方钢管混凝土柱穿入式组合节点耗能机制

开展了4个翼缘削弱的钢管混凝土柱穿入式组合节点抗震性能与三维实体有限元精细化模型分析。在混凝土三轴塑性损伤和钢材混合强化模型基础上,进一步引入钢材的韧性损伤模型,探讨了钢梁削弱程度对节点抗震性能与破坏形式的影响规律,结果显示引入钢材韧性损伤的有限元模型分析结果与试验结果更加吻合,且钢梁削弱程度降低了该节点的刚度、承载力和耗能。随后对不同钢梁尺寸和柱端拉筋强构造下的组合节点进行了承载力、刚度和塑性耗能分配与失效机制的影响规律分析,分析结果表明:穿入式节点分别在梁-柱抗弯承载力比介于1.66~2.11、梁-柱线刚度比介于1.90~1.96、梁-柱截面刚度比介于1.16~1.21时,将由梁耗能向柱耗能转变;柱端拉筋强构造技术后,由于拉筋直接约束混凝土,大幅度提升了柱端抗弯承载力和耗能能力,组合节点在高轴压比时仍维持梁端失效破坏模式;根据《建筑抗震设计规范》,梁-柱抗弯承载力比取值小于1时为强柱弱梁,这对穿入式组合节点强柱弱梁的定义较为保守。

输电塔半刚性连接钢管构件轴压稳定性能研究

为了研究输电塔半刚性连接钢管构件的轴压稳定性能,对60根钢管试件进行了轴压试验,分析了其失稳破坏模式和稳定承载力,并与现行设计规范计算的承载力进行了对比;建立了半刚性连接钢管构件的有限元模型,经与试验结果对比验证后开展了参数分析,研究了初始转动刚度、径厚比、材料强度以及初始缺陷对半刚性连接钢管构件的稳定系数-长细比曲线的影响;基于有限元分析的结果提出了半刚性连接钢管构件的轴压稳定计算公式。研究结果表明:半刚性连接构件的试验稳定承载力均大于铰接构件的试验稳定承载力,在所有试验工况中两者的相对差距最小为5.6%;中国和美国现行设计规范计算得到的钢管构件稳定承载力总体偏保守,分别约为试验结果的0.78倍和0.89倍;影响半刚性连接钢管构件稳定承载力的主要因素为长细比、初始转动刚度以及边界条件;提出的半刚性连接钢管构件轴压稳定计算公式能准确地预测其稳定系数并具有良好的适用性,可为实际工程提供参考。

L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱轴压性能

为解决异形钢管混凝土柱阴角对其承载力的影响,提出了用1个冷弯薄壁方钢管和2个U形钢管焊接成L形钢管,内填充混凝土形成L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱形式。设计了5组共10根试件的轴压试验,并开展了有限元参数分析,研究了钢管厚度、U形管外伸长度和钢材强度等参数对构件承载力和延性等力学性能的影响。结果表明:该类试件的主要破坏形态为中上部局部鼓曲破坏,适量增大U形管外伸长度可以提高承载力,但增大到一定程度之后易发生弯扭破坏;承载力和延性随着钢管厚度和钢材强度增大而增加;混凝土强度对构件的初始刚度和峰值荷载的影响都很小,但对曲线下降段的影响较大;试件端部和中部截面阴角处的混凝土应力值比各边中部更大,说明采用U形钢管与方钢管组合的方式改善了阴角处钢管对混凝土约束普遍较弱的问题。基于“统一理论”,给出了两种承载力建议计算公式,与试验结果吻合较好,两种计算方法在0.44~1.94的约束效应系数范围内具有良好的适用性。

往复荷载作用后钢管混凝土柱-组合梁节点耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-组合梁节点在往复荷载作用后的耐火性能,利用有限元软件ABAQUS建立了该节点的有限元分析模型,并与已有试验结果进行对比验证。在此基础上,分析了往复荷载作用后塑性损伤和残余变形对组合梁节点火灾下的应力和变形的影响,以及不同损伤程度、荷载作用水平和防火保护层厚度对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:地震预损伤对节点的耐火极限有不利影响,且随损伤程度的增加,耐火极限下降明显;重度损伤下节点的耐火极限与无损伤节点相比降低了23.5%;重度损伤的节点在火灾作用下形成塑性铰,且产生较大的耗能损伤,轻度和中度损伤下未形成明显塑性铰,耐火极限分别仅下降1.0%和3.6%;对于以梁损伤作为预损伤模式的节点,梁荷载比和防火保护层厚度是影响有地震预损伤节点耐火极限的主要因素;随柱荷载比的增大,耐火极限呈降低趋势,但整体影响不大。

