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。     

方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析

深入研究方中空夹层钢管混凝土构件的力学性能是该类结构的基础.文章结合已有文献中方中空夹层钢管混凝土柱的轴压试验,采用ANSYS软件分析钢管混凝土轴压构件,混凝土采用考虑钢管约束效应的本构关系,钢材采用双线形随动强化模型,采用ANSYS(APDL)编制命令流,并结合数值方法对方中空夹层钢管混凝土轴压柱的荷载-变形关系的分析.显示ANSYS计算结果和试验结果以及数值计算吻合较好.     

钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型

为评估钢管混凝土叠合柱高墩的抗震性能,以曲率为性能指标,采用拉丁超立方抽样方法,对截面样本偏心受压进行了全过程数值模拟.根据破坏形态,将叠合柱截面损伤划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全损伤4种极限状态并进行量化.将曲率指标的统计特征值与轴力进行三次多项式回归分析,建立了以轴力为变量的钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型.结果表明:以外围箍筋约束混凝土破坏为分界,叠合柱分别表现出钢筋混凝土和钢管混凝土的破坏特征;不同轴力作用下4种极限损伤状态的曲率指标均服从对数正态分布,其均值随轴力增大而减小.      

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能,基于试验研究结果,对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析.首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型;然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能;其次分析了装配式柱变形形态及受力机理;最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法.研究结果表明:与现浇式柱相比,装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能,钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强,轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%;增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效,提高幅度达59.15%,增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小,减小幅度为2.91%;钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大,钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大,在钢套管装配处也较大;所提装配式柱轴压承载力公式计算值(Nuc)与有限元值(Nuf)、试验值(Nut)的比值均值分别为0.964、1.014,方差分别为0.003 5、0.002 9.     

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.     

绕丝加固钢管混凝土柱轴压承载力计算

通过对缠绕不同间距钢丝绳的钢管混凝土柱试件进行轴心受压试验,研究绕丝加固钢管混凝土柱的承载力、强度、变形能力以及破坏的发展形态,并与普通钢管混凝土柱对比,研究钢丝绳用量(不同间距)对其力学性能的影响。研究结果表明:缠绕钢丝绳可以明显提升钢管混凝土柱的承载能力,提升幅度随着缠绕钢丝绳间距的减小而增大,缠绕钢丝绳对钢管混凝土柱起到了很好的约束效果,且间距越小,其约束效果越好,承载力性能提升越明显。基于相关试验结果,预测绕丝加固钢管混凝土柱的承载力计算模型,验证了该预测模型与试验结果总体一致。     

矩形钢管混凝土中核心混凝土的本构关系

考虑到矩形钢管混凝土的约束机理,提出了基于体积的核心混凝土强、弱约束区划分方法,并按此计算有效侧向约束系数,修正了Mander模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了普通矩形钢管混凝土及带约束拉杆矩形钢管混凝土中核心混凝土本构关系的统一表达式。应用有限元软件ABAQUS对26个矩形钢管混凝土短柱试件的轴压试验进行了...     

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.     

带肋方钢管混凝土桥墩的经济效果分析

计算比较了钢筋混凝土、方钢管混凝土和带肋方钢管混凝土柱的工程造价,结果表明:带肋方钢管混凝土柱比方钢管混凝土柱节省了约42%左右的钢材费用,降低了35%的工程造价;虽然带肋方钢管混凝土柱的工程造价比钢筋混凝土柱高出了47%,但带肋方钢管混凝土柱的施工方便,且可以缩短一半以上的施工工期;在桥墩中采用带肋方钢管混凝土,不仅使墩身具有较大的强度和刚度,而且使桥墩结构轻巧美观,因而综合经济效果良好。     

悬浇连续梁桥临时固结钢管混凝土柱稳定性分析

以福建省南平市某快速通道上跨铁路连续箱梁桥为例,对悬臂浇筑施工连续箱梁桥临时墩梁固结所用墩旁钢管混凝土柱进行了稳定性分析。计算了墩旁钢管混凝土柱第一类和第二类稳定安全系数,并分析了几何缺陷、边界条件变化、核心混凝土受约束情况对第一类和第二类稳定安全系数影响。结果表明,墩旁钢管混凝土柱第二类稳定安全系数为第一类稳定安全系数的0.323倍,核心混凝土无约束时降为0.235倍;几何缺陷对钢管混凝土柱第一类和第二类稳定安全系数影响均较小;柱端边界条件变化对墩旁钢管混凝土柱第一类稳定安全系数影响显著,对第二类稳定安全系数影响较小。采用墩旁钢管混凝土柱做临时固结时,应确保柱端构造安全可靠。     

