不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩压弯性能研究

椭圆形钢管混凝土桥墩的流线外形可以有效降低水流等的作用，但是其截面特性较为复杂，尤其是当荷载沿非对称轴方向作用时，容易发生扭曲而降低强度。为了研究不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，本研究采用数值分析软件，建立并通过试验验证了可以精确模拟圆形钢管混凝土桥墩力学性能的数值分析模型。进一步地，利用模型分析了0°～90°不同角度加载时椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，分析了不同荷载角度对承载性能的影响规律。结果表明，随着加载角度从0°增加到30°、60°、90°,椭圆形钢管混凝土桥墩极限压弯承载力分别下降了5.38%、27.18%、37.03%;初始刚度随着荷载作用角度的增加而降低，屈服位移和极限位移随着水平荷载作用角度的增加而有所上升。本研究的结果可为椭圆形钢管混凝土桥墩的设计提供借鉴。     

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩顺桥方向抗震性能

为了在城市复杂的交通工程中广泛应用部分填充混凝土钢桥墩,探明竖向偏心荷载作用下该类桥墩的抗震性能,以城市高架桥倒L形部分填充混凝土圆形钢桥墩为对象,采用试验与有限元分析方法,探究设计参数长细比、径厚比和竖向荷载偏心率对该类桥墩在顺桥方向力学性能的影响。首先,对以往4个竖向偏心荷载部分填充混凝土圆形钢桥墩柱试验试件进行有限元建模,通过有限元与试验结果对比分析,验证有限元模型单元选取、划分、接触和边界条件的合理性。然后,改变桥墩径厚比Rt、长细比λ及竖向荷载偏心率e/L,设计30个部分填充混凝土圆形钢桥墩进行非线性有限元分析。结果表明:在其他参数不变的情况下,随着λ从0.25增加到0.35,桥墩的最大承载力和延性均降低;随着Rt从0.06增加到0.12,桥墩的最大承载力缓慢增加,延性逐渐减小;随着e/L的增大,桥墩的最大承载力、延性均降低,抗震性能差;当e/L从0增加到0.2时,桥墩最大承载力、延性分别下降了约24%和50%;研究结果为部分填充混凝土钢桥墩在复杂荷载情况下的工程应用奠定了理论基础。     

混凝土填充高度对部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能影响的试验研究

为了研究混凝土填充高度对部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能的影响,根据混凝土填充高度的不同设计了4根桥墩柱试件,其中1根空钢管桥墩柱和3根部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱。通过在桥墩柱顶施加恒定的轴向压力及水平低周往复荷载的拟静力试验获得各试件荷载-位移滞回曲线及破坏形态等试验数据。利用各试件荷载-位移骨架包络曲线和耗能能力等试验结果,分析了混凝土填充高度对该类桥墩柱抗震性能的影响。结果表明:混凝土的填充没有改变桥墩钢管局部失稳的破坏形态,但延缓了钢管失稳变形的发展;同时随着混凝土填充高度的增加极限承载力、延性、耗能能力等都有较大提高,达到极限承载力后,承载力下降随着混凝土填充高度的增加变缓,表现出良好的抗震性能。     

基坑锁口钢管桩围堰的受力行为分析

锁口钢围堰以其良好的经济效益及施工特点常广泛应用于桥墩基坑开挖过程中,但基于其复杂的结构特征,致使其受力特征较为复杂。该文以某大桥北岸主墩承台开挖基坑过程中所采用锁口钢管桩为例,详细分析其在施工过程中的受力特性。在3种主要不利荷载工况下,基于有限元分析软件,建立了锁口钢管桩三维整体模型。分析并验算了典型不利荷载工况下,锁口钢围堰结构的变形、强度及稳定性。数值计算结果与规范值对比分析表明锁口钢围堰结构在施工过程中满足规范要求的强度、刚度及稳定性要求,具有良好的受力性能。     

