钢-混界面法向粘结强度测定及统计分析

近年来钢管混凝土的径向脱粘(简称"脱粘")问题成为研究人员关注的一个问题。脱粘往往因管内混凝土收缩或外围温度作用导致界面法向拉应力超过粘结强度引起,在实际结构中后者是主因。但目前在研究钢管混凝土脱粘问题时,对钢-混界面法向粘结强度的取值尚缺统一的认识,为此,本研究通过试验测定了钢-混界面的法向粘结强度,研究了混凝土强度等级和养护条件这两个因素的影响,并据此通过统计分析给出了粘结强度的统计量及回归公式。     

不同粘结强度对钢管初应力释放转移效率的影响

为了解粘结强度对钢管初应力释放转移效率的影响,基于钢管初应力释放转移新思路,以具有初应力的钢管混凝土轴压构件和中承式单圆管钢管混凝土拱桥为例,采用有限元方法分析了两者在不同界面粘结强度条件下钢管"切断"后钢管和混凝土的应力、位移变化规律,并提出了钢管混凝土界面可采取的一些脱粘措施。研究结果表明,当粘结力低于临界值时,钢管初应力释放转移效率随粘结力的降低而不断提高,对于钢管混凝土拱桥,两侧拱脚附近转移效率要高于拱顶处;当粘结力接近于零时,钢管初应力基本能够完全转移至核心混凝土,证明钢管混凝土的界面粘结强度是控制钢管初应力释放转移效率的主要因素。     

钢管混凝土界面粘结滑移性能

钢管混凝土界面粘结滑移性能的研究对于完善钢管混凝土设计理论和有限元分析模型具有重要意义。对钢管混凝土界面粘结滑移特点和研究现状进行了阐述,介绍了推出和推离两种试验研究方法以及国内外采用两种方法对钢管混凝土界面粘结强度的试验研究成果,总结比较了混凝土强度、钢管截面形状、钢管内表面状况及钢管混凝土构件受力状态对粘结强度的影响。针对钢管混凝土粘结滑移研究中存在的问题,着重分析了混凝土强度、收缩徐变、温度及构件受力状态等影响,并提出了钢管混凝土界面抗剪粘结力的组成、构件复杂受力状态下粘结性能、粘结滑移本构关系等需进一步研究的内容。     

基于能量的钢与混凝土界面粘结强度

界面脱粘是钢-混凝土组合结构中的一种常见破坏方式,而一些研究结果表明钢．混凝土界面的脱粘可能是由能量控制的．本文将组合结构构件抽象为具有内部摩擦界面的弹性体,并将界面脱粘过程视为界面裂缝的扩展过程,基于断裂力学中的能量原理,得到了钢．混凝土界面脱粘过程中的能量关系,进而建立了基于能量的界面脱粘准则．用此准则进行了型钢混凝土拉拔试件的界面脱粘分析,分别建立了不考虑界面软化和考虑界面软化两种情况的界面脱粘模型,得到了两种情况下基于能量分析和基于强度分析的直接联系．结果表明,通过恰当的定义钢-混凝土界面等效粘结强度,基于强度的模型和基于能量的模型可以得到一致的结果．研究成果为钢．混凝土组合结构界面脱粘分析及其有限元模拟提供了理论依据．     

脱粘对钢管混凝土拱温度应力及内力影响分析

选取钢管混凝土单圆管拱、哑铃型拱和桁拱3座桥例为工程背景,结合有限元法,分析脱粘对温度应力及内力的影响.研究结果表明:脱粘使得夏季的平均温度降低,冬季的平均温度升高,但总体上脱粘与无脱粘的平均温度相差很小;脱粘使得钢管的温度自应力增大,核心混凝土的温度自应力减小,且超过拱肋自重产生的应力,因此钢管混凝土拱桥温度应力的计算要考虑脱粘的影响.此外,脱粘对钢管混凝土单圆管拱、哑铃形拱的温度内力基本上没有影响,对桁肋拱的温度内力有较大的影响.     

