方形钢管混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力。借鉴典型的约束混凝土本构关系,提出了方形钢管混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。     

方形钢管约束下核芯混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束的核芯混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载－应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。     

有初应力的钢管混凝土轴压柱设计计算方法研究

应用有限元计算方法,对有初应力的钢管混凝土轴压柱容许应力法和极限状态法中所对应的弹性极限荷载和塑性或稳定极限荷载进行了数值计算分析.分析表明,一般情况下钢管与管内混凝土不可能同时达到容许应力.传统的容许应力法计算的弹性极限荷载连两种材料的弹性极限荷载的简单叠加都无法达到,更不用说组合作用使承载力提高的部分了,因此,它存在着明显的不合理之处.建议定义钢管混凝土轴压构件弹性极限荷载为钢管的最大应力达到屈服应力时所对应的荷载.初应力的存在使构件弹性极限承载力下降明显,而对塑性或稳定极限荷载的影响相对不大.初应力度越大,构件弹性极限承载力与其塑性或稳定极限承载力的比值越小,以弹性极限荷载为控制的容许应力法计算结果越保守.对于钢管混凝土拱桥,其初应力度一般较大,设计计算建议采用极限状态法.     

初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响

通过引入存在初始应力的钢管混凝土本构关系,研究了初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响．编制了能同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元程序,并用此程序计算得出了无初始应力和存在初始应力情况下拱结构的荷载-位移曲线．结果表明初始应力对钢管混凝土拱桥的面内极限荷载值的大小影响较小,但对拱的变形影响较大,初始应力的存在增加了拱结构的塑性性能．可为进一步研究初始应力对钢管混凝土拱桥受力性能的影响提供参考．     

初应力对钢管混凝土哑铃形轴压短柱受力性能影响的试验研究

进行了有初应力的钢管混凝土哑铃形轴压短柱试件的试验研究,分析探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法.分析结果表明,初应力使弹塑性阶段提前、弹性极限荷载降低,同时峰值极限荷载推迟出现,构件切线刚度降低.但初应力对钢管混凝土哑铃形轴压短柱的峰值极限荷载影响很小,可以采用与无初应力构件相同的方法计算.     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

钢管自应力混凝土短柱长期荷载作用下变形性能研究

采用硫铝酸盐自应力水泥配制的膨胀混凝土代替普通混凝土浇筑于钢管中形成了钢管自应力混凝土结构,对7根钢管自应力混凝土短柱试件长期荷载作用下的变形性能进行了试验研究.在此基础上,考虑了自应力的初始约束效应,基于ACI209委员会推荐的混凝土徐变系数,采用龄期调整的有效模量法,对试件在长期荷载作用下的变形曲线进行了计算,试验...     

钢管初始应力对大跨径钢管混凝土拱桥稳定承载力的影响

在钢管混凝土拱桥施工过程中,采用不同施工方法合拢成拱,然后再向管内灌注混凝土,钢管中就产生了较大的初始应力．利用初始应力钢管混凝土的本构关系,分析钢管混凝土拱桥稳定承载力影响程度．计算结果表明,钢管初始应力的存在降低了钢管混凝土拱桥稳定承载能力,且不同的荷载工况影响程度不同．分析大跨度钢管混凝土拱桥稳定承载力时,应考虑钢管初始应力问题．     

长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件初始应力分析

在分析弹性工作范围的钢管混凝土轴心受压短柱受力特点的基础上,对在长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件的初始应力进行了分析.推导出在荷载作用下,三向应力状态的核心混凝土应力计算公式,引进了对钢管混凝土构件截面积的折减系数.与其它初始应力的简化公式的计算结果对比表明,此公式能全面反映含钢率、钢材及混凝土级别等因素对初始应力的影响.     