早龄期钢管混凝土动态力学性能研究

为了研究早龄期钢管混凝土抗冲击能力,基于霍普金森压杆试验系统对C50与C30核心混凝土的钢管混凝土的动态力学性能展开研究,研究结果表明:钢管混凝土的破坏程度、动态峰值应力、动态峰值应变、吸收能占比均与冲击气压呈正相关;钢管混凝土的破坏程度从平缓到剧烈逐渐表现为表层脱落、开裂及内部碎块脱落,与混凝土设计强度正相关但与龄期负相关;冲击气压相同时,钢管混凝土的动态峰值应变、峰值应力、吸收能占比与设计强度和龄期都呈正相关,峰值应变受设计强度影响更大,峰值应力与吸收能占比受龄期即核心混凝土实际强度影响更大。

双壁波纹钢管混凝土构件短柱轴压力学性能

为改善空心钢筋混凝土柱(HRC)的使用与受力性能,提出一种双壁波纹钢管混凝土(CFDCST)构件。本文共进行了4个大尺寸双壁波纹钢管混凝土短柱与2个空心钢筋混凝土短柱的轴压试验,关键试验参数为试件类型与波纹钢管类型。分析构件的破坏模式,对比不同参数下构件的承载力、峰值应变、延性系数等关键力学指标,获得荷载-波纹钢管应变关系曲线以揭示试件的约束机理并验证外波纹钢管类型的影响。试验结果表明:外波纹钢管可为夹层混凝土提供约束作用,且螺旋角越小,外波纹钢管的约束作用越强;内波纹钢管则主要为夹层混凝土内壁提供有效支撑,以保持截面的完整性。名义约束效应系数与空心率相近时,由于咬口滑移影响,大螺旋角双壁波纹钢管混凝土比小螺旋角双壁波纹钢管混凝土的峰值应力、峰值应变与延性系数分别降低15.5%、21.8%与16.7%。在总用钢量相近的情况下,小螺旋角双壁波纹钢管混凝土柱的承载力、峰值应变与延性系数分别比空心钢筋混凝土柱提高10.6%、36.2%与50.0%。基于试验结果,检验了3种典型承载力公式的适用性,并提出了相应设计建议。

加强型Q460C方钢管间隙N型节点承载力研究

为考察加强构造对N型节点失效机理和承载力的影响规律,对加强节点和基本节点进行了主管轴压静力加载试验,试验结果表明:基本节点的破坏模式为主管上翼缘受拉鼓曲开裂,加强节点破坏模式为加劲板屈曲和覆板焊缝受拉开裂;加强节点的承载力较基本节点提高了9.4%~36.5%;增加覆板厚度,可明显提高节点承载力。采用ABAQUS软件对覆板和加劲板加强的Q460C方钢管间隙N型节点进行了有限元参数研究,考察了主管宽厚比γ、主支管厚度比η、主支管宽度比β、受拉支管与主管夹角θ、支管间距与主管宽度比ξ对节点破坏模式、应力分布、主管荷载-位移曲线和覆板焊缝断裂指数I f的影响规律。根据试验和数值模拟结果,提出了覆板和加劲板加强的Q460C方钢管间隙N型节点承载力计算式和构造设计建议。

基于EFN-YOLO的钢管表面缺陷检测

针对目前钢管表面缺陷视觉检测方法存在小目标缺陷难以识别的问题,提出一种基于EFN-YOLO的缺陷实时检测方法。首先,结合NWD度量和Iou loss,提出改进型N-iou loss,增强小缺陷目标的感知能力;其次,采用Efficient Former特征提取模块嵌入主干网络融合局部和全局特征信息,提高对细小且聚集缺陷目标的识别能力;接着,采用轻量化C2f特征提取模块替换原Yolov5的C3层,降低模型的参数量和复杂度,丰富图像的梯度流信息;最后,结合现场采集的钢管表面缺陷图片,对检测方法进行试验验证。结果表明,相较于改进前检测方法的mAP值提升5.8%,有效提升钢管表面细小缺陷检测能力,且FPS达到31,完全满足工业现场实时检测要求。

L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法

基于叠加原理,在《矩形钢管混凝土组合异形柱技术规程》提供的理论计算公式基础上,研究了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法。在考虑再生混凝土有效约束面积影响的基础上,提出了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式,绘制出轴力-弯矩关系曲线。结果表明:通过引入钢管对内填再生混凝土的约束效应系数,考虑钢管对不同粗骨料取代率再生混凝土的有效约束作用,并根据约束强弱将钢管对内填再生混凝土的约束区域进行划分,可得到再生混凝土的有效约束面积;通过与试验及数值模拟结果对比,验证了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式的有效性,该公式可用于预测L形方钢管再生混凝土组合异形柱的偏压承载力,轴力-弯矩关系曲线可较为准确且安全地预测试件的承载力。

