反复荷载作用下钢管混凝土轴压承载力退化模式研究

为探讨钢管混凝土构件受压屈服后再次受荷时的承载力变化规律,以含钢率、套箍系数、核心混凝土中钢纤维掺量与反复加载次数为参数,对12根钢管混凝土短柱进行了反复轴压试验。结果表明:钢管混凝土短柱受压屈服后,如管壁出现开裂,再次承受荷载时其承载力下降显著。如管壁不出现开裂,截面含钢率高、套箍系数大时,构件承载力衰减缓慢,承载力损失较小;含钢率低、套箍系数较小时,承载力则先出现较大衰减,达到最小值后有小幅回升,承载力损失较大; 5次反复加载,试件承载力均保持在初始承载力的60%以上。     

圆钢管混凝土轴压中长柱的承载力

首先应用模型柱法,对钢管混凝土轴压中长柱荷载-变形关系进行全过程分析,得到了钢管混凝土轴压中长柱承载力的数值解法;其次,根据切线模量法推导了钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式;再次,基于模型柱法,探讨了构件长细比、混凝土强度等级、含钢率和钢材屈服强度对钢管混凝土轴压中长柱承载力稳定系数的影响,并在修正切线模量法推导的计算公式的基础上,建立了钢管混凝土轴压中长柱承载力实用计算公式;最后将该公式计算结果与各国216根钢管混凝土轴压中长柱承载力有效试验结果进行了对比。结果表明:该承载力计算公式所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

内填式钢管混凝土构件受箍机理分析

利用修正弹性模量的方法来计入内填式钢管混凝土轴压构件承载力的提高，并用能量法和最小势能原理从中导出了在轴向压力作用下内填式钢管混凝土构件受箍机理。分析表明，套箍系数不但与核心混凝土的泊松松比、截面半径及弹性模量有关，还与外围钢管的泊松比、钢管壁厚及弹性模量有关。     

外套钢管加固偏心受压钢筋混凝土短柱承载力计算

利用静力法建立钢管加固既有短柱桥墩的承载力平衡方程,计算出加固结构内钢管对原柱混凝土和填充混凝土套箍指标的临界分界值。基于外套钢管加固钢筋短柱轴压结构分析中的套箍指标的影响,修正了加固后陈宝春的三向受压混凝土考虑紧箍力作用应力梯度和偏心率影响的应力-应变曲线,推导了外套钢管加固偏心受压柱结构的承载力计算公式,其计算结果与试验数据结果相对比,两者吻合较好。     

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。     

钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能试验研究

进行22根钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和影响极限承载力的主要因素。试验研究表明:钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90％~95％;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗,试件的上、下两端明显局部鼓曲。构件承载力随RPC强度fc的提高而提高,两者基本成线性关系;套箍系数ξ越大,构件承载力也越大,但钢管对RPC的约束效果比对普通混凝土的差。提出的钢管RPC轴压短柱极限承载力的实用计算公式计算出的结果与试验结果吻合良好。     

桥梁加固薄弱受弯构件承载力极限状态计算

桥梁结构一般采用带载加固,其承载力应按两阶段受力构件计算。首先分析加筋和加混凝土两类受弯构件正截面承载力计算方法和计算公式。另外在试验研究的基础上建立考虑两阶段受力影响的桥梁加固钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算公式和实用条件,分析两阶段受力对箍筋、弯起钢筋、混凝土和后加补强斜钢板抗剪承载力的影响。最后给出桥梁加固薄弱受弯构件设计实用计算方法。     

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。     

桥梁加固钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算方法及试验研究

在试验研究的基础上,建立了考虑两阶段受力影响的桥梁加固钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算公式。试验结果表明,两阶段受力对箍筋和弯起钢筋的抗剪承载力影响不大,混凝土的抗剪承载力与加固前构件的斜裂缝开展情况有关,后加补强斜钢板只承受二期荷载产生的剪力,其抗剪承载力可先按弹性分析方法确定,再由试验求得的修正系数进行修正。最后给出了桥梁加固钢筋混凝土受弯构件斜截面设计的实用计算方法。     

钢-混凝土组合梁桥的截面弹性抗弯承载力计算方法研究

为探求一种钢-混凝土组合梁桥的弹性抗弯承载力计算方法,从弹性理论出发,通过对钢-混凝土组合梁自身构造特点和力学特性的分析与推导,总结、提炼现行行业标准和规范中计算方法的共性,选择满足各种规范要求的计算表达式;对相关参数进行定义,提出了一种简捷、实用的截面弹性抗弯承载力计算方法;给出了钢-混凝土组合梁简支梁桥和连续梁桥弹性抗弯承载力的2个计算示例,基于上述方法分别根据跨中正弯矩区段和中支点负弯矩区段的公式计算了其弹性抗弯承载力,并与其他规范中塑性抗弯承载力的计算结果进行了对比。结果表明:采用该公式计算钢-混凝土组合梁桥的截面弹性抗弯承载力的方法可行、结论可靠,能够用于公路桥梁的截面抗弯承载力计算;可以认为,同一组合梁的截面弹性抗弯承载力是截面承载能力的下限,而截面塑性抗弯承载力则是截面承载能力的上限。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究

钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法,针对此问题,文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识,分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时,组合柱的破坏是由外围混凝土控制,根据协同工作原理,通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析,建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时,核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态,采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合,表明了本文方法的正确性。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。     