钢管轻集料混凝土黏结滑移试验研究

为探究钢管轻集料混凝土黏结滑移过程和机理,取钢管的长度和外径为变化参数,设计4个钢管轻集料混凝土柱。通过推出试验,得到试件位移-荷载曲线和相关特征点参数。从黏结破坏强度、黏结破坏位移和位移-荷载曲线等角度分析了长细比和紧箍系数对钢管轻集料混凝土黏结滑移影响和加载过程中钢管外壁的应力变化情况。试验结果表明:在荷载-位移曲线后滑移阶段,紧箍系数越大的试件,钢管与混凝土之间的摩擦力越大;相同长细比的情况下,紧箍系数大的试件,其黏结破坏强度大,黏结破坏强度对应的位移小;在相同紧箍系数的情况下,长细比大的试件,其相应黏结破坏强度对应的位移大;纵向应力随荷载变化正比变化;滑移过程中,钢管对混凝土有较大的环向应力。     

方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能,利用废弃混凝土作为再生粗骨料制作了10根方钢管再生混凝土短柱试件,并对其进行推出试验研究,试验中考虑了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数的影响,获取了方钢管和再生混凝土界面之间的荷载—滑移曲线,分析了各变化参数对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土荷载—滑移曲线大致经历了4个阶段,即无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段;取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小,但埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大;混凝土强度对其二者影响较大。     

方钢管再生混凝土界面粘结性能试验

对8根钢管再生混凝土柱界面粘结性能进行研究,探讨再生骨料取代率及再生混凝土强度对钢管再生混凝土界面粘结性能的影响.结果表明:钢管再生混凝土荷载-滑移曲线大致经历无滑移阶段、应力上升段、应力下降段等3个阶段,不同再生骨料取代率的钢管再生混凝土荷载-滑移曲线具有类似的特征;再生骨料的取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度影响显著,再生骨料取代率越高,界面粘结强度越低;再生混凝土强度对钢管再生混凝土强度有一定影响,随着再生混凝土强度提升,粘结强度逐渐增加,但增幅逐渐降低.     

徐变对钢管混凝土拱桥拱肋截面应力重分布的影响

采用混凝土徐变理论及有限单元法,并考虑混凝土的弹性后效及混凝土受四周约束作用的徐变特性,对任意形状拱肋截面的钢管混凝土拱桥的应力重分布进行研究,推出短期荷载作用下截面应力和在长期荷载作用下应力重分布的半解析表达式,提出要应的分析及实施步骤,分析表明,徐变对钢管混凝土拱桥的截面应力重分布非常显著,如与外荷截作用下的应力相叠加,则可能会恶化结构构件的工作。     

钢管混凝土叠合柱偏压工作性能研究

提要:为研究钢管混凝土叠合柱偏压工作性能,基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对钢管混凝土叠合柱偏压荷载—变形关系曲线进行了计算.将理论计算结果与试验结果进行了对比,验证了理论分析模型的正确性.在此基础上,对钢管混凝土叠合柱偏压构件的破坏模态、荷载分配、应力发展以及钢管和混凝土之间的相互作用等工作机理进行了细致分析;并研究了截面含钢管率对钢管混凝土叠合柱偏压构件力学性能的影响规律,结果表明:提高截面含钢管率虽然增加钢管混凝土在叠合柱中的承载比例,但对增加叠合柱极限承载力的效果不明显.最后建议,为保证钢管混凝土叠合柱中各组成部分的材料性能可以得到充分利用,截面含钢管率不应小于25％.     

初应力对钢管混凝土轴压构件受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土轴压构件受力性能影响的试验研究,提出了有限元计算方法,以初应力度与长细比为参数探讨了有初应力构件的力学性能.分析结果表明,初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载降低,同时极限荷载推迟出现,构件切线刚度降低.钢管混凝土轴压构件极限承载力随着初应力度的增大而降低,降低幅度随着长细比的增大而增大,但这种降低作用并不显著.     

