压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

压弯扭作用下新型承插装配式桥墩的抗震性能

为明确并提升承插式拼装桥墩抵抗压弯扭等复合荷载的能力,提出了一种结合灌浆套筒和承插口组合连接的新型承插装配式墩,通过复合荷载作用下的拟静力试验对比了现浇(reinforced concrete,RC)、灌浆套筒(grouting and sleeve,GS)、承插口(socket with ultra-high performance concrete,SU)和结合套筒连接钢筋的新型承插(grouting sleeve and socket with ultra-high performance concrete,GSU)连接拼装桥墩的损伤机理和滞回性能,结合有限元模型重点讨论了承插口深度对滞回性能的影响。结果表明:4个构件的破坏模式都是以受弯破坏为主的弯扭破坏,其中SU构件出现了轻微拔起的现象,而对应的GSU构件并未出现该现象,与RC构件接近;各构件的剪力-墩顶位移骨架发展趋势比较一致,由于GSU构件纵向钢筋连续,具有更好的整体性能,其抗弯承载力与RC构件接近,且明显大于SU和GS构件,4个构件弯曲滞回耗能较为接近;承插口深度为1.0倍截面宽度的GSU构件抗扭承载力略高于RC构件,且明显大于其余装配式墩,GSU构件的扭转刚度、延性系数和耗能能力均大于其他3个墩;当承插口深度采用0.5倍构件截面宽度时,新型承插GSU构件的抗弯和抗扭承载力均略高于整体现浇构件,具有良好的抵抗压弯扭荷载的能力,可以实现浅承插口连接。研究结果可为压弯扭复合作用下装配式墩的应用提供试验依据。

H形钢构件双向压弯下全过程弯矩计算模型

为探究可发展全截面塑性的H形钢构件在双向压弯加载全过程中塑性应力及两主轴弯矩的发展机制,基于经由已有实验数据校核过的建模方法,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型。结合有限元分析结果,考察了双向压弯下H形截面钢构件的塑性应力发展规律,引入平截面假定,对其应力分布形式进行一定的简化处理。进一步,通过最小二乘法拟合得到相关参数,建立加载位移、塑性发展程度和宏观承载能力三者之间内在联系,构建H形钢构件双向弯矩的理论计算模型。该模型充分考虑了截面尺寸、位移加载方向角、轴压比和加载位移的影响。通过对模型计算结果的分析,验证了该模型可得到构件在加载任意时刻的应力分布形式,并为考虑一定截面塑性发展的双向抗弯设计提供更为简便的设计方法。

基于压弯破坏曲面的桥墩可靠性分析

非对称桥梁结构悬臂施工期间会对下部结构产生较大的不平衡弯矩,为分析钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)墩柱在不平衡弯矩导致的双轴压弯下的可靠性,提出了基于压弯破坏曲面的可靠性分析方法。该方法使用倪克勤公式作为功能函数,并通过钢筋与混凝土本构关系求解倪克勤公式所需要的轴心受压承载力与单向偏压承载力,将RC墩柱的材料特性、几何特性、所受外部荷载作为随机变量,基于可靠指标物理意义,使用罚函数法将可靠指标求解问题转化为无约束最优化问题,利用遗传退火算法求解RC墩柱的可靠指标。采用该方法对文忠路上跨合肥东站改扩建工程主桥46号桥墩进行可靠性分析,结果表明:在悬臂施工至自重不平衡弯矩最大状态下,P1~P3支墩可靠指标分别为5.44、5.05、5.94;对可靠指标影响程度较大的随机变量依次为结构自重、钢筋强度和混凝土抗压强度,而风荷载对可靠指标影响相对较小。

波纹钢结构高温压弯性态数值模拟与理论分析

通过建立有限元模型的方法,对波纹钢结构在高温下的压弯性态进行研究,并结合理论设计方法提出了波纹钢结构N-M-T(轴力-弯矩-温度)曲面。研究结果表明:波纹钢结构受力变形与破坏特征与常温时基本一致,但高温下结构的初始刚度和极限荷载均有所降低;温度低于500℃时,温度升高对波纹钢结构力学性能影响并不明显,超过500℃时结构力学性能迅速劣化;根据波纹钢结构截面(N,M,T)坐标点与N-M-T曲面的相对位置关系,可初步判断此时结构的安全性。

