管混凝土构件承载力计算公式,相对于数值结果而言,该拟合计算公式具有较高的精度。     

矩形钢管混凝土桁架节点极限承载力研究

采用退化壳单元和三维实体单元分别模拟钢管和混凝土,考虑材料非线性、钢管与混凝土的接触非线性,对矩形钢管混凝土桁架节点的极限承载能力进行了研究。采用该方法对Y型节点、X型节点、T型节点以及K型节点进行非线性有限元分析得到的极限荷载值与试验破坏荷载值较为吻合。为矩形钢管混凝土节点极限承载力的分析提供了一个合适的方法,同时为矩形钢管混凝土桁梁桥节点的设计方法提供了理论依据。     

复合钢管混凝土柱抗震延性分析

通过分析钢管混凝土强度提高的机理,对复合钢管约束混凝土的套箍系数计算提出建议。基于已有的复合钢管混凝土柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了复合钢管混凝土的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了设计名义轴压比、径宽比、套箍系数等参数对复合钢管混凝土柱位移延性系数的影响,得到了影响外层混凝土与核心混凝土之间轴力重分配和复合钢管混凝土柱位移延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的复合钢管混凝土位移延性系数的简化计算公式,为复合钢管混凝土柱设计中的延性计算提供参考。     

圆钢管混凝土轴心受压构件徐变分析的比较

在对钢管混凝土构件徐变研究进行回顾的基础上,应用考虑多轴受压状态下的混凝土徐变理论建立圆钢管混凝土轴心受压构件徐变模型,分别采用继效流动理论和龄期调整有效模量法对构件的徐变进行分析,通过迭代计算得到基于2种理论方法的圆钢管混凝土轴心受压构件的徐变,并与试验所得的回归公式计算结果进行比较。通过对比,指出了2种理论的差异性。结果表明:在钢管混凝土轴心受压构件的徐变计算中,继效流动理论具有较高的精度。     

钢管混凝土的界面黏结-滑移性能数值分析研究

为了更好地描述钢管混凝土界面黏结-滑移关系,该文基于已有试验研究提出了适用于钢管混凝土界面黏结-滑移关系的简化模型,通过对比已有试验结果和黏结强度简化计算表达式的计算结果对公式的有效性进行了验证。基于简化黏结强度计算公式模型,该文结合数值分析软件中的非线性弹簧单元对已有钢管混凝土的短柱推出试验进行了数值分析,数值分析结果证明,简化黏结强度计算模型结合数值分析软件中的非线性弹簧可以有效地模拟钢管与混凝土之间的黏结-滑移关系。通过进一步建立考虑黏结-滑移、不考虑黏结-滑移、完全黏结3种钢管混凝土界面形式的数值分析模型,对钢管混凝土压、弯、扭3种力学性能进行模拟研究,最后发现考虑黏结-滑移模型与试验结果较为接近,不考虑黏结-滑移模型的计算结果小于试验结果,完全黏结模型计算结果大于试验结果。     

承台微型桩系统加固土质滑坡设计计算方法研究

通过文献调研阐明微型桩发展历史,对微型桩的分类和内力计算方法进行总结;提出加筋微型钢管混凝土桩极限弯矩可按GJB 4142-2000规程中纯弯钢管混凝土构件计算,加筋等效为含钢率,基于FLAC3D软件对其进行数值模拟试验验证;借鉴国内外关于钢管混凝土组合结构纯弯构件设计理论,对该文研究的微型单桩极限弯矩进行计算,得出几种规程下的极限弯矩设计值。鉴于承台内桩间距合理取值问题,以3×3桩组成的9桩承台结构进行数值模拟试验研究,通过调整桩间距得出各桩结构内力的数值解,对数值解进行拟合分析,得出各桩结构内力变化趋势和荷载分担比,从而确定合理桩间距。最后,结合工程实例验证所得研究成果的准确性,以期该研究成果对承台微型桩设计起到一定的参考作用。     

钢管混凝土轴压刚度取值比较

钢管混凝土拱桥结构分析中，一般取钢管和混凝土各自的轴压刚度之和作为构件的轴压刚度，而理论研究中有要提高轴压刚度和折减轴压刚度2种趋势。本文总结了国内关于钢管混凝土构件轴压模量或轴压刚度的计算方法，通过数值计算，比较了各计算方法的差异。     

钢管混凝土拱肋滞回性能非线性有限元分析

考虑钢管混凝土中钢材与拉压区混凝土的非线性本构关系，引入几何非线性的影响，采用考虑截面特性的空间组合梁单元，建立钢管混凝土构件非线性有限元模型。首先对试验构件进行计算，与试验结果吻合较好，然后深入研究钢管混凝土拱肋竖向弯矩一曲率、纵桥向荷载一位移以及横桥向荷载一位移滞回关系，从中看出钢管混凝土拱肋具有良好的延性和吸能性质，并得出拱肋滞回性能的各种影响因素。     

