基于极限状态钢管混凝土墩柱轴压承载力计算

为了探求钢管混凝土墩柱轴压承载力的新计算方法,基于极限状态下钢管和混凝土的受力特点,通过对国内外354个钢管混凝土轴压短柱试验数据的回归分析,得出了适用于普通钢管混凝土墩柱和钢管高强混凝土墩柱的侧压系数k值,给出了一个新的计算公式。该公式得到的普通钢管混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.969,均方差为0.101,钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.971,均方差为0.116,可见计算结果与试验结果吻合良好,且略偏于保守。同时给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,对108个试件的数据分析表明:计算结果与试验结果总体上吻合良好。     

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。     

拱形钢管混凝土加劲混合结构力学性能试验研究

近年来,拱形钢管混凝土加劲混合结构在我国西南地区的拱桥工程中得到应用。它具有结构形式新颖、受力性能好等优点。依托四川省广安官盛渠江大桥工程,设计了3个跨度为10m的拱形钢管混凝土加劲混合结构模型,开展了拱形试件在竖向集中荷载作用下的力学性能试验研究。试验结果表明,内部钢管混凝土劲性骨架的存在可以提高整体拱结构的承载力和刚度,并有效控制外围混凝土裂缝的开展。因此,拱形钢管混凝土加劲混合结构具有较好的力学性能,在实际工程中具有良好的推广应用前景。     

基于刘家峡钢管混凝土桥塔的推出试验研究

刘家峡悬索大桥是目前国内最大的钢-混结构桥塔。对于这种新型结构而言,钢管和混凝土之间的相互作用效应是其受力复杂性和安全可靠性所在。通过对刘家峡悬索桥钢-混桥塔缩尺模型进行推出试验,得出钢-混界面极限粘结强度与粘结破坏时的滑移距离,进而与ANSYS建立的非线性有限元仿真结果进行对比,证实了采用有限元仿真能够有效模拟钢管混凝土结构。利用该有限元模型研究焊钉对钢-混结构粘结滑移的影响,结果显示:焊钉对钢管与混凝土之间的初始粘结状态影响甚微,但初始粘结破坏后,能显著减小钢管与混凝土之间的滑动距离。这对钢管混凝土工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能及承载力计算模型

为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供参考,促进其在桥梁墩柱等腐蚀环境下的工程结构中应用,通过21根方柱的轴压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。基于极限平衡理论及FRP约束混凝土实心方柱的试验结果,对FRP-混凝土-钢管组合方柱进行受力分析,提出了其轴压承载力计算模型。结果表明:外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,其强度和延性均得到显著提高;其轴压性能与外层FRP约束程度和内层钢管径厚比密切相关;基于极限平衡理论提出的FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力计算模型的计算过程简单,且计算值与试验结果吻合较好。     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

哑铃形钢管混凝土截面抗弯塑性发展能力研究

结合纤维模型法研究建立了哑铃形钢管混凝土拱桥拱肋截面受弯塑性发展系数和抗弯承载力计算公式。首先,通过合理遴选钢管和混凝土的本构关系,建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力分析的纤维模型法,并利用试验数据验证了方法的准确性;进而,基于钢管混凝土统一理论,借助塑性发展系数表征截面在弯矩作用下的塑性发展能力,并利用纤维模型法分析了截面高度、钢管和混凝土强度、钢管壁厚和套箍系数对塑性发展系数的影响规律,最终选定套箍系数作为参数建立塑性发展系数表达式;最后,基于新建的塑性发展系数表达式建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行对比。研究表明,建立的纤维模型法能够准确计算哑铃形钢管混凝土构件的抗弯承载力,塑性发展系数与套箍系数之间具有较强的非线性相关关系,所建立的抗弯承载力计算公式结果与试验结果吻合良好。     

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。     

某钢管混凝土系杆拱桥静动载试验研究

以某钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,对其进行成桥的静荷载试验,同时借助桥梁结构专用程序MIDAS CIVIL对其进行分析。通过理论计算和试验实测数据的对比分析,验证该结构的强度、刚度是否满足设计要求,动力特性是否满足行车安全的需求。试验表明:该结构刚度和强度均满足设计要求,且具有良好的动力特性。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

钢管混凝土拱桥施工过程结构分析

近年来钢管混凝土拱肋由于具有良好的力学性能在桥梁结构中得到了广泛应用,文中以一座百米跨度的钢管混凝土拱桥为例，采用生死单元的方法对结构施工过程进行了有限元模拟，分析了施工过程中结构的应力与变形情况。     

钢管混凝土拱肋滞回性能非线性有限元分析

考虑钢管混凝土中钢材与拉压区混凝土的非线性本构关系，引入几何非线性的影响，采用考虑截面特性的空间组合梁单元，建立钢管混凝土构件非线性有限元模型。首先对试验构件进行计算，与试验结果吻合较好，然后深入研究钢管混凝土拱肋竖向弯矩一曲率、纵桥向荷载一位移以及横桥向荷载一位移滞回关系，从中看出钢管混凝土拱肋具有良好的延性和吸能性质，并得出拱肋滞回性能的各种影响因素。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型，提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度，桁架弦杆内混凝土弹模，钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数；根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集，并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系，结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符；采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好；修正后的有限元模型具有较高的精度，可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

大跨度钢管混凝土拱桥施工全过程稳定分析

以广西三岸邕江大桥为例,按施工顺序将整个中承式钢管混凝土拱桥离散成空间梁单元,对整个钢管混凝土拱桥施工过程的稳定进行了分析.本文所用方法和所得结果对大跨度钢管混凝土拱桥设计和施工的稳定分析都具有一定的实用价值.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大跨度钢管混凝土拱桥施工全过程稳定分析

以广西三岸邕江大桥为例，按施工顺序将整个中承式钢管混凝土拱桥离散成空间梁单元，对整个钢管混凝土拱桥施工过程的稳定进行了分析。本文所用方法和所得结果对大跨度钢管混凝土拱桥设计和施工的稳定分析都具有一定的实用价值。