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。     

交替荷载作用下钢材本构模型的适用范围

以箱形截面钢桥墩作为数值分析对象,分别使用修正双曲面模型、等向强化模型和随动强化模型预测钢桥墩在正负交替荷载作用下的滞回性能;并通过计算与试验结果的对比,探讨了这3种钢材本构模型的各自预测精度和适用范围。结果表明:修正双曲面模型能预测箱形薄壁截面和箱形厚壁截面钢桥墩的滞回性能;等向强化模型和随动强化模型仅适用于预测箱形稍薄截面钢桥墩的滞回性能,对于箱形厚壁截面钢桥墩,其预测结果则不够理想。     

钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析

为减小桥墩阻水面积,跨南水北调中线工程主干渠的大油村北桥2号墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱.采用有限元法进行计算分析,研究叠合柱钢管壁厚与轴向应力比率、弯曲应力比率、抗剪应力比率和组合应力比率、荷载下位移及自振周期等因素的影响规律.结果表明,叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能.     

钢管混凝土桥墩环梁式节点动力响应及结构优化研究

混凝土环梁节点是一种新型的无支座桥梁结构体系,钢管混凝土桥墩与上部结构的横向连接是结构的薄弱环节.利用数值模拟的方式对钢管混凝土桥墩普通环梁式节点在反复荷载作用下的动力响应进行了分析,得到了节点内薄弱环节处的应力变化曲线、滞回曲线、骨架曲线及刚度变化曲线,认为普通节点由于钢筋配置不合理造成混凝土过早拉坏,未充分发挥材料...     

钢管混凝土支架注浆孔补强技术数值模拟分析

钢管混凝土支架在井下注入混凝土时要留设注浆孔,为了弥补注浆孔周边钢管刚度,实施了加强板、插入注浆短管和封孔塞3项补强措施。采用ABAQUS有限元软件分析在弹性加载条件下钢管的应力分布特征,注浆孔导致孔口两侧的压应力集中系数最大,为8.45;采用3项补强措施后,钢管注浆孔附近的压应力集中程度明显降低。通过数值分析并优化出补强措施：加强板为500mm×300 mm×10 mm,注浆短管为直径133 mm×8 mm,封孔塞直径为116 mm×40 mm。优化的补强措施有效降低了应力集中程度和补强措施的用钢量。     

单柱墩拟静力试验仿真计算案例

在地震荷载作用下,钢筋混凝土桥墩是最易破坏的桥梁构件,如何较可靠地模拟钢筋混凝土桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁结构抗震研究的重要内容。以呈弯曲破坏形态的钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,分别建立了圆形墩和矩形墩的滞回分析纤维单元模型。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象。     

不同构造下的预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能试验

为探讨预制拼装钢管混凝土桥墩抗震力学性能,充分发挥预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震能力,以实际桥墩为参考,考虑不同拼装接缝形式、耗能钢筋配筋率和预应力轴压比等参数,设计和制作了6个摇摆式预制拼装预应力钢管混凝土桥墩和2个对比墩（1个摇摆式预应力钢筋混凝土墩和1个承插式预应力钢管混凝土墩）,共8个缩尺模型。采用拟静力试验方法,结合数值模拟揭示预应力预制拼装钢管混凝土桥墩的延性能力、自复位性能、滞回耗能特性、破坏模式和破坏机理。试验结果表明：对于2种构造下的钢管混凝土桥墩,摇摆式桥墩因其可发生一定范围内摇摆,并设置预应力筋和耗能钢筋,使其延性与耗能能力更加优异;在墩底设置UHPC座垫层,加载过程中其对承台的破坏相对较小,提高了桥墩的损伤容限;在相同的目标位移下,摇摆式试件残余位移小于承插式试件,表明摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩拥有良好的自复位特性;对于摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩,增大耗能钢筋配筋率,使得试件损伤状态出现滞后,耗能能力增强,减轻墩底接缝破坏程度,同时使得残余位移增大;增大预应力轴压比,其约束试件变形的自复位能力进一步增强,使试件残余位移减小,有利于桥墩在震后功能的快速恢复;通过建立各试件的有限元纤维模型,进一步验证了试验结果的准确性。研究成果可为后续预制拼装钢管混凝土桥墩的设计与应用提供试验基础。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用，对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型（相似比为1：6.7）进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验，研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝，而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝，所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时，受横桥向恒载偏心的影响，有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧，塑性发展区域也大于无偏心桥墩，这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过，由于有偏心桥墩并未发生开裂，所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大，均在3 cm左右，验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计，其抗震性能也能满足既定的要求。此外，恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等，可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异，不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时，需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数，减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。     

