带有加劲肋钢箱截面短柱强轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线的研究

随着我国千米级大跨度桥梁建设的增多,钢箱型截面加劲梁在桥面系结构中的应用越来越广泛。探明带有加劲肋钢箱型截面短柱压弯构件最大承载力N-M关系将对该类结构设计提供科学的理论依据和基础。为此本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和强轴方向弯矩共同作用下的受力性能进行研究。研究中,考虑箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B两个设计参数,模型分析时考虑轴压和弯矩共同加载时的速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况,共建立100个有限元模型。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面压弯构件最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构最大承载力N-M相关曲线越大;L/B对压弯构件强轴方向的N-M相关曲线影响较小,可以忽略。通过最小二乘法统计分析,给出了RR与N-M相关曲线之间的经验公式。     

基于拱肋截面承载力的拱轴系数优化探讨

为改善拱桥拱轴系数的优化效果，提出一种基于压弯构件截面承载力的拱轴系数优化方法。先采用P-M曲线、弯矩和轴力计算各个拱肋截面的加载率，后通过优化拱肋截面加载率达到最小值来获取最优拱轴系数，由此建立了一种新的拱轴系数优化方法，并以某上承式钢筋混凝土拱桥为例，采用该方法优化拱轴系数。计算及应用结果表明：1)空腹式拱桥的恒载分布较均匀，其拱轴系数一般不超过2;2)拱圈的矢高越大，拱肋的轴力越小；3)以拱肋截面的加载率优化拱轴系数，考虑了轴力和弯矩的共同作用。     

设加劲肋钢管混凝土轴压短柱试验研究及有限元分析

为了进一步研究内设加劲肋钢管柱填充混凝土后的力学性能,参照某桥上、下弦杆截面,进行了内设加劲肋钢管混凝土柱的轴压短柱试验,得到了试件的极限承载力和破坏模式,并与内设加劲肋空钢管柱进行了对比。试验研究结果表明:内设加劲肋钢管混凝土柱力学特征存在明显三阶段破坏,破坏模式与设直肋薄壁钢管混凝土柱有所同,发生"半波"、"双波"破坏不及薄壁钢管混凝土柱明显。同时,采用大型通用有限元程序ANSYS建立了三维有限元模型,对试件的承载力和荷载应变曲线进行了分析,分析结果与试验结果吻合良好,在此基础上进一步分析了宽厚比对设加劲肋钢管混凝土柱受力性能的影响。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

7A04铝合金矩管压弯构件稳定性有限元分析

为研究7A04铝合金矩管压弯构件稳定性承载力、失稳模态和变形性能,通过Abaqus软件建立有限元模型,并与已有试验数据进行对比,验证了有限元模型的可行性.在此基础上,建立了7A04铝合金矩管压弯构件的有限元模型,并进行参数分析,研究长细比、偏心率和偏心方向对压弯构件稳定性承载力和失稳模态的影响.结果表明,绕弱轴偏心的压弯构件全部发生平面内失稳,绕强轴偏心的压弯构件发生平面内失稳和平面外失稳2种模态;数值计算得到的稳定承载力相关曲线与按《铝合金结构设计规范》(GB 50429-2007)公式计算的稳定承载力相关曲线对比的结果表明,公式计算值保守,不适用于7A04铝合金矩管压弯构件,需要进行改进与修正.     

钢筋混凝土桥墩延性抗震性能计算方法研究

摘要：结合实例分析,通过对M—N曲线数值分析、截面弯矩一曲率曲线数值分析和静力弹塑性分析三种计算压弯构件承载力方法的比较研究,得出截面弯矩一曲率曲线数值分析和静力弹塑性分析可充分考虑桥墩屈服后的延性性能,并在计算结果上可相互佐证,而在设计地震作用下利用M—N曲线数值分析将结构设计成完全弹性是不切实际也不经济的。     

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。     

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。     

钢管混凝土拱桥拱肋接缝错台问题研究

选取拱肋截面为单圆管、哑铃形、桁式的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了钢管拱肋接缝错台对成桥状态下受力性能和截面承载力的影响。研究结果表明:接缝错台对拱肋轴力、竖向变形几乎没有影响,而对拱肋截面弯矩影响较小;错台幅值的增大,会造成钢管混凝土截面承载力逐渐降低,承载力的下降幅度与错台值、钢管面积的变化率基本呈线性相关的关系。在目前规范规定的错台限值情况下,截面弯矩最大变化率不超过1.2%;截面承载力下降幅度不超过4%;目前桥梁施工规范中对接缝错台的限定较为合理。     

基于欧洲规范及相关研究的板梁承载力设计

欧洲规范EN 1993-1-5是一个通用规范,指导板结构(包括加劲的和未加劲的钢板)的承载力设计,对该规范主要内容、研究进展等进行介绍.该规范推荐的分析方法包括有效截面法、折减应力法和有限元分析法;剪力滞后通过有效宽度来计算;板类型和柱类型屈曲采用有效截面法分析;剪切抗力采用“旋转应力场”法计算;考虑了3种类型的横向荷载模式;给出了弯矩-剪力耦合和弯矩-横向力耦合计算公式;提出了板结构中加劲肋的设计法则和一些其它板结构设计细则;介绍了折减应力法原理.目前与EN 1993-1-5及板屈曲问题相关的研究工作包括纵向加劲腹板的剪力抗力、弯矩-剪力耦合分析等工作.     

圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的轴心受压性能

为了研究圆形钢套管加固钢筋混凝土柱的基本力学性能,对1根未加固的普通钢筋混凝土短柱和4根圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱,进行了在不同加固钢套管厚度以及初始轴压比下的轴心受压试验,初始轴压力通过对未加固构件施加后张预应力来进行模拟.在试验研究的基础上,根据叠加法与极限平衡法建立了圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的轴压承载力公式.研究结果表明:加固构件的承载力与延性均比未加固构件大大提高;同时随着钢套管厚度的增加,加固构件的承载力不断增大,而构件的延性却变化不大,初始轴压力对加固构件的承载力影响微小.利用2种方法计算的加固短柱承载力与试验结果吻合均较好,但是叠加法更为简单,计算结果更准确.     

一种求解双向压弯混凝土截面极限承载能力的方法

该文提出一种基于纤维模型的,求解双向压弯混凝土截面极限承载能力的计算方法。该方法以截面自然坐标系的转动曲率和平均压缩应变为基本变量建立构件刚度矩阵。已知结构配筋,根据截面内力求解截面曲率时,采用牛顿法,收敛速度快;已知结构配筋、轴力和一个方向的弯矩,求解另一方向的极限弯矩时,采用双层迭代算法,外层迭代采用二分法,内层迭代采用牛顿法。该方法不仅可以求得截面的极限承载力,还可以得到截面的等效屈服刚度。适用于任意多边形截面。截面割线刚度矩阵的推导仅要求截面满足平截面假设,适用于多种材料。编程实现了该非线性计算方法,经验证该方法计算结果准确,收敛性良好。     

既有RC拱肋不利车载效应随刚度损伤的变化

为合理评估既有RC拱桥的承载能力,对损伤后拱肋最不利车载效应的变化问题进行了研究.采用机动法分析了拱肋区段刚度损伤后各典型截面弯矩和轴压力影响线的变化情况.在此基础上,按照现行公路桥涵设计通用规范中的车道荷载布置方式,并结合正交试验设计方法,研究了具有不同拱轴系数、矢跨比和跨度参数的无铰拱肋各典型截面的不利弯矩和轴压力值随损伤程度的变化规律.结果表明在无铰拱肋中各截面不利轴压力值随损伤程度的变化不大,而不利弯矩值则有较大变化;当损伤程度相同时,拱顶截面不利负弯矩对应的变化系数值最大,而拱脚截面不利正、负弯矩对应的变化系数值相当,且数值也较大.     

钢桁拱变截面带肋箱形压杆稳定性试验研究

大跨度钢桁拱桥为适应拱肋结构受力特点,其拱肋区域杆件采用了变截面带肋箱形杆件。各国钢结构设计规范对此类特殊结构形式的变截面压杆并无明确的规定,为验证设计可行性,研究变截面带肋箱形压杆的极限承载力,设计了一个变截面箱形压杆试件,进行了箱形压杆的极限承载力试验及理论计算。研究表明,对长细比小于50(按小截面端计)的箱型变截面杆件,在稳定性验算时建议可采用小截面端的截面属性进行验算,在变截面位置应设置横隔板或加劲肋,以提高板件的局部稳定。     

苏通GIL综合管廊工程盾构隧道管片结构安全性评估#br#

为了探明高水压作用下大断面盾构隧道管片结构的安全性，依托苏通GIL综合管廊工程项目，选择5个控制断面作为研究对象，利用多功能盾构隧道结构体加载装置，对管片结构开展原型加载试验； 基于混凝土结构偏心受压极限承载力理论，推导出管片结构的M-N承载力曲线，并提出管片结构的安全性评价指标。研究表明： 管片结构的弯矩呈现出“蝶状”分布，轴力呈现出“圆状”分布，最大正弯矩和最大轴力均出现在拱顶位置； 5个控制断面管片结构的试验内力均在承载力曲线包络范围内，管片结构均处于安全状态； 管片结构安全系数沿圆周分布不均，拱顶安全系数小于其他位置，管片结构的安全系数为2.12-2.91，设计满足安全性要求。     

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。     

装配式空心钢管混凝土拱桥可行性研究

为减小大跨度钢管混凝土拱桥自重,提高大跨度钢管混凝土拱桥的施工便利性,提出使用预制空心钢管混凝土构件代替实心钢管混凝土构件作为大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新思想。该文采用有限元分析方法对某特大桥进行了试设计研究,建立空心钢管混凝土拱桥模型和实心钢管混凝土拱桥模型,在不同工况组合条件下,对两者拱肋内力、挠度进行了分析比较,使用现有规范的计算公式进行承载力验算。结果显示:空心钢管混凝土方案与原实心钢管混凝土方案相比,拱肋各杆轴力有明显减少,不同杆件、不同主拱圈截面弯矩有减少亦有增加,不同方案对挠度的影响不大,空心钢管混凝土构件均满足承载力要求。分析结果表明空心钢管混凝土代替钢管混凝土的新思想具有可行性,可以减小大跨度拱桥整体自重,减少混凝土用量,降低拱肋上、下弦杆轴力,在提高大跨度拱桥整体力学性能和经济性方面具有一定优势。     

矩形钢管钢纤维混凝土组合柱轴压承载力有限元分析

为探明钢纤维混凝土(SFRC)强度、钢纤维体积掺量、钢材强度和长径比等对矩形钢管SFRC组合柱轴压承载力的影响规律，根据正交试验设计32根柱，开展非线性有限元分析，得到荷载位移关系曲线。研究表明：矩形钢管SFRC轴压柱承载力受钢材强度、SFRC强度和钢纤维体积掺量影响显著，其中与钢纤维体积掺量呈近似直线变化，随着钢材强度增加承载力增速有所放缓。提出了矩形钢管SFRC轴压柱的承载力计算式，与相关文献试验值吻合良好。     

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。