模拟酸雨腐蚀下方钢管混凝土抗震性能研究

为研究酸雨锈蚀对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,设计并制作12根方钢管混凝土试件,按照试验方案将9根试件放入模拟酸雨溶液中浸泡,同时通电加速腐蚀,对全部试件进行低周往复荷载试验。观察试件的最终破坏形态,讨论腐蚀水平及轴压比对试件抗震性能的影响,并与相关规范计算出的低周往复荷载下试件压弯承载力对比。结果表明:试件均在焊缝开裂后迅速破坏;随着锈蚀率升高,滞回曲线由饱满变为梭形,试件的轴向承载力下降,骨架曲线有明显的降低趋势,延性系数下降,耗能能力降低;试件的耗能能力与轴向承载力均随着轴压比的增加而减小;本文试验结果与《钢管混凝土结构技术规范》和江西省规范预测结果均吻合良好,《钢管混凝土结构技术规范》偏于保守。     

圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

应用 ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土( reactive powder concrete,简称 RPC)长柱有限元模型,计算得到16个试件的荷载-变形曲线和极限承载力,极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响,并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长细比试件的荷载-变形曲线在弹性阶段均吻合良好,在弹塑性阶段出现破坏以后,曲线均有不同程度的偏差;不同套箍系数试件弹性阶段的荷载-变形曲线及极限承载力均区别不大,套箍系数较大的圆钢管 RPC 长柱后期强度提高较大,且延性较好;圆钢管 RPC 短柱的弹性阶段比长柱有所延长,极限承载力亦显著增加;短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服,长柱破坏表现为整体失稳。     

脱空钢管混凝土偏心受压力学性能试验研究

本文进行了30个核心混凝土脱空的钢管混凝土偏心受压构件试验研究,试验参数有脱空率、偏心率、加载模式及构件长细比.试验过程中记录了试件在各级荷载下的纵向、横向变形,以及中截面纵向、横向应变,获得了试件破坏时承受的最大荷载.试验结果表明,核心混凝土脱空降低了钢管混凝土极限承载力,脱空率越大,极限承载力越小;偏心率越大,极限承载力也越小;在脱空一侧加载较之在非脱空一侧加载的极限承载力小;脱空对长柱极限承载力影响比短柱小.     

带肋方钢管混凝土柱偏心受压试验研究

以长细比和偏心率为主要变化参数,设计了6根带肋和6根无肋方钢管混凝土试件,对其进行了偏心受压的试验研究。试验结果表明,所有试件都最终由于失稳而破坏;试件长细比和偏心率越大,其刚度和极限荷载越小,偏心率对极限荷载的影响更为显著;试件偏心率越大,后期延性越好;加载初期试件中截面变形符合平截面假设;设置加劲肋能有效延缓管壁局部屈曲的发展,能提高试件的极限荷载和后期延性。     

酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱抗震性能研究

通过ABAQUS商用有限元软件建立往复荷载下酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱有限元模型,在钢材和混凝土本构关系模型中,考虑由锈蚀损伤引起的钢材弹性模量和屈服强度的折减,有限元模型计算的滞回曲线与试验获得的滞回曲线做对比分析,发现两者吻合程度较好,说明建立的有限元模型是有效的、可行的。基于此有限元模型,模拟酸雨腐蚀后实际工程截面尺寸的圆钢管混凝土柱在不同锈蚀率(B=0%,5%,10%,15%,20%,25%和30%)和轴压比(n=0.2,0.4和0.5)下抗震性能退化行为,数值分析结果表明:随着锈蚀率和轴压比增大,骨架曲线承载力减小,刚度出现退化和累计滞回耗能降低。     