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。     

基于叠加理论的钢管混凝土偏压构件正截面承载力计算

圆截面钢管混凝土在偏心受压下,核心混凝土与钢管两种部件在工作时虽有较好的协同性,但钢材与混凝土的材料属性差异较大,而统一理论是将钢管混凝土作为一种新材料,对于钢管和混凝土两种部件各自的受力状态描述并不明晰。参照钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,合理选择核心混凝土本构,计算等效矩形应力图系数,并基于叠加理论和极限平衡理论,分别对3种不同受力类型下圆截面钢管混凝土偏心受压构件正截面承载力进行理论推导。结合收集到的61组试验结果进行实例验证,并引入我国CECS 28∶2012规程、JCJ01-89规程和Eurocode 4规程与结果进行对比,结果表明公式对钢管混凝土偏压构件承载力的预测效果最佳,为优化钢管混凝土构件的截面设计提供了一定的依据。     

预应力混凝土系杆拱桥的设计与施工(3)

2．3各构件的主要尺寸2．3．1拱肋形状与尺寸分析单从钢管对混凝土的箍紧作用着眼,采用圆形截面对提高混凝土抗压强度最为有效。但随着跨度的增大,圆形截面尺寸太大,为了提高抗弯能力,采取哑铃形截面,但哑铃形对抗平面外侧倾是不利的,必须配置强大的风撑,在总用钢量上不是很合理。根据作者     

带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁设计计算方法

根据带波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的小箱梁、大悬臂的结构特点,提出了考虑偏载效应影响的组合脊骨梁正应力计算公式;通过确定合理的抗弯极限状态,并基于简化塑性理论,推导出组合脊骨梁正、负弯矩截面的极限抗弯承载力计算公式和考虑混凝土翼板贡献的抗剪承载力计算公式;同时提出了波形钢腹板组合挑梁荷载横向分布计算的修正刚接梁法以及受载挑梁荷载横向分布系数随载位沿挑梁纵向变化而呈三次曲线分布的假设,并按照拟平截面假定,推导了波形钢腹板组合挑梁的开裂弯矩和弹性抗弯承载力计算公式。在此基础上进行了相应的模型试验研究,理论分析值和试验结果吻合良好,说明本文的设计公式精度满足要求,能够用于同类结构的设计计算。     

公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型研究

钢管混凝土具有强度高、塑性韧性好等特点,为促进钢管混凝土结构在隧道工程中的应用,针对当前对钢管混凝土拱架承载力评价指标研究不足以及钢管选型难的问题,通过对50种不同直径、壁厚的钢管混凝土拱架承载力的理论计算与数值模拟对比分析,对公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型进行研究。主要结论如下:1)相比于钢管面积、含钢率、钢管惯性矩,钢管的抗弯截面系数作为综合指标能较好地表征钢管与钢管混凝土拱架承载力之间的关系,建议作为评价钢管混凝土拱架承载力的指标; 2)基于文中的研究依据,拟合钢管抗弯截面系数与钢管混凝土拱架承载力公式,以及钢管混凝土初期支护承载力与钢管混凝土拱架承载力公式; 3)钢管直径比钢管壁厚对钢管混凝土拱架承载力的影响更大,直径大、壁厚小的钢管混凝土拱架不但具有更高的承载力,而且具有更经济的钢材用量; 4)钢管混凝土拱架建议按照增大钢管直径增加钢管壁厚提高核心混凝土强度等级的优先级进行选型设计。     

长期荷载作用对方钢管混凝土柱承载力的影响

考虑长期荷载作用效应的影响，进行了6个方钢管混凝土轴心受压构件承载力的试验研究，提出轴心受压时方钢管混凝土的核心混凝土的应力-应变关系模型，在此基础上，利用数值方法成功地计算出考虑长期荷载作用影响时方钢管混凝土构件的荷载-变形全过程关系曲线，理论计算结果和试验结果吻合良好。最后，在系统分析长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度等因素影响的基础上，提出长期荷载作用对方钢管混凝土柱承栽力的影响系数。     

钢骨混凝土桥墩抗剪承载力分析计算

对1根普通钢筋混凝土桥墩模型和3根钢骨混凝土桥墩模型进行侧向集中力作用下的静力抗剪试验。试验结果表明:钢骨混凝土桥墩模型具有较好的抗剪力学性能,其箍筋应变增长缓慢、裂缝发展充分、极限承载能力较高。另外,在现有计算方法基础上,基于钢骨与混凝土共同作用、箍筋和腹杆不均匀系数、钢骨截面抗剪等效面积、钢骨截面对抗剪承载力提高作用的考虑,进行空腹式钢骨混凝土桥墩抗剪承载力计算,且计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土拱桥极限承载力分析的自适应方法

针对现行钢管混凝土结构极限承载力分析的增量非线性有限元法主要依据钢管混凝土的弹塑性本构关系建立非线性迭代计算公式,其计算原理复杂、效率低,难以满足工程设计和分析要求的状况,建立了钢管混凝土拱桥结构极限承载力分析的自适应弹性模量缩减法。首先对不同受力条件下材性差异较大的圆形截面钢管混凝土构件,根据统一理论和承载力相关方程确定了构件的广义屈服函数,进而利用全面试验法在广义屈服面上设置配点,并在极值点附近加密配点,通过回归分析建立了齐次广义屈服函数,据此定义了单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,提出了钢管混凝土拱桥高承载单元的自适应识别准则。然后,利用变形能守恒原则建立了弹性模量调整策略,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,并利用线弹性迭代分析计算钢管混凝土拱桥的极限承载力。最后讨论了离散单元数量、荷载分布方式以及广义屈服函数的齐次性对结果的影响,并将该方法与模型试验及增量非线性有限元法的计算结果开展了对比分析。研究表明:该方法能够体现钢管混凝土不同材料纤维在受力变形过程中的自适应调整能力,并通过对拱桥结构损伤演化的自适应模拟取得较高的计算精度和计算效率。