钢管混凝土拱极限承载力计算及相关参数分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱极限承载力计算方法,对两个模型拱进行了极限承载力计算及相关参数分析.在该方法中,对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型,该模型假定钢管与混凝土完全粘接,钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力-应变关系曲线之中.针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点,采用单元内设小元的方法(相当于子结构),编制了非线性有限元程序.在该程序中,计算模型完全是基于小元层次进行的,比如:单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成,单元节点的残余力由小元节点的残余力构成,故只需改变单元内小元个数这一个参数,就可实现对结构的重新划分,极大地降低了非线性方程组的阶数,且方便实用.在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上,还分析了套箍系数、截面含筋率及混凝土强度对结构极限承载力的影响.     

钢管混凝土拱极限承载力计算及相关参数分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱极限承载力计算方法,对两个模型拱进行了极限承载力计算及相关参数分析．在该方法中,对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型,该模型假定钢管与混凝土完全粘接,钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力一应变关系曲线之中．针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点,采用单元内设小元的方法(相当于子结构),编制了非线性有限元程序．在该程序中,计算模型完全是基于小元层次进行的,比如：单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成,单元节点的残余力由小元节点的残余力构成,故只需改变单元内小元个数这一个参数,就可实现对结构的重新划分,极大地降低了非线性方程组的阶数,且方便实用．在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上,还分析了套箍系数、截面含筋率及混凝土强度对结构极限承载力的影响。     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型,基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵,按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析,研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定极限承载力非线性分析方法;采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力,探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别.研究结果表明:几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近,验证了本文方法与程序正确、可靠;对于钢管混凝土拱桥,弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小,必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响.     

钢管混凝土拱空间受力性能分析

以钢管混凝土单肋模型拱和双肋模型拱为分析对象,以通用有限元程序为分析手段,对钢管混凝土拱空间受力进行了双重非线性分析.分析结果表明,采用该计算方法计算的结果能基本反映结构的受力性能,尤其是双肋拱.在空间荷载作用下,几何非线性影响在钢管混凝土拱空间受力行为中的影响上升;分枝点屈曲临界荷载几乎不随横向力的变化而变化,稳定极限承载力随横向力的增大而明显降低.     

钢管混凝土偏心受压承载力试验分析

进行了钢管混凝土偏心受压承载力的试验 .试验参数包括偏心率和材料参数 (含钢率、混凝土强度和套箍系数 ) .试验结果表明 ,材料参数和偏心率对钢管混凝土偏压构件受力性能与承载力均有影响 .随着偏心率的增大 ,钢管对核心混凝土的套箍力作用不断削弱 ,构件的极限承载力也明显下降 .最后对国内外 6种有关规范的计算方法与试验结果进行了比较分析 ,对工程应用提出了参考意见     

锈蚀对钢管混凝土柱协同工作机理的影响

钢管锈蚀会对钢管本身的材料属性和套箍作用效果产生直接影响,也势必影响到钢管混凝土柱的力学性能和承载力。为了对钢管混凝土柱锈蚀后套箍力学机理有更清楚的认识,通过采用钢管壁厚和钢管刚度折减法,建立了钢管混凝土柱的锈蚀模型。在此基础上,根据弹性力学理论和钢管混凝土柱的协同工作原理,研究了轴向压力作用不同锈蚀程度下轴压钢管混凝土的套箍力学机理。分析结果表明,套箍力不但与核心混凝土的Poisson比、截面尺寸和弹性模量有关,而且还与外钢管的锈蚀程度、Poisson比、截面尺寸和弹性模量有关。随着锈蚀程度增加,钢管混凝土柱的组合弹性模量呈线性递减,外钢管对核心混凝土的套箍作用减弱,核心混凝土轴向压力分配系数呈线性增大。套箍力降低了核心混凝土轴向压力分配系数,提高了其轴向压承载力。     

东莞水道特大桥面内受力双重非线性有限元分析

提出了飞鸟式钢管混凝土桁式拱桥双重非线性分析有限元计算方法,建立了主跨为278 m的东莞水道特大桥的有限元计算模型,对其面内受力全过程和极限承载力进行了分析.分析结果表明,在极限承载力分析中,应考虑双重非线性问题;飞鸟式拱的钢管混凝土主拱可简化为固定拱计算.     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力