钢管混凝土组合格构柱高墩偏压试验研究

雅泸高速公路黑石沟特大桥在国内首次提出并采用了钢管混凝土组合格构柱高墩。为研究这种结构形式高墩的组合性能,进行了偏压试验和破坏试验,考察了钢管混凝土柱肢、钢管外包混凝土及腹板剪力墙的受力性能。试验结构表明:正常使用极限状态下,钢管混凝土组合格构柱处于小偏心受压,结构处于弹性状态。     

独柱墩曲线桥钢盖梁加固方案设计

独柱墩桥梁由于其特有的结构特点和受力特性,存在倾覆风险,即有部分独柱墩桥梁倾覆能力储备不足,需要进行加固设计.结合工程实例,采用了增设钢盖梁和双支座方案,对钢盖梁建立了ASNYS精细化三维模型,通过优化设计,确定了合理的钢构件空间布置间距,各钢构件强度满足规范验算要求;同时,采用抱箍和锚固的方式,将钢盖梁连接于独柱墩,并对锚栓布设进行了优化设计,对锚栓钢材和墩柱混凝土承载能力进行了验算.本文可为类似独柱墩桥梁加固提供有益的技术参考和案例参照.     

钢管-钢管混凝土复合拱桥实桥静载测试与分析

进行了第一座钢管 - 钢管混凝土复合拱试验桥--福建福鼎山前大桥实桥静载测试和有限元模拟分析,对钢管-钢管混凝土复合拱静力性能进行了讨论,研究表明,复合拱的静力性能与等截面拱相近,但拱肋变截面处应变应是设计中的控制因素,极限承载力分析应考虑双重非线性的影响.     

直墙半圆拱形钢管混凝土支架力学性能实验及应用

为研究直墙半圆拱形断面巷道面临的支护难题,设计了直墙半圆拱形钢管混凝土支架与U型钢支架力学性能对比实验;实验全面测试并分析了钢管混凝土支架的承载力、位移与应变,同时分析了热煨弯曲对钢管原材料抗拉性能的影响及C60混凝土配合比合理性;实验证明钢管混凝土支架具有突出的承载优势。在实验指导下,对华丰矿-1100水平大巷动压巷道和大淑村矿-450水平新东翼皮带巷高应力集中巷道做了直墙半圆拱形钢管混凝土支架支护设计并应用,实践证明钢管混凝土支架支护效果明显,优于同断面U型钢支架,同时也发现直墙半圆拱形封闭支架的底角为薄弱点,并进行了改进与结构强化。     

大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力研究

拱座是将上部结构荷载传递到基础的重要传力构件,大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋由钢管构成,荷载较普通钢筋混凝土拱桥集中,结构设计中对此一般从构造上考虑得比较多,理论计算上考虑得相对较少,有关文献也不多.结合某大跨度钢管混凝土拱桥,用ANSYS建立了其拱座空间计算模型,分析了各种荷载工况下的拱座应力,探讨了其应力分布情况.     

大跨径钢管混凝土拱桥复合非线性研究及合理设计探讨

通过运用结构的复合非线性（几何非线性和材料非线性）极限分析理论，对国内一座在建的368m大跨径钢管混凝土中承式系杆拱桥进行了复合非线性稳定性空间分析，在此基础上，还对该钢管混凝土拱桥主拱肋矢跨比、钢管壁厚及混凝土标号等的设计合理性进行了一些探讨。     

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。