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

对4种不同截面形式的钢管混凝土试件进行轴压对比试验,试件分为方实心试件、方套圆中空夹层试件和2种内管不同放置形式的方套方中空夹层试件。试验结果表明:所有试件达到极限承载力之后,均出现外管焊缝开裂、内管向内凸曲的现象;在空心率不太大的情况下,方中空夹层钢管混凝土的轴压承载力比方实心钢管混凝土大;方实心试件比方中空夹层试件的横向应变发展快,方套圆中空夹层试件比方套方中空夹层试件的横向应变发展更快;采用有限元分析软件ABAQUS对轴压试件的荷载—变形全过程进行计算,得到的极限承载力与试验结果吻合较好。     

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究北大核心

对4种不同截面形式的钢管混凝土试件进行轴压对比试验,试件分为方实心试件、方套圆中空夹层试件和2种内管不同放置形式的方套方中空夹层试件。试验结果表明:所有试件达到极限承载力之后,均出现外管焊缝开裂、内管向内凸曲的现象;在空心率不太大的情况下,方中空夹层钢管混凝土的轴压承载力比方实心钢管混凝土大;方实心试件比方中空夹层试件的横向应变发展快,方套圆中空夹层试件比方套方中空夹层试件的横向应变发展更快;采用有限元分析软件ABAQUS对轴压试件的荷载—变形全过程进行计算,得到的极限承载力与试验结果吻合较好。     

内填外包钢管混凝土小偏心受压构件极限承载力分析

以大瑞铁路澜沧江特大桥主跨342 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥为背景,选取拱顶截面构造直杆短柱构件.依据弹塑性力学原理,考虑材料非线性,建立内填外包钢管混凝土小偏心受压短柱构件的截面极限承载力数值迭代算法.运用该算法和ANSYS块体单元有限元法分析构件极限承载力.结果表明:内填外包钢管混凝土偏心受压构件的承载力由外包混凝土控制,内填混凝土的强度虽有一定的提高,但纯钢管混凝土的套箍效应未充分发挥;荷载不变时,构件极限承载力随偏心距增加(保持小偏心受压不变)呈下降趋势,但该结构抗弯矩变化的能力较强;桥拱顶截面极限荷载系数在3.0以上,远高于规范要求的2.0安全系数要求,表明该桥拱顶截面具有足够的安全性;两种算法的误差小于6％,截面极限承载力数值迭代算法的结果略小,但完全能满足工程精度要求,因此,工程应用中完全可以采用截面承载力分析法计算该类构件的承载力.     

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。     

加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究

钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小构件的截面尺寸,减轻结构自重,在高层建筑和桥梁建设中都有良好的应用前景。考虑实际工程中钢管活性粉末混凝土结构可能出现的其中2种加载方式——全截面加载及核心混凝土加载,进行不同加载方式对钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究。试验结果表明,2种加载方式下试件的应力发展过程不一样,但极限状态时钢管切向应力均接近钢材的屈服强度,纵向应力均接近0,试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的差异。讨论2种不同加载方式作用下试件的破坏机理、极限承载力公式及荷载变形情况。利用有限元软件ABAQUS建模分析并与试验结果进行对比。     

高钛重矿渣集料钢筋混凝土柱小偏压试验研究

通过12根钢筋混凝土柱(其中9根采用了高钛重矿渣集料)的偏心受压试验,研究了高钛重矿渣钢筋混凝土小偏压柱的受力性能和破坏形态。对比分析了骨料类型和偏心距对柱的极限承载力和刚度的影响。研究结果表明:相较于普通砂石,高钛重矿渣集料钢筋混凝土柱力学性能优良,承载力高于普通钢筋混凝土柱;采用了矿渣碎石、普通砂作集料的钢筋混凝土柱的刚度略大于其它集料类型。采用现行混凝土结构设计规范对高钛重矿渣集料钢筋混凝土偏压柱的正截面承载力进行计算,计算结果与试验结果相比偏于安全,且与普通钢筋混凝土试件的比较结果相同,因此可采用现行混凝土结构设计规范对高钛重矿渣钢筋混凝土偏压柱进行设计。     