冷弯厚壁压弯构件抗震性能影响参数分析

冷弯厚壁型钢作为一种广泛应用于现代建筑结构中的材料,其在设计中展现出独特的优势,但其在地震荷载下的行为特性仍需进一步明确。通过数值分析研究宽厚比、长细比和轴压比等参数对冷弯厚壁压弯构件抗震性能的影响。研究结果表明,所有骨架曲线在第一和第三象限呈现出非对称形态,这表明冷弯厚壁压弯构件在加载与卸载过程中的力学行为存在明显差异。宽厚比、长细比和轴压比3个参数对冷弯厚壁压弯构件抗震性能均有影响,不同破坏模式又影响着构件的抗震性能。研究结果揭示了各参数与抗震性能之间的关系,强调了设计中需特别关注的关键点,以确保结构既安全又经济。

钢筋混凝土柱压弯承载力与刚度实用计算方法

为研究框架柱的压弯承载力与压弯刚度,通过建立三维实体有限元模型,在与拟静力试验结果验证较好的基础上,进一步建立了162根足尺钢筋混凝土柱有限元模型算例进行参数分析,探讨了各参数对柱的承载力、刚度的影响,提出了参数影响下的柱承载力、刚度实用计算公式。结果表明:当轴压比≤0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力增大,当轴压比>0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能有效的增大柱的压弯峰值承载力,且提高纵筋配筋率的效果更好;当轴压比≤0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度增大,当轴压比>0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能增大柱的弹性刚度;提出的实用计算公式可较准确地反映有限元结果,可为实际工程中框架柱的设计作一定的参考。

用于风电钢塔筒的加劲钢管压弯性能试验研究

薄壁圆钢管广泛应用于风电机组锥筒型钢塔筒中,其在径厚比较大时易出现局部失稳,进而导致塔筒承载能力下降。该文提出了一种可用于风电钢塔筒的纵向加劲钢圆钢管结构形式,并进行了6个试件的压弯加载试验,以研究加劲肋形式及径厚比大小对加劲圆钢管压弯性能的影响。试验结果表明:在相同用钢量下,加劲肋有效改善了钢管的局部屈曲,改变了结构的破坏形态,增大了钢管的塑性发展程度,从而提升了钢管的承载力及延性,其中T型加劲肋的增强效果更为明显。并将试验模型与有限元建模进行对照,互相验证了准确性。最后使用现有设计标准对试验结果进行了初步评估,无加劲肋试件与各设计标准吻合良好,但现有计算方法低估了加劲试件的承载力。

电流辅助压弯成形对Mg-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr合金微观组织和力学性能的影响

采用金相和透射电镜等技术系统研究了电流密度和保压时间对Mg-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr合金压弯成形“几”字型零件微观组织演变和成形性能的影响。结果表明,随着电流密度的增加(33.5~51.5 A·mm^(-2)),压弯“几”字型零件成形性能逐渐提高,回弹逐渐减小。随着保压时间的延长(0~20 s),回弹逐渐减小。当电流密度为51.5 A·mm^(-2),保压时间为20 s时,压弯成形的“几”字型零件表面质量良好、尺寸精度较高、基本无回弹,表现出良好的力学性能,硬度为63.8~71.3 HV。脉冲电流可以促进Mg-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr合金压弯成形过程中位错的滑移和攀移,减小位错塞积和缠结,同时释放残余应力,减小零件的回弹,进而提高Mg-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr合金的塑性变形能力和成形零件的精度。

锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件恢复力模型优化

箍筋锈蚀后受其约束的钢筋混凝土构件承载能力、强度、刚度都降低,塑性、延性变差,影响了构件的抗震性能。研究基于恢复力模型,考虑到箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变关系的改变,建立锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件的退化三线型恢复力模型,并进行有限元分析。结果表明,按照构建的恢复力模型计算得到的骨架曲线、滞回曲线与试验结果较为接近,由此得出该模型有效。

6005A铝合金空心型材压弯工艺成形特性研究

采用有限元数值模拟技术,对6005A铝合金空心型材压弯过程进行系统研究,定量研究了型材壁厚、模具辊轮直径、辊轮间距和型材高宽比对型材压弯成形质量的影响。采用中心复合法进行了试验设计,并通过灵敏度分析得到了各工艺参数对型材压弯回弹的影响程度的大小。结果表明,在所选取的工艺参数中,型材壁厚对成形最大减薄率、最小减薄率和截面畸变的影响最大;型材高宽比对型材回弹影响最大。采用二阶响应面建立了各变量与各成形性能之间的定量关系。研究结果可为铝合金空心型材压弯成形质量的控制提供参考。