车辆参数对大跨钢管混凝土拱桥车桥耦合振动响应的影响规律研究

车辆运行会引起桥梁振动,随着跨径增大,桥梁非线性增加,车桥耦合作用愈加明显.本文以575 m大跨钢管混凝土拱桥广西平南三桥为研究对象,对其开展了脉动试验和现场无障碍行车试验,同时建立了精细化车桥耦合有限元模型,进行了不同车速、车重影响下的车桥耦合振动响应分析,探索其响应规律,并提取桥梁重要截面处的冲击系数与现行规范计算值比较,讨论现行规范对该桥的适用性.结果表明:计算结果与现场脉动试验结果吻合良好,不同工况下的动应变时程曲线变化趋势基本一致.车速在20 km/h~60 km/h范围内,该桥的动力响应与车速大小无明显关系,当车速超过60 km/h时,挠度会随车速增加而急剧增大.车重增加会导致该桥最大动挠度增加,冲击系数减小,但桥梁实际的总响应并未减小.因此,严格控制过桥车辆的速度和车重,可有效降低行车荷载对桥梁的冲击效应.

复式钢管混凝土墩柱轴压性能及承载力提高分析

为提升矩形钢管混凝土独柱墩的工作性能,在其截面内套异心双圆钢管形成新型复式钢管混凝土墩柱。该文进行了7个墩柱轴压荷载试验,通过对比空钢管柱、矩形墩柱和夹层墩柱分析了新型墩柱的破坏形态、钢管应变发展及承载力和延性差异,最后利用钢管和混凝土的组合效应原理进行组合墩柱轴压承载力提高分析。研究得出新型复式钢管混凝土墩柱轴压破坏形态为鼓曲破坏,其极限承载力较夹层墩柱提高20%,较矩形墩柱提高22%,延性提高效果更为明显;新型墩柱内、外钢管应变发展充分,说明钢管较好地发挥了竖向承载和横向约束混凝土的能力;根据钢板的正则化宽厚比和屈曲后强度计算得出,内、外钢管在混凝土的支撑下承载力提高15%,混凝土在钢管的约束下承载力提高49%;根据约束组合效应得出,新型墩柱整体承载力提高31%;采用等效套箍系数计算的新型墩柱承载力与试验值绝对误差在4%以内,说明新型复式钢管混凝土墩柱符合钢管混凝土统一理论。研究结果表明,新型复式钢管混凝土墩柱在约束混凝土效应方面明显提高,构件的承载力较高、延性较好,具有较强的工程应用前景。

钢管桩围堰的应用及稳定性分析

针对淮安枢纽二期扩建工程导航明渠中钢管桩围堰的整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性进行了计算,得出围堰结构形式稳定安全的结论;阐述了钢管桩围堰施工工艺、流程、技术难点及应对措施,对同类围堰工程推广具有较强的借鉴意义。

端部带肋圆高强钢管超高性能混凝土柱抗震性能研究

为量化端部加劲肋对圆高强钢管超高性能混凝土(ultra-high performance concrete filled high-strength steel tubular,UHPC-HST)柱抗震性能的影响,以加劲肋的高度、宽度、数量为参数,对8个端部带肋圆UHPCHST柱试件进行了低周反复荷载试验,探究了各参数对试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和抗震性能指标的影响规律。结果表明:各试件的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,端部带肋试件的承载能力与耗能能力明显高于无肋试件的承载能力与耗能能力;随着加劲肋高度、宽度和数量的增加,试件极限承载力和延性显著提升;耗能能力随加劲肋高度和宽度的增加而增强,加劲肋数量的增加对试件耗能能力的影响并不明显。基于试验和有限元数值模拟结果,提出了包含加劲肋高度、宽度和数量的柱端构造设计方法,以及端部带肋圆UHPC-HST柱的水平承载力计算式,达到量化控制端部带肋圆UHPC-HST柱抗震性能的目的,为工程设计和相关规范的编制提供参考。

新中国成立75年来我国钢管产业发展与展望

“十四五”以来,在国内外多重风险挑战不断涌现的背景下,我国钢管产量、表观消费量均呈现下降态势,钢管产业面临市场低迷、需求回落、价格下跌、效益下降等困境,行业供需矛盾突出。对国内外钢管产业的产量、进出口量、表观消费量进行了统计,分析了全球钢管产量及欧盟等发达国家钢铁产量达峰后采取的转型升级措施,总结了新形势下我国钢管产业新质生产力的发展现状,对未来钢管产业的发展进行了展望,提出在新形势下企业应主动适应市场需求变化,加大研发投入,调结构、提品质、促转型,加快形成新质生产力,从而实现增量阶段“量的竞争”向减量阶段“质的竞争”转变,推动我国钢管产业的高质量发展。

