钢管混凝土抛物线空腹拱平面内轴压稳定性能研究

采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土抛物线圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性;然后,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,研究空腹拱的位移发展趋势、对轴力发展趋势和弯矩发展趋势探讨变化情况;最后,根据有限元计算结果,使用考虑矢跨比的稳定系数修正公式,发现修正公式与有限元结果吻合度较好,能够用于指导工程设计。     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS软件的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用Python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

轴压作用下钢管混凝土抛物线拱弹性稳定性能分析及设计方法

钢管混凝土拱具有自重小、承载力高、施工简便等优点,在桥梁工程、隧道支护及渡槽结构中得到广泛应用.随着钢管混凝土拱跨度的不断增加,其平面内稳定问题日益突出.现行规范或规程基于经典弹性稳定理论,采用等效梁柱法计算了其平面内的稳定承载力,但未考虑矢跨比对稳定承载力的影响.采用ABAQUS软件建立钢管混凝土抛物线拱有限元模型,...     

固接抛物线浅拱的平面内稳定性分析

对固接抛物线浅拱的静力及动力稳定性问题进行了研究.基于哈密尔顿原理推导出抛物线浅拱的动力学控制方程,并推得非线性静力平衡方程及静力跃越和分岔屈曲的解析方程;利用体系不稳定平衡时的能量守恒原理确立了发生动力屈曲的临界条件并得到动力屈曲相对荷载上限及下限值.分析结果表明:浅拱的修正长细比及结构已存在荷载是影响浅拱屈曲的重要参数,阶跃荷载作用下浅拱的静力及动力屈曲相对荷载随着长细比的增加而增加,而动力屈曲荷载随结构已存在荷载的增大而减小;当稳定平衡时系统势能大于零,浅拱的动力屈曲荷载将显著提高.     

钢管混凝土圆弧拱平面内非线性稳定承载力

采用考虑屈曲前变形的弹性稳定公式,基于统一理论的钢管混凝土截面抗压承载力计算方法,研究了均布径向荷载作用下钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定承载力,并在分析中考虑了几何非线性、材料非线性和拱肋初始缺陷的影响.通过对比有限元结果和各国典型设计规范提供的稳定系数公式,提出了适合钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定系数,为钢管混凝土拱桥的设计提供依据.     

钢管混凝土平面相贯节点轴压承载力理论研究

针对两种新型节点构造形式,通过分析带不同厚度钢板的钢管混凝土短柱的轴压承载力,提出了相贯节点轴压承载力的计算公式.同时,采用有限元方法对节点静载试验进行了模拟,并分析了斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度、环向加强板和法兰板厚度等参数对节点承载力的影响,有限元分析与试验结果吻合较好.结果表明:节点中椭圆拉板、衬板和环向加强板可提高对核心混凝土的约束效应;随着斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度的增加,节点承载力有所提高,而环向加强板或法兰板的厚度对节点承载力影响不大;计算公式能较准确地估计节点的承载力,可用于工程实践.     

腐蚀后高强钢管混凝土柱轴压性能

为研究不同腐蚀率下钢材力学性能的变化规律,以Q235、Q355和Q460钢材为研究对象,对12组共38个钢材试样进行了中性盐雾腐蚀试验和单轴拉伸试验,并对腐蚀后钢材性能退化规律进行了总结,提出了适用于不同强度等级的腐蚀后钢材强度预测公式。基于提出的腐蚀后钢材强度预测公式和腐蚀后实际壁厚,建立了腐蚀后高强钢管混凝土柱精细化数值分析模型,在与试验结果对比验证的基础上,分析了不同腐蚀率、混凝土强度和长细比等参数对承载力的影响规律,并依据不同规范采用不同计算方法对腐蚀后的高强钢管混凝土柱的承载力公式进行了预测。结果表明：腐蚀率的增大,钢材弹性模量基本保持不变,屈服平台逐渐缩短甚至消失。随着腐蚀率增加,方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载下降速率略大于圆形截面。混凝土强度等级越高,腐蚀后峰值荷载下降幅度越小。长细比增加,腐蚀后方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载对应的位移增加速率略大于圆形截面。使用钢材强度折减叠加壁厚折减的方法,三种规范对腐蚀后高强钢管混凝土柱承载力的预测更为准确,离散性也更小。     

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.     

平面圆弧形钢管桁架拱结构稳定性能研究

运用ANSYS有限元软件对影响平面圆弧形钢管桁架拱稳定性的参数(矢跨比、腹杆间夹角、弦杆和腹杆截面、拱架厚度等)进行了分析.结果表明,桁架拱结构的最优矢跨比在0.2～0.3之间;腹杆间夹角应控制在一定范围内,并使结构的承载效率较高;弦杆截面面积和拱架厚度均与结构承载力呈线性关系,但拱架厚度过大时对结构的承载力提高很小;腹杆截面对结构承载力影响很小,只需按腹杆和弦杆的外径比控制,并使其长细比符合相关规范要求.     