薄壁结构棱边强化效果

基于方管理想化折叠单元模型、塑性挤压过程能量耗散分解法与棱边强化薄壁方管在轴向静态压溃作用下的能量平衡修正方程, 分别导出了棱边强化薄壁方管的平均压溃力、吸能预测与棱边强化效果的理论表达式。建立了系列棱边强化薄壁方管准静态轴向压溃有限元模型, 导入LS-DYNA程序进行弹塑性动力学仿真, 获得了平均压溃力, 分析了棱边应力强化的敏感性。将棱边强化技术应用于某车前保横梁和吸能盒相应棱边强度设计中, 采用超高应力强化棱边和普通延性钢板组合去置换较高强度钢薄壁结构, 在冲击试验验证过的有限元模型基础上, 建立了棱边强化前保险杠子结构独立评价有限元模型, 分别进行了棱边强化模型和原始模型的50km·h~(-1)正碰仿真试验。仿真结果表明: 导出的平均压溃力公式可以预测棱边与平板屈服强度比为1~4的棱边强化薄壁方管轴向压溃力学特性, 仿真结果与理论结果的最大偏差不超过5.66%;由前保险杠子结构正碰仿真结果得到了棱边强化前后近似的塑性变形模式与传力路径, 能量吸收差值不超过0.3kJ。可见, 选择性棱边应力强化后的普通延性钢前保险杠子结构有望实现等效置换较高强度钢前保险杠子结构。     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

大跨钢管混凝土拱桥实测与理论温差变形分析

介绍了合阳嘉陵江大桥钢管混凝土拱桥变形观测方法,分析了该桥实测变形及理论温差计算变形之间差异及造成差异的原因,并指出运营多年大跨径钢管混凝土拱桥变形复杂的空间状态,其变形状态往往是不可准确预测。     

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.      

大跨径三榀式钢管混凝土拱桥静载试验研究

三榀式钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁发展的新技术。文中根据桥梁荷载试验的要求,针对某跨径为144m的三榀式钢管混凝土拱桥制定详细的静载试验方案。为了与试验结果进行对比,采用梁单元建立了该桥有限元空间模型,按照荷载试验方案中的工况进行了静力分析,将计算结果与试验结果进行了比对。研究表明:采用钢混组合材料模拟法将钢管混凝土按单一的组合材料来进行计算,较为准确地计算了钢管混凝土的内力和应力;是否考虑施工阶段对三榀式钢管混凝土拱桥的受力影响很小,因此可以采用一次成桥的简化方法计算结构内力;在对三榀式钢管混凝土拱桥进行位移变形分析时,应充分考虑施工阶段对结构挠度变形的影响;该桥在试验荷载作用下,结构处于弹性工作阶段,结构强度和刚度能够满足设计要求。     

四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算方法

提出了四肢变截面钢管混凝土格构柱抗震性能有限元分析方法, 应用OpenSEES通用程序对试件进行建模, 计算了格构柱荷载-位移滞回曲线与水平峰值荷载; 以柱肢坡度、轴压比、长细比、支主管面积比、柱肢钢材强度、混凝土强度、缀管布置形式等为拓展参数, 研究了各参数对变截面平缀管式和斜缀管式钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线统一算法的计算框架, 采用等效长度法, 拟合得到四肢变截面钢管混凝土格构柱骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移与下降段刚度) 的计算公式; 结合骨架曲线计算模型, 推导了恢复力模型的计算公式, 并进行了实例验证。研究结果表明: 轴压比、长细比、柱肢坡度、支主管面积比和材料参数是影响变截面格构柱抗震性能的关键参数, 且与等截面格构柱影响规律具有共性, 数值相差不超过20%;各试件特征值计算结果与有限元分析结果均吻合良好, 两者之比为0.990~1.029, 均方差为0.105~0.153, 误差基本控制在15%内; 四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算误差小于12%, 计算结果可靠。     

浅埋偏压、软弱围岩双线隧道大变形施工控制技术

结合浅埋偏压、软弱围岩高枧槽隧道实体工程,介绍了开挖断面大、岩溶发育、地质复杂的隧道产生大变形的情况及分析产生的原因,提出了地表打入钢管桩预加固提高承载力、中台阶钢架间增设纵向托梁与地表钢管桩焊接提高整体受力、设置临时仰拱或横撑、双层拱架支护等措施。通过及时分析围岩和支护变形情况,最终洞内初期支护变形、拱顶下沉、地表开裂等现象得到有效控制。