圆钢管混凝土柱偏压试验研究

针对不同偏心率圆钢管混凝土短柱试件进行了试验,介绍了试验参数,试验装置和方法,得到荷载与应变、荷载与挠度曲线,分析了偏心率对该类构件力学性能的影响规律,并应用相关规程进行了极限承载力的验算。结果表明:随着偏心率的增大,钢管对核心混凝土的约束作用不断减弱,极限承载力也明显下降,而其横向变形能力逐渐减弱,在延性方面则影响不大。试件达到极限承载力时,其对应受压区的纵环向应变也比较大。     

带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区竖向承载力分析

基于带有芯钢管的钢管混凝土节点承载力试验研究结果,运用有限元软件 ANSYS 建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行节点竖向承载力数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管混凝土节点核心区承载能力的因素进行了分析.研究结果表明:有限元模型计算所得极限承载力与试验实测结果吻合较好;混凝土强度、芯钢管强度、外围纵筋和箍筋的强度均对节点核心区的竖向承载力影响较大.     

钢管-桩心配筋微型桩极限抗弯承载力研究

钢管-桩心配筋微型桩是在微型钢管桩的基础上加入桩心钢筋组合而成。对钢管-桩心配筋微型桩进行了室内极限抗弯承载力试验。结果表明:随着弯矩增大,试件中性轴往受压侧移动,承载力不断提高;设计时应考虑桩心钢筋对抗弯承载力的贡献;钢管-桩心配筋微型桩试件在纯弯矩作用下表现出较好的延性。与无桩心配筋的微型钢管桩极限抗弯承载力对比后发现,桩心钢筋的存在使得钢管-桩心配筋微型桩极限抗弯承载力提高了50%,可在工程中推广应用。     

受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析

基于受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究结果,运用有限元软件ANSYS建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管内混凝土承载能力的因素进行了分析。研究结果表明有限元模型计算所得极限承载力与实测结果吻合较好,同时得到了混凝土强度、外围箍筋强度、芯钢管强度与受多重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线。     

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。     

膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压性能影响试验研究

钢管混凝土中由于膨胀剂的加入补偿收缩作用明显,并产生一定的膨胀应力,使核心混凝土与钢管壁紧密结合。在钢管的紧箍力下,核心混凝土处于三向受压状态,能与钢管协同工作,从而提高钢管混凝土构件的极限承载力。本文对膨胀剂掺量分别为0,4%,8%,12%的钢管混凝土试件轴压下环向应力和承载能力进行试验研究。结果表明:膨胀剂掺量的增加会导致钢管壁环向应力增大从而降低轴压下钢管的承载力,并非膨胀剂掺量越多钢管混凝土极限承载力越大,掺量为4%时钢管极限承载力最高;将钢管混凝土极限承载力计算公式应用于掺膨胀剂钢管混凝土计算结果偏小,会造成原材料的浪费。     

加载方式对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究

钢管混凝土在铁路拱桥和桥墩中都有良好的应用前景.将实际工程中钢管混凝土结构的加载形式归纳成全断面加载、荷载仅施加于核心混凝土、荷载仅施加于钢管和钢管有初应力等4种.进行这4种不同加载方式(含初应力)对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究.试验结果表明,整个断面加载、荷载仅施加于核心混凝土和钢管有初应力这3种加载方式下试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的变化;对于荷载仅加于钢管的试件,其极限承载力与刚度均有较大幅度的降低,可不考虑钢管对混凝土的套箍作用.最后,在试验研究基础上讨论在这4种不同加载方式作用下试件的极限承载力计算方法.     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

矩形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的试验研究

中空夹层钢管混凝土是在两根同心放置的钢管夹层中灌筑混凝土而成的一种新型结构.本文以空心率为主要变化参数,设计了3根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土试件,通过试验研究了其在纯弯状态下的力学性能.试验结果表明:在加载过程中,所有试件均表现出良好的塑性性能;矩形中空夹层钢管混凝土抗弯承载力较矩形实心钢管混凝土有显著的提高;同时用有限元方法对试件弯矩—跨中挠度曲线进行计算,计算结果与试验结果吻合良好.