八边形钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

建立八边形钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并基于现有的试验数据验证了该模型的正确性.利用该模型分析应力、应变和约束力的分布规律.基于72个典型算例和现有的简化公式,提出八边形钢管混凝土轴压短柱的强度设计公式.     

钢管混凝土拱桥的稳定性分析

简要地介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的两种方法：线性屈曲和非线性屈曲。以一座钢管混凝土提篮拱桥为例,采用Midas／civil有限元程序,建立了该桥的空间有限元模型,分4种工况对该桥作了线性屈曲分析,本文计算结果对了解该桥及同类钢管混凝土拱桥的稳定性有较大的参考价值。     

钢管混凝土拱桥空间稳定非线性分析

文章采用有限元软件ANSYS建立了钢管混凝土拱桥的空间模型,计算了4种工况下的线弹性、几何非线性和双重非线性稳定安全系数,并根据计算结果,评价了桥梁的整体稳定性,分析结果为同类型桥梁的空间稳定分析提供参考。     

轴心受压配筋方钢管混凝土短柱承载能力的试验研究

通过15根方形截面配筋钢管混凝土轴心受压短柱的试验研究,选择约束效应系数和钢筋的配筋率等为基本参数,探讨了配筋率对钢管混凝土轴心受压构件受力性能的影响。研究结果表明：1）在核心混凝土中加入钢筋对于提高短柱的承载力不是非常明显,但能提高短柱的延性,在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展;2）当约束效应系数较小时,配筋靠近边缘对提高方钢管混凝土的承载力更有效;3）当约束效应系数较大时,配筋靠近中央对提高方钢管混凝土的承载力更有效。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱承载力试验研究

参照普通混凝土配合比设计方法,按照再生粗骨料掺入量0、25%、50%、75%和100%制作了长径比为4.0、径厚比为20.75的共五组15个试件,进行轴心受压试验,研究不同再生粗骨料取代率对圆钢管再生混凝土短柱承载能力的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱的轴压破坏形态与钢管普通混凝土柱相似,钢管再生混凝土柱的实测弹性极限荷载比钢管普通混凝土柱低,且随再生粗骨料取代率的增加而降低,和再生粗骨料取代率成反比关系。在掺入量合适的情况下,圆钢管再生混凝土柱应用实际是可行的。     

格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压性能试验研究

以是否配置纵向加劲肋和格构式钢骨为主要变化参数,对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了轴心受压试验,对比分析了格构式钢骨-钢管混凝土构件和普通钢管混凝土构件的轴压性能.结果 表明:与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高了4.65％,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高了10.53％,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高了21.12％.各组轴压试件的破坏形态基本一致,以整体失稳变形为主,伴随外钢管不同程度的鼓曲变形.格构式钢骨和内填混凝土在构件中形成小的"核心柱","核心柱"可延缓或抑制核心混凝土的裂缝发展,明显提高构件的承载能力和延性.利用有限元软件ABAQUS对格构式钢骨-钢管混凝土构件进行了轴心受压全过程数值模拟分析,明确了各部件的应力发展过程.提出了格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好且总体偏于安全.     

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．     

无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱轴压试验

为了对无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱构件的变形及受力特征进行分析,进行了2根无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱的轴压试验.该试验在5 000 kN压力试验机上进行.试验结果表明:无屈服台阶钢管混凝土(CFST)轴压四肢格构柱破坏形态为剪切破坏.其破坏前有较明显的征兆,属于延性破坏范畴;轴压四肢格构柱轴压破坏时多处肢柱部位被拉裂,这些部位都位于缀管与肢柱的焊接连接处,由此判断这些部位为构件的薄弱部位.在整个受压过程中斜缀管和平缀管的受力都较小且都处在弹性阶段,说明缀管的用量可能偏大,应该对缀管的用量进行优化.     

某下承式钢管混凝土拱桥抗震分析

根据郑州黄河公路二桥的结构特点建立了桥梁空间有限元计算模型,计算了该桥考虑吊杆张力和拱肋初应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较.计算结果表明,初应力对郑州黄河公路二桥的频率有一定的影响,但对各阶频率的影响程度不同,对第2阶频率影响最大,下降8.8%;水平地震作用下,初应力对主拱肋的轴力、剪力和弯矩影响不大;主拱肋的内力和变形都满足设计要求,说明该桥抗震性能良好.     

钢管混凝土拱桥有限元模拟

本文对某钢管混凝土拱桥有限元分析计算作了详细的阐述,其基本思路和方法可供类似大型复杂桥梁、结构的设计、受力特性研究参考。