钢管混凝土轴心受压构件受核心混凝土徐变的影响分析

当核心混凝土产生徐变时,会出现内力重分布现象,使钢管和混凝土的模量发生变化。通过研究钢管混凝土徐变的特点,分析了核心混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件强度和稳定性的影响,并提出在不同条件下如何考虑徐变对轴心受压构件稳定承载力的影响。     

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的线弹性分析方法

为了提高哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的计算效率,提出了极限承载力分析的高效自适应弹性模量缩减法;根据连续条件和截面塑性承载性能,建立了钢管混凝土哑铃型构件压弯承载力相关方程,通过回归分析得到了相应的齐次广义屈服函数;采用单一组合材料梁单元建立了拱肋的线弹性有限元迭代模型,通过自适应缩减高承载单元弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,确定拱肋的极限承载力,并与模型试验、非线性有限元法和等效梁柱法计算结果进行了对比。计算结果表明:建立的齐次广义屈服函数计算结果稳定、可靠,克服了传统广义屈服函数计算结果受荷载初始值影响的缺陷;采用自适应弹性模量缩减法只需较少的离散单元数与迭代步数即可获得稳定的极限承载力,且与模型试验结果误差小于3%,计算耗时小于16s,相对非线性有限元法具有良好的计算精度和效率;哑铃形截面拱肋相比圆形截面拱肋具有更好的承载性能,矢跨比、含钢率和荷载作用方式是影响钢管混凝土拱肋极限承载力的重要因素;随着矢跨比增大,极限承载力增速减缓;随着含钢率增大,极限承载力几乎呈线性增长;随着集中力与均布力比值增大,其对极限承载力的影响逐渐减弱;轴力与弯矩是拱肋的主要内力,随着矢跨比增大,弯矩对极限承载力的影响更加显著。     

徐变效应下桥梁钢管混凝土承载力变化规律的研究

在长期荷载的作用下,徐变会对桥梁钢管混凝土的承载力产生一定的影响。为了研究这种影响效应的规律,采用了弹性老化理论和继效流动理论计算了钢管混凝土的徐变效应,通过数值模拟研究了徐变效应下不同的物理参数对钢管混凝土承载力的影响,最终得出了徐变效应下混凝土极限承载力的影响系数的变化规律。     

横撑布置方式对钢管混凝土拱桥动力特性的影响

通过建立钢管混凝土拱桥有限元模型,详细研究了横撑布置方式对钢管混凝土拱桥动力特性的影响,结果表明:钢管混凝土拱桥主拱面外基频低于面内基频;横撑变化对其面外频率影响较大,但对面内频率几乎无影响;拱顶横撑与1/4跨处横撑对主拱的动力特性影响较大,拱脚横撑对主拱动力特性的影响不明显。     

钢管混凝土纯弯构件可靠度分析

直接将影响抗力及荷载效应不定性的各变量视为基本变量,应用可靠度最优化方法,对<钢管混凝土结构技术规程>DBJ13-51-2003中钢管混凝土纯弯构件的承载力公式进行了可靠度分析,并且研究了不同混凝土标号、钢号、荷载组合、荷载效应比以及含钢率等变异因素对钢管混凝土纯弯构件可靠度的影响.     

钢管混凝土系杆拱桥施工监控技术研究

最近几年来,随着公路建设的全面发展,在全国各地建造了大量的钢管混凝土系杆拱桥。由于钢管混凝土拱肋计算参数的理论值与实际情况总有一些差别,如弹性模量E、截面惯矩I、体积V、容重γ、徐变系数     

钢管混凝土受压构件徐变分析

混凝土徐变使钢管混凝土构件发生应力重分布。根据弹性徐变理论,按龄期调整的有效模量法,导出了轴心受压和小偏心受压构件长期作用下钢管与核心混凝土徐变应力增量计算公式,计算值与试验结果吻合较好。进一步的数值分析表明,截面含钢率变化会显著影响钢管应力增量值的变化,但对核心混凝土应力增量影响不大;随着偏心率的增大,相同含钢率下钢管与核心混凝土应力增量几乎均呈线性变化。增大截面含钢率可降低钢管由徐变产生的附加内力,但根据截面内力按刚度分配的原则,钢管更多地承担外力,使钢管的总内力呈增大趋势,核心混凝土承受的外力显著减小,不利于钢管混凝土构件性能的发挥。     

考虑几何非线性及施工的钢管混凝土拱桥徐变

为研究大跨度钢管混凝土拱桥的徐变行为,基于混凝土徐变的B3模型,采用结构徐变效应分析的龄期调整有效模量法,建立了结构徐变的有限元分析模型.在此基础上,基于协同转动法考虑大跨度结构的几何非线性;利用生死单元技术模拟拱桥的分阶段施工过程;最后结合某大跨度中承式钢管混凝土拱桥,分析了考虑几何非线性和施工过程的徐变效应.数值分析表明:考虑这两个因素后拱肋挠度、钢管应力的变化在10%以内,而拱肋混凝土应力的变化可达50%;在分析大跨度钢管混凝土拱桥的徐变效应时,必须考虑几何非线性及施工过程与徐变的耦合作用.      

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.      

钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值研究

基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对长期荷载作用下钢管混凝土柱的变形-时间关系曲线进行了计算,并在此基础上对长期荷载作用下钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值进行了拟合和分析.分析结果表明:在长期荷载作用下,钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值要明显小于素混凝土;采用0.9作为钢管内核心混凝土的徐变系数终值是合理且偏于安全的.     

钢管混凝土柱组合弹性模量及轴向压力分配弹性力学分析

应用弹性力学理论和钢管混凝土柱协同工作条件,推导出了钢管混凝土柱组合轴压弹性模量和轴向压力分配的理论计算公式。公式表明,组合弹性模量不但与混凝土泊松比、单向轴压弹性模量和混凝土柱截面直径有关,而且和钢管泊松比、单向轴压弹性模量以及含钢率有关。作为计算例,用MATLAB编程考察了混凝土强度等级和含钢率对混凝土轴向压力分配系数、钢管混凝土柱组合弹性模量的影响。研究结果表明:混凝土轴向压力分配系数随着含钢率增大而递减,随混凝土强度等级提高而增大;与不考虑紧箍效应相比,考虑紧箍效应的情况下,核心混凝土的轴向压力有一部分传递给了钢管;含钢率越大,组合轴压弹性模量越大;混凝土强度等级越高,组合轴压弹性模量越大;用本文理论计算公式算得的组合弹性模量与按照统一理论所得的结果相近。由于刚管混凝土柱外钢管约束,核心混凝土的轴压刚度提高了至少20%。     

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.     

预应力混凝土桥梁徐变控制技术研究

预应力混凝土桥梁徐变引起的桥跨下挠、上拱会引起桥板裂缝病害,危及桥梁安全,通过分析混凝土徐变作用机理和影响因素,提出了桥梁设计施工中的徐变控制要点,结合贵州某桥梁结构,通过有限元建模对比分析了增加备用钢束、增加加载龄期、延长铺装时间三种控制技术下的桥梁徐变变形效果,确定采用三种方式综合的徐变控制方法,能较好地对徐变进行控制。     

钢管混凝土叠合系杆拱的结构稳定性分析

结合某钢管混凝土叠合系杆拱桥的施工方案,对叠合系杆拱桥的单片拱肋,通过与同跨度的哑铃型拱比较,分析了两种形式拱肋的面内、外稳定情况及其影响因素;同时又对该体系在成桥状态及运营状态下的整体稳定性,进行了相应的模态分析和探讨.     

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构的稳定性,基于考虑钢管套箍作用的统一理论,对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的2类稳定问题进行了分析.通过计算特征值,得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数.以太原市南中环主桥为工程背景,对该桥各施工阶段和成桥阶段的空间稳定性进行了分析.结果表明:用换算截面法和叠合单元法获得的稳定安全系数比用统一理论法获得的整体上略小,用统一理论法分析钢管混凝土拱桥的稳定性是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构的第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数.     

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

钢管自应力混凝土徐变对承载力影响的有限元分析

钢管混凝土能充分发挥钢管和混凝土两种材料的作用,具有优越的力学性能。但这种结构还存在着一些缺点,为了解决钢管混凝土脱空问题,自应力混凝土被用于钢管混凝土结构中。自应力混凝土在硬化过程中会产生体积膨胀,在钢管的约束下核心混凝土在加裁前就处于三向受压状态,使钢管自应力混凝土的力学特性较普通钢管混凝土有所提高,也在一定程度上提高构件的极限承载力,文中采用ANSYS有限元程序分析徐变对承载力的影响。     

拱肋高度基于余弦曲线变化的钢管混凝土拱桥设计方法

大跨度钢管混凝土拱桥大多采用等宽变高的截面形式。分析了李特公式中影响变截面高度的设计参数,在此基础上提出了钢管拱变截面高度设计的一种新方法：将拱肋截面高度定义为拱顶高度与拱轴水平倾角余弦值的幂次方之比,幂次方由拱顶高度、拱脚高度和拱轴线方程唯一确定。结合钢管混凝土拱桥常用的矢跨比和拱轴系数,给出了幂次方的取值范围。为验证该方法在大跨度钢管拱设计中的可行性,开展了两座钢管混凝土拱桥的动力特性与弹性稳定分析。结果表明,采用该方法设计的钢管混凝土变截面拱,与设计文件和李特公式的计算结果相比,钢管拱弦杆轴力差异在1.7%～7.0%,动力特性、弹性稳定以及腹杆应力差异在5%内。文中提出的设计方法可以为今后钢管混凝土拱桥设计提供参考。     

中承式钢管混凝土拱桥拱肋灌注方案设计及比选研究

以某中承式钢管混凝土拱桥工程为研究背景,运用Midas/civi软件建立拱桥有限元模型,针对三种不同混凝土灌注拱肋弦钢管方案展开了应力、稳定性及自振特性对比分析,得出以下结论:LC60混凝土灌注拱肋弦钢管的应力最小且稳定性最优,同时各振型阶次的频率及特征与其余两种混凝土基本无差异,故该拱桥灌注方案建议选用LC60混凝土;采取增设横撑、增大横撑刚度、改变混凝土弹性模量或密度的方式可有效提升拱桥结构的稳定性;混凝土弹性模量和密度对拱桥结构自振特性影响较小。