方钢管混凝土T型节点力学性能研究

为研究方钢管混凝土T型节点的力学性能,建立了钢管混凝土以及空钢管T型节点的有限元模型,对支管受拉时的疲劳性能及支管受压时的静力性能进行了有限元对比分析,采用二次外推法给出了节点不同位置的应力集中系数,并采用非线性分析得出了支管受压时的极限承载力。结果表明:主管内填混凝土节点的最大热点应力出现在主管表面支主管交界的角隅处;空钢管节点的最大热点应力出现在靠近支主管焊缝的支管上;主管内填混凝土能够显著降低节点的应力集中程度;钢管混凝土T型节点在支管受压时的承载力要显著高于空钢管节点。     

钢管混凝土节点承载力计算方法

钢管混凝土桁式结构广泛应用于桥梁工程中。为探明钢管混凝土节点的破坏机理,得到其承载力计算方法,系统汇总了国内外报道的圆形和矩形钢管混凝土节点试验数据,并根据节点形状和支管受力形式,分为139个受压节点、16个受拉节点和38个K型节点,分析主管内填混凝土对节点构造、破坏模式和承载力的改善,提出钢管混凝土节点设计流程和承载力计算方法。研究结果表明:在满足节点构造和焊接要求前提下,主管表面钢板层状撕裂破坏、焊缝破坏和受拉支管背面主管顶板局部屈曲破坏可以有效避免。对于受压节点,空钢管节点可能发生主管侧壁屈曲或表面屈服线破坏,而主管内填混凝土后,其破坏模式变为横向局部承压破坏,承载力平均提高8.3倍,不需要进行受压节点验算;对于受拉节点,管内混凝土能提高节点受拉刚度,破坏模式趋于主管表面冲剪破坏;对于K型节点,承载力以受拉支管控制,主要发生主管表面冲剪破坏,其强度与支管有效宽度破坏相当,即实现节点和钢管杆件等强设计,此外,考虑主管混凝土抗剪贡献后,主管抗剪承载力提高1.1~1.3倍;提出了钢管混凝土节点设计流程,并给出其节点承载力计算方法,圆形和矩形钢管混凝土节点均以受拉支管控制,需进行主管表面冲剪破坏和支管有效宽度破坏验算,同时,矩形钢管混凝土节点还需进行主管间隙处剪切破坏验算。     

支管缺陷对钢管混凝土空间相贯节点承载能力影响

为确定支管设置切割孔和混凝土亏空的钢管混凝土空间相贯节点的承载力和破坏模式,以某上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为背景,针对其拱肋钢管混凝土空间KK形相贯节点,采用Abaqus软件建立有限元模型,分析带切割孔和混凝土亏空的节点的承载力和破坏模式,并研究切割孔参数对节点承载力的影响。结果表明:支管壁设置切割孔会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为支管局部屈曲;钢管混凝土空间节点的承载力随切割孔直径的增大而降低,切割孔位置对承载力的影响较小;支管内混凝土亏空会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为主管壁冲剪破坏。     

钢管混凝土K形节点脱空后的承载力与防脱空措施研究

为研究钢管混凝土K形节点脱空后的承载力以及防脱空措施，通过有限元方法，模拟计算了钢管混凝土K形节点脱空后的力学性能，提出了防脱空建议，并进行了验证。结果表明，当支管壁厚较小时，不同脱空率下节点破坏模式均为受压支管局部屈曲破坏，极限承载力大致相同，脱空只影响节点弹性刚度，且节点弹性刚度随着脱空率的增大而逐渐减小；支管管壁较厚时，破坏模式为主管表面塑性破坏或冲剪破坏；随着脱空率的增大，节点的刚度及承载力均逐渐下降；主管内增设PBL后，主管表面刚度得到提高，不同脱空率下节点破坏模式均变为受压节点的局部屈曲破坏，各模型承载力大致相同；相比于原脱空钢管混凝土节点，节点刚度及承载力均有提高；PBL可显著降低核心混凝土脱空产生的不利影响，当脱空率较大时，PBL作用更加明显。     