钢管再生大骨料自密实混凝土压弯构件性能研究

为提高废弃骨料利用率,增加再生混凝土强度,文章对钢管再生大骨料自密实混凝土压弯构件的性能展开研究。选取含钢率、钢材屈服强度、再生大骨料强度、自密实混凝土强度等影响因素,绘制不同影响因素下钢管再生大骨料自密实混凝土构件的N-M相关曲线。研究结果表明:增加含钢率和钢材屈服强度,会使曲线与坐标轴所围面积增大,界限破坏点随之增大;再生大骨料强度与自密实混凝土强度在大偏心受压阶段产生的影响效果减弱。基于研究数据,推导得出钢管再生大骨料自密实混凝土构件N-M相关方程的理论计算公式。

哑铃形钢管混凝土柱压弯扭复合作用下力学性能试验研究和有限元分析

以轴压比(n)、弯扭比(γ)为变化参数,开展了四根圆形和四根哑铃形钢管混凝土构件压弯扭复合作用下的试验,对不同轴压比和弯扭比参数下各构件的扭矩-转角曲线、扭矩-剪应变曲线、破坏模态的变化规律进行分析。结果表明:在轴压比一定的情况下,弯扭比较大时,构件以受弯为主,破坏模式接近“弯型破坏”;弯扭比较小时,构件以绕构件中心扭转为主,破坏模式接近“扭型破坏”。抗扭承载力随着轴压比增加而提高;在γ=2.80时,当n=0.00增大至n=0.11时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高23%和53%,增大到n=0.22时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高了23%和99%;抗扭承载力随着弯扭比增加而降低,其中γ=0.90增大至γ=2.80时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别下降了46%和51%。通过有限元软件ABAQUS,对压弯扭构件的扭矩-转角全过程关系曲线及破坏模态进行分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好。

压弯共同作用下叠合梁斜拉桥桥面板有效宽度研究

为合理考虑混凝土桥面板剪力滞效应带来的不利影响,文章依托双边箱型截面叠合梁斜拉桥工程实例,基于有限元法对压弯共同作用下桥面板的有效宽度计算方法进行研究分析,推导得到实用计算公式,并计算得到施工方案优化前、后桥面板的有效宽度系数。结果表明:现行组合结构桥梁相关设计规范不适用于计算压弯共同作用下叠合梁斜拉桥桥面板有效宽度,未考虑混凝土桥面板所受的压弯共同作用;压弯共同作用下,混凝土桥面板可以根据叠加原理分别计算考虑轴力、弯矩作用下桥面板的应力,得到叠合梁斜拉桥混凝土桥面板的正应力分布,以此计算压弯共同作用下叠合梁斜拉桥混凝土桥面板有效宽度;考虑压弯共同作用下的叠合梁斜拉桥桥面板应力验算时,施工状态下桥面板的应力可按1.3倍进行考虑,即偏安全地将混凝土桥面板应力值较初等梁理论的计算值提高约30%。

腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢拼合钢柱的畸变屈曲性能及其相关作用,并评估现行各国规范计算方法适用性,设计制作了22根构件进行压弯试验。以Σ型加劲、腹板孔位、偏心荷载作用位置、柱长等为主要参数,考察其对试件屈曲行为、破坏特征和极限承载能力的影响。结果表明:试验主要发生畸变屈曲或畸变-整体、畸变-局部相关屈曲,Σ型加劲有效地防止了腹板局部屈曲;腹板开孔不会影响屈曲模式的改变;关于强轴和弱轴的偏压位置及偏心距离对试件畸变屈曲行为有显著影响。采用中美技术标准包括中国规范GB50018-2002、JGJ/T 421-2018以及北美规范NAS 100-2016计算的承载力结果与试验结果进行了对比分析,结果表明:荷载绕强轴偏心作用时,中美规范计算结果均偏于安全;荷载绕弱轴偏心作用时,GB 50018-2002和NAS 100-2016计算结果偏于安全,而JGJ/T 421-2018计算值较为保守,试验与其比值约为1.64,该文建议腹板双肢并合截面整体协同工作下绕弱轴稳定承载力可按全截面计算。