为了研究钢管混凝土核心柱的轴压性能及轴压极限承载能力,以钢管混凝土核心柱中钢管混凝土及矩形箍筋约束混凝土的应力应变关系为基础,结合已有的试验及理论研究成果,将钢管混凝土核心柱轴压破坏过程分为3个阶段,定义了钢管混凝土核心柱的轴压极限状态,并提出了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力的计算公式。该计算公式明确反映了箍筋套箍指标对核心柱承载能力的影响。计算结果与试验吻合良好。     

基于拉杆-拱模型的方钢管混凝土轴压承载力研究

为在方钢管混凝土轴压承载力计算时考虑约束效应,在核心区混凝土中虚设压力拱,与钢管壁组成拉杆-拱受力模型,以此来考虑钢管对拱内混凝土的约束效应.所推导的轴压承载力计算模型由钢管抗力项、拱内约束混凝土抗力项及拱外非约束混凝土抗力项组成,模型物理意义明确.收集了198个试验数据对模型进行验证,并与各国规范建议的方钢管混凝土轴压承载力计算公式进行对比.结果表明:本文推导模型所预测的轴压承载力更接近试验值,且计算稳定性更好.通过对材料强度、含钢率、套箍系数等参数进行分析,建议了模型的适用条件.此外,为便于工程运用,给出了本文推导模型的数学表达式.     

基于OpenSees的方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗震性能分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的抗震性能,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的低周往复加载试验,利用Open Sees开放平台,建立了梁柱节点数值模型。为考虑钢管混凝土-钢梁的实际受力性能,梁柱节点区域采用梁柱纤维单元、非线性弹簧以及剪切区组合建立。通过数值模拟分析了钢管强度等级、梁高比、试验轴压比、核心混凝土强度对不等高钢梁框架节点抗震性能的影响。结果表明:钢管强度等级的增大有利于提高节点的延性和极限承载力,且Q390性价比最高,极限承载力增幅最大为11. 5%;随着左右两侧梁高比的增大,节点承载力上升显著,当梁高比为0. 8时,承载力增幅最大为17. 75%;试验轴压比会导致节点承载力下降,且大于0. 5时,下降幅度十分明显,在设计中应当重视;混凝土强度等级的提升对节点承载力及刚度的影响较小。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

钢管拱面内非对称加载试验

进行了钢管拱面内非对称加载全过程试验.试验结果表明,钢管模型拱截面抗弯刚度小,受力过程弯曲变形较大.模型拱截面在受力全过程以弯矩作用为主,轴力较小,轴力与挠度交互作用的几何非线性影响较小.结构破坏属于以材料非线性影响为主的二类稳定问题.结构破坏时,塑性区域的分布较广,应力重分布现象明显,其极限承载力不能采用极限状态法.图6,表1,参6.     

钢管混凝土单圆管肋拱非线性有限元分析

提出考虑材料与几何双重非线性的钢管混凝土肋拱面内受力的计算方法并编制了有限元程序。有限元建模时采用空间梁单元。材料非线性应用合成法钢管混凝土本构关系。双重非线性采用采用混合法。应用该方法对钢管混凝土模型肋拱的受力全过程进行了分析。计算结果与试验结果比较表明，该程序能够反映钢管混凝土肋拱受力全过程的基本特性，但在受力的后期有一定的误差，表明钢管混凝土肋拱中的材料本构关系有其自身的特点，有待进一步的研究。     

群益大桥试验研究

群益大桥为钢管混凝土单圆管肋拱桥 .该桥进行了实桥静载测试和两根钢管混凝土单圆管肋拱面内全过程实验室试验 .实桥测试结果表明 ,该桥在使用阶段结构处于弹性工作阶段且具有较大的刚度 .模型试验结果表明 ,钢管混凝土肋拱具有较好的弹塑性性能和较高的承载能力 ,设计计算时应计及钢管对核芯混凝土套箍的有利影响     

钢管-钢管混凝土复合拱桥静力性能研究

应用经实桥测试验证的有限元模型,以管内混凝土填充长度系数为参数,对钢管-钢管混凝土复合拱的结构内力、截面应力、拱肋挠度、极限承载力和弹性一类稳定系数进行了分析.分析结果表明:复合拱的主要优势在于稳定性方面,管内混凝土填充至L/4处较合适,但应注意变刚度截面应力的控制.     

钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力有限元分析

提出了钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力的有限元计算方法.有限元建模中,钢管与腹板采用壳单元,混凝土采用实体单元.对试验构件的分析表明,有限元计算值与试验值吻合良好,腹腔内的混凝土受钢管紧箍力作用的影响很小,其应力-应变关系可按普通混凝土考虑.应用有限元计算方法,对哑铃型钢管混凝土构件的极限承载力进行了参数分析.结果表明,腹板间距的增加对极限承载力的提高呈非线性增长,腹板高度的增加与极限承载力的提高基本上呈线性关系.相比较而言,腹板间距增加对构件极限承载力的提高的影响要大于腹板高度的增大对其的影响.在参数分析的基础上,对其简化计算方法的比较表明,简单迭加法比等效单圆管法与试验值和有限元计算结果更为吻合、也更安全.     

钢板笼约束混凝土短柱轴压承载力分析

为了研究新型结构构件钢板笼混凝土短柱的轴心受压承载力,在已有受约束混凝土本构关系基础上,根据箍筋约束混凝土的拱作用原理,对钢板笼套箍约束混凝土承载力进行分析,推导出钢板笼混凝土轴压短柱的承载力公式,并将计算结果与试验数据进行对比.研究结果表明:钢板笼对混凝土的横向约束与钢管混凝土相似,纵向连接成角钢约束力强,模型计算结果和试验数据吻合较好.     

钢管-钢骨混凝土组合短柱轴压承载力研究

为了研究钢管-钢骨混凝土这种新型重载柱的力学性能,基于核心混凝土抗压强度与侧压力之间的非线性关系,分析了组合柱各部分应力状态.采用极限平衡理论建立组合柱截面的力学方程,确定了短柱轴压承载力计算方法;并进一步分析了提高组合柱轴心抗压承载力的主要影响因素,确定了极限状态下各部分应力值与套箍指标之间的关系.计算结果表明,试验值与本文理论计算结果吻合良好;套箍指标和钢管用钢量对提高承载力有显著的贡献,为工程应用提供了重要的理论依据.     

钢管混凝土拱极限承载能力分析的弹性调整法

钢管混凝土拱由于外包钢管与核心混凝土共同作用,其承载能力分析比较复杂,根据钢管混凝土拱肋轴力和弯矩共同作用下的极限强度,引入拱肋强度系数,建立结构塑性极限荷载的弹性模量调整计算格式,提出弹性模量调整及迭代收敛策略,利用弹性分析钢管混凝土拱的极限状态,求得极限承载能力,编制了计算程序分析钢管混凝土拱塑性极限状态,与模型试验、相关规范计算结果和模型试验结果比较分析可知,本文方法迭代次数少,具有很快的收敛速度和较高的计算精度,可为钢管混凝土结构拱桥的极限承载能力分析提供科学和高效的计算方法。     

复式钢管混凝土柱-钢梁空间节点有限元研究

目的研究复式钢管混凝土柱(CFST)与钢梁连接空间节点的抗震性能,为复式钢管混凝土结构空间节点的后续研究与应用提供参考.方法运用有限元模拟软件ABAQUS建立了外加强环式复式钢管混凝土柱与H型钢梁节点的空间模型,通过选取计算单元、设定接触关系、施加载荷等一系列建模过程,建立了3种不同参数下的6个模型,考察不同加载方式、不同混凝土强度等级及核心混凝土的存在对空间节点的抗震性能的影响.结果空间双向加载制度2对空间节点的承载力、刚度、变形性能和耗能性能影响较大,与平面加载方式相比,承载力下降了14.3%,累积耗能降低15%,刚度退化明显;随着混凝土强度等级的提高,节点的承载力越高,混凝土强度等级的变化对刚度退化影响越不明显;核心混凝土的存在有效地提高了节点承载力,延缓了节点刚度的退化速度.结论实心高强复式钢管混凝土柱与钢梁空间节点在双向加载作用下的抗震性能较平面节点试件的抗震性能要差,应加强空间节点抗震试验方法的研究.