长期荷载作用下钢管混凝土受弯构件承载力的计算

在对钢管混凝土受弯构件徐变分析的基础上,本文建立了长期荷载作用下钢管混凝土受弯构件的承载力计算方法。应用该方法对具体构件进行计算分析,认为徐变将降低钢管混凝土受弯构件的承载力,在实际工程应用中应予以考虑。     

钢管混凝土轴压与纯弯荷载-变形关系曲线实用计算方法研究

在数值计算和试验研究成果的基础上,探讨了钢管混凝土轴压强度承载力和抗弯承载力指标取值问题。在大范围参数分析的基础上,通过分析荷载—变形全过程关系各阶段的力学性能和特点,提出了钢管混凝土轴压σsc ε关系和纯弯M φ关系全过程曲线的实用计算公式,实用计算公式的计算结果与数值计算结果、试验结果吻合较好。最后提出了钢管混凝土轴压强度、抗弯承载力和抗弯刚度的简化计算公式,简化计算公式的计算结果与大量试验结果吻合较好。     

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。     

钢管与核心混凝土之间的粘结单元及其应用

为了研究钢管混凝土拱桥钢管与核心混凝土之间的粘结性能,将双弹簧单元和四边形滑移单元用于模拟钢管与核心混凝土之间的粘结,对两种单元刚度矩阵中各非线性刚度系数的取值进行了讨论,应用两种粘结单元考虑材料非线性编制了有限元计算程序.以茅草街大桥为例用自编程序进行了分析计算,结果表明:在自重和车辆荷载作用下钢管与混凝土之间不会发生脱粘,钢管与核心混凝土之间基本没有相对滑移;在温度影响和收缩徐变作用下如果钢管与混凝土之间发生了脱粘,则在自重和车辆荷载作用下钢管与核心混凝土之间的相对滑移明显增大,整桥刚度降低,钢管最大应力增加,混凝土最大应力减小.     

格构式钢管混凝土构件抗震性能研究进展

为了给采用格构式钢管混凝土构件的桥墩、桥塔和拱桥拱肋的研究、设计与施工提供参考,从试验测定、理论分析和恢复力模型3个方面系统阐述了国内外格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的进展。分析表明:反复荷载作用下格构式钢管混凝土桥墩滞回性能的试验研究以圆形肢杆为主,且受荷模式为单向循环加载,试验对象和参数范围均有限,而格构式钢管混凝土桥墩拟动力试验及格构式钢管混凝土桥梁模型模拟地震振动台动力试验的报道很少,研究对象单一且工况有限;同时,不同研究者建立的滞回性能理论分析模型,虽能在一定程度上模拟格构式钢管混凝土桥墩的受力性能与破坏过程,但均或多或少存在一定不足或不合理之处,而由于某些杆件或节点进行了简化处理,现有格构式钢管混凝土拱桥模型的合理性尚待检验。基于对国内外研究现状的分析指出,强非线性条件下滞回性能分析理论与模型、损伤演化规律与破坏准则及恢复力模型和抗震设计方法是进行格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的关键科学问题。最后,展望了格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的前景及发展方向,为深入研究地震作用下格构式钢管混凝土桥墩、桥塔及拱桥拱肋的工作性能,合理评估该类结构构件的地震损伤演化规律,进而制定其合理抗震设计方法提供了研究思路。     

钢管混凝土轴心受压构件徐变的计算

对钢管混凝土轴心受压构件徐变理论计算值进行分析,并考虑影响钢管混凝土构件徐变的各种因素,推出了钢管混凝土轴心受压构件徐变计算的实用公式,并检验了公式的使用效果。     

用ANSYS计算初应力钢管混凝土构件承载力

利用有限元程序ANSYS建立了考虑初应力影响的钢管混凝土轴压、偏压构件荷载-应变的全过程关系曲线的数值分析模型。通过实例计算和试验证明,用ANSYS计算初应力钢管混凝土构件承载力是有效的。     

行波效应下大跨钢管混凝土拱桥的非线性地震响应分析

对大跨度钢管混凝土拱桥在三维地震激励下进行了非线性时程分析.几何非线性分析采用修正拉格朗日描述(U.L列式法),材料非线性采用钢管混凝土统一理论并考虑等效紧箍力,通过对某大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应分析,研究了几何非线性、材料非线性、阻尼比及行波效应对拱桥地震响应的影响.结果表明:几何非线性对钢管混凝土拱桥地震...