外包不锈钢管中空夹层钢管混凝土压弯构件N_(u)-M_(u)相关曲线研究

外包不锈钢管中空夹层钢管混凝土构件结合了中空夹层钢管混凝土(CFDST)与不锈钢的优点,在桥墩、海洋平台与输电塔结构中有广泛应用前景。为此,该文基于前期试验,采用自编纤维模型法程序对225个外包不锈钢管CFDST压弯构件进行了系统分析。研究了各参数对该类压弯构件典型N/N_(u)-M/M_(u)曲线的影响,并将相关曲线与普通外包碳素钢管CFDST构件进行了对比,最后提出了该类压弯构件N/N_(u)-M/M_(u)相关曲线方程。分析结果表明:该文自编纤维模型法程序可较好预测外包不锈钢管CFDST构件压弯承载力以及N/N_(u)M/M_(u)曲线的发展;混凝土强度、内管径厚比、钢材屈服强度、空心率、名义含钢率与长细比影响N/N_(u)M/M_(u)曲线的形状;由于不锈钢材料明显的应变强化效应,相比于外包碳素钢管CFDST构件,外包不锈钢管CFDST构件的N/N_(u)-M/M_(u)曲线接近于钢结构;基于试验与参数分析结果以及外包碳素钢CFDST计算公式,得到了外包不锈钢CFDST相关曲线特征点公式和曲线方程,与程序计算结果吻合较好。

AZ31镁合金网格式壁板级进压弯成形实验研究

通过实验研究确定了AZ31镁合金网格壁板级进压弯成形工艺参数,获得了合格的弯曲件。分析了弯曲件曲率半径的影响因素及规律,确定了AZ31镁合金网格壁板弯曲件曲率半径与弯曲凹模间距、压下高度之间的数学关系模型,分析了级进压弯工艺参数对镁合金壁板成形后晶粒尺寸的影响规律。结果表明,模型计算结果与实验结果相吻合,最大相对误差为5.7%。随着弯曲变形系数的增大,晶粒尺寸随之减小;随着变形温度的提高,晶粒尺寸随之增大。

宿东向斜“挤压弯滑—顶托平移”构造形成机制及验证

宿东向斜形似不对称哑铃,在区域地质图上显得格外醒目,其成因值得关注。文章通过区域大地构造演化背景梳理和宿东向斜构造组合分析,探讨宿东向斜成因,并结合朱仙庄煤矿构造发育特征加以验证。结果表明:宿东向斜可以划分为四类变形区,包括NE翼整体变形区、SW翼挤入变形区、SW翼挤出变形区和SW翼正常变形区;宿东向斜形成经历了两个关键变形期,即SW向挤压应力持续作用下先后发生的,以层间弯滑调节为特征的宿东向斜和“X”型共轭断裂形成期(挤压弯滑期)和因宿南箱状向斜东南弯折端顶托而沿“X”型共轭断裂平移为特征的挤入挤出期(顶托平移期);朱仙庄煤矿8^(#)煤层煤镜质组反射率光率体记录了形成向斜各期应力的来源方向;8^(#)煤层不同变形类型和程度层滑构造的规律分布是对宿东向斜“挤压弯滑—顶托平移”形成机制的良好响应。提出了一种基于煤层底板等高线的断层走向断距计算方法,并据此定量表征朱仙庄煤矿南部断层的平移方向和距离,进一步验证宿东向斜顶托平移机制。

内置非贯通型钢STRC柱压弯承载力计算研究

采用内置型钢短柱对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点进行增强。为明确该节点中内置非贯通型钢STRC柱的控制截面位置及压弯承载力,进行了内置不同长度型钢STRC柱及无型钢对比试件的拟静力试验及有限元模拟研究,分析了试件的受力机理及压弯承载力,探讨了型钢长度和钢管约束等因素的影响。研究结果表明:随着内置型钢长度增加,破坏截面有从型钢-混凝土过渡截面转移至柱根的趋势;增大钢管径厚比会削弱其抗弯贡献,从而减小过渡截面压弯承载力,影响破坏截面位置。基于试验及有限元分析结果,提出柱根及过渡截面压弯承载力计算模型,建立内置型钢临界长度的确定方法,研究结果为STRC柱的设计及节点中型钢的参数确定提供理论依据。

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明:在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。