钢管混凝土界面抗剪粘结滑移力学性能试验

为探讨钢管混凝土界面抗剪粘结滑移性能,研究钢管混凝土界面应力分布规律,确定界面抗剪粘结应力和粘结滑移本构关系,进行了方、圆钢管混凝土试件的纵向抗剪粘结性能试验研究,试验结果表明:钢管纵向应变沿长度方向基本成呈三角形分布,粘结应力沿钢管混凝土界面均匀分布;方、圆钢管混凝土界面粘结—滑移曲线具有相似的变化规律,圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度较方钢管混凝土要大,基于试验结果,提出了平均粘结应力和相对滑移的本构关系。分析比较了钢管混凝土界面粘接性能的主要影响因素,粘结强度受混凝土强度的影响不明显;随混凝土龄期的增大而略有增大;随钢管长径比的增大而增大;随钢管径厚比(宽厚比)的增大而减小。     

界面状况对哑铃型钢管混凝土拱承载能力的影响

基于有限元数值分析方法研究了哑铃型钢管混凝土(CFST)拱在各种界面状况下的承载能力变化规律,探讨了界面脱粘以及高度脱空率对哑铃型CFST拱承载能力的影响.研究结果表明:1界面脱粘对哑铃型CFST拱的承载能力影响较大,随着界面摩擦系数的降低,承载能力呈降低趋势;2当脱空率较小时,哑铃型CFST拱的极限承载能力下降幅度并不明显,但当脱空率超过20%以后,极限承载能力有一定程度的下降,约为完全粘结时极限承载能力的14%.研究结论可为哑铃型CFST拱的设计和养护提供一定的参考价值.     

脱粘圆形钢管混凝土拱肋的极限荷载试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥脱粘后的承载能力情况,将一根圆截面钢管混凝土拱肋成型后置于实验室发生自然脱粘,对自然脱粘后的拱肋进行了四分点处单点非对称加载至破坏的模型试验,采用数值方法和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB 50923-2013)等现行规范的方法分别分析了模型拱肋无脱粘时的极限荷载。试验获得了加载过程脱粘钢管混凝土拱肋模型的应力、变形曲线及面内极限荷载。结果显示:钢管混凝土模型拱肋在自然脱粘情况下,荷载—挠度曲线及荷载—应变曲线仍表现出较大的延性,脱粘后其极限荷载实测值相比无脱粘时的有限元理论计算值略低10%,较按现行几本规范方法的计算值均高40%左右。分析表明,自然脱粘后的钢管混凝土拱肋在外荷载作用变形后仍受到约束,具有良好的弹塑性力学性能及承载能力。研究成果可为钢管混凝土拱桥的进一步研究提供试验数据,并为同类桥梁的发展提供参考。     

钢管混凝土拱桥温度问题研究综述

对钢管混凝土拱桥温度问题的研究现状进行了综述.从钢管混凝土拱肋截面温度场分析、核心混凝土水化热计算模型、钢管混凝土拱桥温度应力的计算、温度变化与脱粘关系等方面,分析了现有研究已解决和尚未解决的问题.指出今后的研究应开展温度场的实桥测试分析,综合考虑桥梁所在区域、桥梁结构形式和拱肋截面形式等因素,提出温度场的简化计算方法,同时要研究温度变化与脱粘的关系.     

钢纤维与水泥砂浆界面粘结性能的试验研究

对6种不同外形特征的钢纤维和普通硅酸盐水泥砂浆的粘结性能进行试验研究，分析了在拉拔过程中钢纤维脱粘与拔出的全过程，计算并分析了不同外形的钢纤维与水泥砂浆界面的粘结强度和钢纤维粘结脱粘与拔出时做的功。为提高钢纤维－水泥基间的界面粘结，探讨了纤维外形对提高钢纤维混凝土综合力学性能的作用，提出开发高效异形钢纤维是提高纤维增强混凝土的强度、韧性和阻裂效应的重要途径。     