钢管混凝土K型节点应力集中系数分析

在管节点疲劳破坏的研究中,应力集中系数是评价其疲劳寿命的重要参数之一。应力集中系数一般通过实验及精细的有限元模型得到,本文利用精细的有限元模型计算得到。运用有限元软件ANSYS对K型空心钢管,钢管混凝土节点进行计算,研究节点在支管轴压,主管轴压,共同作用下对钢管混凝土节点及其应力集中系数大小与分布的影响。     

桁肋钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的参数研究

以跨度308m的钢管混凝土桁架拱桥计算模型为例,应用考虑双重非线性影响的计算方法探讨了这类结构在平面内的稳定特性以及截面设计对它的影响。结果表明,第一类稳定和仅考虑几何非线性影响的第二类稳定强度远高于考虑双重非线性影响的计算结果;改变钢和混凝土等级对拱桥平面内极限强度提高作用不大,截面含钢率是影响极限承载力的重要参数。     

挤扩支盘灌注桩承载力影响因素的数值模拟研究

运用PLAXIS有限元软件,基于岩土弹塑性本构关系的数值计算理论,建立桩-土轴对称模型,模拟支盘形状、位置、大小、数量和距离软弱层高度等参数条件下的桩基承载力特性及变化规律,分析在竖向荷载作用下挤扩支盘灌注桩对桩基承载力的主要影响因素。研究结果表明:支盘形状对于承载力没有明显影响;桩基承载力随支盘位置向下移动而逐渐提高,但是当支盘距桩底部距离小于L/3(L为桩长)时,支盘位置下移对桩基承载力影响不显著;桩基极限承载力随着支盘半径和支盘数量的增加逐渐提高;当支盘与软弱层间距小于4倍夹层厚度时,桩基承载力随支盘与软弱层距离的逼近而逐渐降低。研究结果可为挤扩支盘桩的设计参数选取提供参考,为支盘灌注桩的工程设计和优化提供技术支持。     

钢管混凝土拱桥稳定与极限承载力研究及参数分析

在对某钢管混凝土拱桥使用阶段的稳定与极限承载力研究的基础上,探讨了套箍效应、矢跨比、横向联系、拱轴线的偏移等物理、几何特性指标对钢管混凝土拱桥成桥使用阶段稳定与极限承载力的影响.     

持荷状态下大尺度钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力分析

为研究持荷作用对大尺度钢管拱肋拼接焊缝残余应力的影响,以及大尺度焊缝焊接残余应力的分布规律,以主跨575 m的特大跨钢管混凝土拱桥——广西平南三桥为背景进行分析。开展持荷状态下拱肋拼接焊缝残余应力足尺模型试验与数值模拟,分析拱肋拼接焊缝试件轴向、环向焊接残余应力分布情况,并与非持荷状态试件进行对比。结果表明：持荷作用对钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力的影响较小,但管内节点处肋板的设置会对钢管拱肋拼接焊缝残余应力产生较大影响;拼接节点处的轴向焊接残余应力以拉应力为主,沿拱肋主管轴向先增大后减小,最终趋于稳定;拼接节点处的环向焊接残余应力沿主管环向拉-压交替分布,拉应力分布在离焊缝较近区域与肋板影响区域,压应力主要分布在肋板之间区域。     

发动机气缸盖中一种典型结构的参数研究

采用CAD技术及有限元法对发动机气缸盖中的一种典型结构──螺柱孔壁结构进行了研究，分析了结构参数对该结构工作时应力和变形的影响规律。通过一项假设，建立了在螺柱孔壁一顶板之间倒圆处的最大应力以及在高度方向的最大位移的经验公式。对照有限元计算结果，对经验公式进行了验证。为保证结果的可靠性，进行了计算误差定性分析。有限元模型的建立及其计算采用SDRC公司的I-DEASTM软件。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

考虑初应力的钢管混凝土格构柱受力性能有限元分析

在试验研究的基础上对有初应力的钢管混凝土格构柱受力性能进行了有限元分析.分析结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好.应用有限元方法,以初应力度和长细比为参数,对有初应力的钢管混凝土格构柱进行了受力全过程分析.分析结果表明,钢管初应力降低了钢管混凝土格构柱构件的弹性阶段,使构件提前进入了弹塑性阶段,并使构件的峰值极限荷载推迟出现,且对应的变形也有所增加.此外初应力度和长细比较小时,初应力对钢管混凝土格构柱极限承载力的影响不大;但当初应力度和长细比较大时,初应力会使构件的极限承载力明显下降,下降幅度超过12％.     

钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防

钢管混凝土拱桥管节点经常存在结构不连续加工和焊接缺陷,在主支管连接的接头区,容易出现焊接裂纹,随着裂纹不断扩展,将导致整个构件破坏,从而影响结构的服役安全性和耐久性。对管节点结构特点和焊接裂纹产生原因进行分析,提出避免管节点焊接裂纹产生的预防措施。     

钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为

为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。     

巫峡长江大桥极限承载能力分析

针对大跨度钢管混凝土拱桥在变形、失稳破坏期间产生的材料和几何非线性特性,考虑拱肋初始几何缺陷和结构在施工期间所形成的初应力等因素的影响,采用高精度的圆截面梁单元和钢管混凝土组合材料的本构关系,对巫峡长江大桥在静力荷载作用下的极限承载力进行了分析。     

方钢管混凝土轴压短柱的力学性能

根据统一强度理论,综合考虑了方钢管混凝土的材料特点,引入了考虑厚边比影响的等效约束折减系数,将钢管混凝土角部非均匀的约束力转化为均匀的约束力,从而将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束。在厚壁圆筒的统一强度理论解的基础上,推导了计算钢管混凝土极限承载力的公式,并用该公式对文献资料数据进行了计算对比。结果表明:该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料很有意义。     

脱空对四肢格构式异型钢管混凝土拱桥极限承载力的影响分析

拱肋混凝土脱空是钢管混凝土拱桥突出问题之一,以一座四肢格构式异型钢管混凝土拱桥为研究背景,在考虑材料和几何非线性的基础上,基于ANSYS有限元分析模型,探讨了拱肋脱空位置、截面脱空率等因素对拱桥极限承载力的影响。     

部分内填混凝土钢桁梁焊接整体节点力学性能分析

在部分内填混凝土钢桁梁焊接T形整体节点静力试验的基础上,采用有限元软件ABAQUS对试件节点在腹杆竖向荷载下的力学性能进行数值模拟,并通过试验结果验证有限元模型的正确性。在此基础上选取不同的混凝土内填方案进行参数分析,系统研究混凝土填充长度对钢桁梁整体节点弹性刚度、极限承载力以及破坏模态的影响规律。结果表明:仅在核芯区内填充混凝土对节点力学性能改善很不明显,还需将混凝土填充范围扩大至核芯区两侧的弦杆内,但当混凝土填充超过一定长度后,节点的刚度和承载力提高将非常有限,极限破坏模态也不再变化。     

拱肋倾角对中承式系杆拱桥极限承载力的影响

中承式系杆拱桥的极限承载力是材料非线性和几何非线性等多种因素共同作用的结果。论述了系杆拱的极限承载力以及钢管混凝土的本构关系,并通过有限元方法研究了不同拱肋倾角（垂直、内倾、外倾）及荷载布置情况对三跨中承式系杆拱桥极限承载力的影响。     

自密实补偿收缩混凝土填充钢管约束 RC柱的轴压性能

为研究自密实(SCC)补偿收缩混凝土填充钢管加固桥墩的轴压性能,研配了自密实补偿收缩混凝土,将其作为混凝土短柱和钢管之间的填充混凝土。制作外包钢管填充自密实补偿收缩混凝土加固混凝土短柱试件,以有无钢管外包约束、填充层混凝土强度、混凝土柱高度、核心混凝土直径、钢管壁厚度以及填充层厚度为试验参数,探究其对试件破坏模式、荷载—竖向相对位移曲线、钢管荷载—应变曲线的影响。在一定范围内,增大钢管壁厚度和核心混凝土直径能大幅度提高极限承载力;填充层起黏结和传力作用,对非全截面加载试件极限承载力无显著影响。验证了Mander公式对试验模型有良好的预估效果。