钢管混凝土拱均匀温差设计取值研究

以一座钢管混凝土桁拱为研究对象,应用经实桥实测温度场验证的有限元方法和三个不同区域实测环境温度,通过对计算合龙温度、有效温度和温差设计取值方法精度的计算以及温度次内力与有限元理论值差异的对比分析,研究了钢管混凝土拱均匀温差设计取值问题。研究表明,福建省地方建设标准《钢管混凝土拱桥技术规程》推荐的计算合龙温度公式可推广至全国其他区域;对于有效温度,可取当地最高气温作为最高有效温度,最低日平均气温或当地最低气温作为最低有效温度。     

钢管混凝土内栓钉抗剪承载力试验研究

在钢管混凝土构件的钢管内壁上设置栓钉(内栓钉)可以加强钢管与核心混凝土的组合作用。以核心混凝土强度、栓钉直径和长度为主要参数进行了8个设置栓钉的钢管混凝土试件推出试验,并与1个不设置栓钉的钢管混凝土试件和4个设置栓钉的组合梁试件进行对比。结果表明,钢管混凝土内栓钉试件的受力由弹性段、弹塑性段、荷载下降段和荷载残余段四个阶段组成。栓钉剪断破坏时荷载达到最大,混凝土未出现开裂和压碎现象,钢管应力也很小。有栓钉钢管混凝土试件的极限荷载为673.3 kN~1356.9 kN,远大于无栓钉试件S4-1的85.7 kN,栓钉能极大改善脱粘后钢管混凝土构件的共同工作性能。有栓钉钢管混凝土试件推出过程中,处于管内的核心混凝土不会出现与钢管分离的现象,栓钉的作用得到较充分的发挥,其极限荷载是组合梁的1.69倍~1.73倍。钢管混凝土内栓钉的抗剪承载力随核心混凝土强度的提高而提高、随栓钉直径的增大而增大,而受栓钉长度的影响较小。在试验结果分析基础上,提出钢管混凝土内栓钉抗剪承载力计算公式。     

钢管混凝土桁肋内栓钉相贯节点受力行为试验研究

进行了主管内壁设置栓钉的钢管混凝土K形相贯节点（内栓钉节点）受力行为试验,同时进行了无内栓钉节点的对比试验。试验时在主管上施加压力,在两根支管上分别施加等量同步的压力和拉力。试验结果表明,该文节点的破坏为受压支管屈曲,荷载-受压支管变形曲线（N-S 曲线）可分为弹性段和弹塑性段。无论有无内栓钉,主管焊接区域的应变都大于其他区域,它与荷载的关系曲线可分为弹性段和弹塑性段,而其余区域钢管均处于弹性状态。内栓钉不会改变主管钢管应变的分布规律,但是内栓钉的设置会减小主管钢管应变,表明内栓钉能将外力从钢管传递到管内混凝土,并且对应变集中的部位效果更显著。在主管轴向,应变主要集中在距离节点中心截面两侧各约2.7倍支管直径范围内;在主管环向,应变主要集中在圆心角-60°~60°区间。建议将此轴向与环向范围的应变集中区作为内栓钉的主要布设区域,区域外可以少布设或不布设。     

钢管混凝土多排多列内栓钉受剪性能

进行了钢管混凝土多排多列内栓钉（群钉）试件的推出试验,其中6个带栓钉,1个不带栓钉,试件参数为栓钉环向布置间距、纵向布置间距和排数。采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,对试验结果进行了计算分析,计算结果与试验结果吻合较好。试验与分析结果表明：钢管混凝土群钉推出试件受力全过程由弹性段、弹塑性段、下降段和荷载残余段组成;沿加载方向,紧邻栓钉背部的混凝土应力为50.1 MPa~68.8 MPa,超过混凝土圆柱体抗压强度（ƒ_c'=50.1 MPa）,混凝土发生较大塑性变形;栓钉根部Mises应力最大,最先达到材料的极限强度,并发生剪断破坏;单根栓钉平均抗剪承载力随着群钉环向和纵向间距的减小以及排数的增加而降低,提出了这三个因素对单根栓钉平均抗剪承载力的折减系数计算公式。为充分利用栓钉抗剪性能,避免混凝土先于栓钉破坏,建议设计中栓钉环向和纵向间距应分别不小于3.4倍和4.4倍栓钉直径。分析表明,环向间距、纵向间距和排数三个因素对栓钉抗剪承载力的影响彼此独立,它们对群钉抗剪承载力的影响可采用三个折减系数相乘的计算方法。