约束扭转状态下钢管混凝土抗扭承载力的有限元建模及参数分析

随着建筑结构跨度的不断增加以及形式的多样化发展,使建筑物抗扭性能的研究变得尤为重要.运用大型有限元通用软件ANSYS建立约束扭转状态下钢管混凝土构件的有限元实体模型,模拟其受扭全过程的荷载-位移曲线,并对该有限元模型进行验证.在此基础上,选取含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和长细比作为参数进行有限元参数分析,探讨这4个参数与抗扭承载力的相关关系.结果表明:长细比对约束扭转状态下的钢管混凝土抗扭性能有一定的影响,混凝土强度和钢材强度对抗扭承载力的影响基本是独立的,而混凝土对钢管混凝土抗扭承载力的影响不能忽略.     

FRP加固混凝土梁中弯曲和弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏试验

采用同样尺寸的钢梁和混凝土梁,通过中间绞结和底面粘贴FRP布而形成的组合梁,对其进行抗弯试验来研究钢筋混凝土梁弯曲或弯剪裂缝所导致的FRP剥离破坏.试验共设计了7组21根组合梁,通过2个对称的集中荷载进行抗弯试验,重点研究了组合梁破坏过程和形态、FRP布在加载过程中应变分布的规律、不同的裂缝开展程度对组合梁初裂荷载和极限承载能力的影响以及混凝土强度对FRP与混凝土粘结强度的影响.试验结果表明:组合梁的初裂荷载与FRP的长度没有关系,主要取决于裂缝的竖向位移;裂缝的竖向位移和FRP的长度对梁的极限荷载具有较大的影响,特别是在FRP锚固长度较小的情况下.针对梁中弯曲及弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏进行了深入的试验研究,为工程结构加固提供了一定的参考依据.     

纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能钻芯拉拔试验研究

为研究纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能,采用钻芯拉拔法试验制作模拟中型柱混凝土构件,并分别外包不同强度的聚乙烯醇纤维水泥砂浆、聚丙烯纤维水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆。对制作的试验构件进行钻芯拉拔试验,得出界面破坏时的拉拔力,将得到的不同类型的纤维水泥砂浆构件拉拔力数据与构件混凝土轴心抗拉强度、纤维水泥砂浆抗压强度进行比较分析。结果表明,在该试验中合成纤维水泥砂浆的界面黏结强度比钢纤维水泥砂浆的界面黏结强度高;界面黏结强度与构件混凝土轴心抗拉强度呈正相关关系,与纤维水泥砂浆抗压强度呈正相关关系,界面黏结力与砂浆抗压强度呈线性相关关系。     

钢管混凝土哑铃形拱的计算温度取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,以一座钢管混凝土哑铃形肋拱为基本分析对象,对其计算合拢温度、有效温度和平均温度内力进行了计算分析.研究结果表明,钢管混凝土哑铃形拱的计算合拢温度取值主要应考虑浇筑混凝土后28d的平均气温与哑铃形弦管管径;最高有效温度与当地最高气温相近,最低有效温度与当地最低日平均气温相近.论文还给出...     

钢管砼桁拱静力性能分析

以福建闽清净跨１３６ｍ的石潭溪钢管砼桁为分析对象,进行了施工中和成桥后的静力测试和计算分析．结果表明,横撑对荷载横向分布起二次分配作用,能降低偏载时单肋拱面内受力;全焊式桁肋胶管中的弯矩值较小．可以按理想桁格式考虑;钢管初应力对钢管砼构件承载力的影响不大,使用阶段钢管对核心砼的紧箍力已发挥作用;仅靠空钢管无论是承载力还是变形都不能满足设计要求．     

椭圆形钢管混凝土承载力的试验研究

根据正交试验理论,设计了不同混凝土强度、钢管强度、钢管厚度、长细比等的钢管混凝土试件,通过轴心受压加载方式测试其承载能力.试验结果表明:受轴压载荷时,钢管混凝土的强度随着混凝土强度、钢材强度、钢管厚度的增加而增加,随着钢管混凝土的高度增加而减小.     

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.