钢管桩与砂桩多元复合地基室内模型试验

通过自行研发的试验装置,对钢管桩与砂桩多元复合地基进行一系列室内模型试验,得到其工作性状:钢管桩与砂桩多元复合地基的荷载沉降曲线特征,钢管桩、砂桩和土的应力特点,桩土应力比特点,各种桩和土的荷载分担比曲线特征.研究表明:本室内静载试验模型虽然不能完全模拟现场钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状,但从定性上分析钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状是可行的.从试验结果可见:当处理粉细砂类土时,钢管桩与砂桩多元复合地基明显优于砂桩复合地基.     

钢栈道施工全过程抗风稳定性分析

为研究钢栈道施工全过程的抗风稳定性问题,通过以黄河大桥施工栈道施工全过程为背景,采用有限元模拟方法对此进行了分析研究。结果表明：在横桥方向风荷载作用下,（1）钢管桩打入地基,在钢管桩之间焊接剪力撑后,其位移绝对值最大值为43.7 mm,其最大米塞斯应力为43.6 MPa;（2）钢管桩顶部焊接桩顶梁后,位移绝对值最大值为46.8 mm,其最大米塞斯应力为45.9 MPa;（3）桩顶梁上架设贝雷梁,铺设桥面板后,位移绝对值最大值为0.76 mm,其最大米塞斯应力为19.6 MPa。可见在横桥向风荷载作用下,从位移和应力角度来分析,钢管桩顶部焊接桩顶梁后为最不利情况。     

大跨度钢管混凝土拱桥钢管初应力的释放转移

为了提高大跨度钢管混凝土拱桥主拱受力性能,提出了钢管初应力释放转移的新思路:在混凝土灌注前对钢管采取脱粘措施,混凝土灌注完成达到强度后,将钢管"切断",使钢管初应力转移至核心混凝土,然后将钢管重连,使钢管与混凝土共同承担后续荷载。采用有限元方法按以上思路对1座单圆管钢管混凝土拱桥和1座桁架式钢管混凝土拱桥进行了桥例分析。研究结果表明,如果不计钢管与混凝土之间的摩擦,钢管"切断"后,钢管初应力能够有效地释放转移至核心混凝土;钢管初应力释放转移后,与原设计相比,在成桥状态下拱肋钢管应力大幅降低,对于本桁架式桥例最大应力降低幅度为14.5%;管内混凝土应力大幅提升,但并未超过考虑套箍效应后的混凝土抗压强度。证明该方法能够显著提高大跨度钢管混凝土拱桥拱肋截面的组合效率,改善主拱的受力性能。     

矩形开槽钢管混凝土柱的受压承载性能

为分析环向钢管对核心混凝土受压承载性能的提高效果,对15个矩形开槽钢管混凝土柱进行轴压试验,研究倒角半径和钢管厚度对其受压性能的影响.基于圆形箍筋约束混凝土的极限应力计算模型,引入考虑截面形状的承载力折减系数,提出了矩形开槽钢管混凝土柱极限应力计算模型.结果表明,矩形开槽钢管约束混凝土柱的受压性能与钢管厚度及倒角半径密切相关,且钢管的开槽构造能够有效地避免钢管的纵向屈服.倒角半径越小,钢管约束效果越差,应力-应变曲线在屈服后会出现下降段,且钢管厚度越小,峰值后荷载下降越快.倒角半径越大,约束效率越高,应力-应变曲线在屈服后较平缓或出现上升段,但钢管厚度较大时,其环向约束效果下降,极限应力提高幅度也明显下降.     

复式钢管高强混凝土轴压短柱非线性有限元分析

借助大型有限元分析软件ANSYS,结合实测结果,对复式钢管高强混凝土轴压短柱进行了数值模拟,得出的荷载—位移曲线与实验结果吻合良好。通过试件各部分纵向应力云图的分析,探讨了试件的受力及破坏机理。由于复合钢管的双重约束,复式钢管柱的承载能力及变形能力得到显著提高,具有很好的耐火性及良好的安全性。