新型浆锚连接方钢管混凝土拼接柱抗震性能试验研究

为进一步提高用于钢-混凝土组合结构的柱构件的装配效率,并改善其抗震性能,降低生产成本,提出一种新型浆锚连接方钢管混凝土拼接柱设计方法。通过对缩尺比例为2的5个拼接柱构件和1个整浇柱构件开展拟静力试验,获得不同配筋率、配筋形式和柱-柱节点拼接部位的新型拼接柱的抗震性能。试验结果表明:新型拼接柱构件在低周期反复荷载下的破坏过程及其形态与整浇柱构件相似,其滞回曲线饱满,耗能能力、抗承载力退化和抵抗变形(刚度)能力均比整浇柱构件更加优良,特别是将柱-柱节点拼接部位设于柱间反弯点区域的P类型构件变形能力最佳,证明了该新型拼接柱设计方法的科学性,并对提高钢-混凝土组合框架结构的整体抗震性能具有应用潜力。

方钢管自燃煤矸石混凝土柱轴压性能研究

探究方钢管自燃煤矸石混凝土短柱的轴压性能,推广大宗固废自燃煤矸石在建筑工程中的应用。选取辽宁阜新地区自燃煤矸石,制作18根不同粗骨料取代率的方钢管自燃煤矸石混凝土柱并开展轴压试验,再进行取代率、含钢率设计参数变化对刚度、强度和延性3方面共6个轴压性能指标的参数分析、Spearman相关性分析和指标的回归分析。取代率100%较取代率0%的试件的弹性段刚度和极限应变分别提高了-23.36%和8.11%;含钢率为0.165的试件与含钢率为0.078的试件相比,其极限荷载、轴压刚度、强度系数和延性系数分别提高了23.17%、25.15%、-10.96%和16.95%;取代率从0%到100%,自燃煤矸石粗骨料与弹性段刚度、轴压刚度、延性系数和极限荷载的负相关系数分别为-0.84、-0.58、-0.53、-0.32,与试件的强度系数和极限应变的正相关系数分别为0.69和0.37;在《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936—2014)基础上,对试件轴压承载力、极限应变和轴压刚度等6个轴压性能指标进行回归分析,计算误差均小于10%,本研究可为钢管自燃煤矸石混凝土柱的实际应用提供理论参考。

设缝方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为改善方钢管混凝土柱受力后钢管容易发生屈曲的缺陷,使用设缝钢管代替通长钢管制作相关构件并进行了轴向压力实验对两类试件的力学性能进行研究。通过研究发现钢管设缝后不承受轴向荷载作用、不发生屈曲。随着荷载增加,钢管对核心混凝土的约束效果明显,荷载位移曲线上构件B表现出良好的延性;构件B的承载力略低于构件A。实验后剖开构件发现,核心混凝土表现为被压溃破坏,但在外部钢管约束下,压溃后的构件依然能够承受荷载。相关试验现象说明设缝后钢管对核心混凝土的约束作用更明显,改善了混凝土的受力特点,核心混凝土在外部钢管的约束作用下不但核心承载力得到了进一步提高,还表现出了良好的延性。

基于辅助装置的钢管切割工艺研究

海洋油气平台在石油资源开发中扮演着极为关键的角色,管线是平台与导管架的重要组成部分,在小口径管线预制过程中通常需要使用工业切割机进行切割作业,这对于切割断口质量要求极高,将会直接影响到后续施工的管线组对精度与质量。过长的管线柔性较大,在切割过程中无法保证水平状态,导致端口不平整,切割精度控制难度较大,修口作业增加了额外劳动强度,浪费材料又增加了施工成本;本文介绍了一种基于辅助装置的钢管切割工艺,此装置通过转动手柄升降原理解决了传统方法无法实现高度微调的困难,相比较于常规作业方法在降低作业难度的同时有效保证了端口切割质量,降本效益显著,具有一定的工程意义和使用价值。

钢管再生混凝土柱研究综述

钢管再生混凝土的开发与利用是处理废弃混凝土、节约天然资源、贯彻新发展理念的重要方式。本文对钢管再生混凝土构件的粘结滑移性能、轴压性能以及抗震性能研究进展进行了系统整理与分析,旨在为钢管再生混凝土的推广应用提供参考。

钢管混凝土拱桥钢格子梁安装施工关键技术研究

以犍为岷江特大桥桥面系钢结构格子梁安装施工为例,介绍了钢管混凝土拱桥钢结构格子梁安装施工关键技术。钢管混凝土拱桥格子梁由钢结构纵梁、横梁通过栓焊结合方式拼装成型,与钢筋混凝土预制桥面板通过现浇钢筋混凝土方式组合为整体受力结构。钢结构格子梁作为桥面系受力、传力的关键结构,采用缆索吊装施工法,以及对称加载、栓焊结合连接、吊杆索力与桥面线形双重控制等方式安装。监测结果表明,钢格子梁安装施工质量控制效果较好。