螺旋加劲大径厚比方钢管混凝土叠合柱偏心受压非线性行为研究

大径厚比钢管混凝土构件局部屈曲问题较为突出,在螺旋加劲肋新型约束形式基础上,提出了螺旋加劲方钢管混凝土叠合柱。通过偏心受压试验研究发现,螺旋肋可对大径厚比方钢管形成较好的约束,局部屈曲显著减小,构件承载力与变形能力得到有效提高。基于试验结果,采用ABAQUS有限元软件对该新型组合构件进行了参数分析,研究了钢管厚度、螺旋肋宽厚比、钢筋直径及偏心率的影响规律。结果表明:偏心率增大,试件承载力降低,延性增加;减小钢管宽厚比和增加钢筋直径,承载力和延性均有明显提升;螺旋肋宽厚比对试件承载力影响不大。基于数值分析结果,给出了设计建议;并对该叠合柱偏心受压承载力计算方法进行了研究,提出了考虑螺旋肋影响的实用计算公式。

配筋钢管掺沙漠砂混凝土短柱力学性能研究

为探明掺沙漠砂混凝土对构件轴压力学性能的影响,以相同含钢率为基础制作了两种强度等级的掺沙漠砂混凝土的钢筋混凝土(RC)、钢管混凝土(CFST)和配筋钢管混凝土(RCFST)短柱试件,为了对比同时制作了相同的普通混凝土短柱试件。对照分析了破坏模式、峰值荷载、力学性能和延性,并利用试验数据验证了RCFST承载力是否等于CFST与纵筋强度的叠加。结果表明:掺有沙漠砂的RC、CFST和RCFST短柱轴压力学性能与相对应的普通混凝土试件相似,沙漠砂的掺入对构件力学性能影响不大;在相同含钢率下CFST与RCFST峰值荷载及延性相接近;现行规范公式可计算掺沙漠砂混凝土的CFST与RCFST轴压承载力,RCFST承载力可用CFST与纵筋强度的叠加承载力来评估。

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。

圆钢管UHPC短柱偏压性能与承载力计算研究

基于圆钢管UHPC短柱偏压的试验研究,利用有限元分析软件ABAQUS建立了圆钢管UHPC偏压短柱的有限元模型,并进行数值分析。通过对比试验与有限元模拟的荷载-位移曲线和破坏形态,验证了有限元模型的适用性。基于此进一步研究了偏心率、钢管径厚比、钢材强度和UHPC强度对试件荷载-位移曲线的影响。结果表明:偏心柱的跨中截面区挠度明显,构件出现典型的压弯破坏模式;偏心柱的承载力与偏心率和径厚比成非线性下降关系;UHPC强度或钢材强度的提高可以有效增强偏心柱的承载能力。其中偏心率对钢管UHPC偏压构件力学性能影响最为显著。最后基于叠加原理,结合试验结果计算得出UHPC的等效强度系数α和等效受压区高度系数β,建立了圆钢管UHPC短柱偏压承载力的计算公式。

带拼接板螺栓连接耗能梁段的可恢复功能钢框筒结构抗震性能研究

为了提升传统钢框筒结构的延性和耗能能力,提出采用拼接板螺栓连接的可恢复功能剪切耗能型钢框筒结构(FTS-SRSL),该结构结合了可更换剪切型耗能梁段和钢框筒结构具有良好的抗震性能。该文对一个2/3缩尺的单层单跨FTS-SRSL子结构试件进行了往复加载试验,试验结果表明,FTS-SRSL子结构试件具有良好的抗震性能,结构损伤集中于耗能梁段,且耗能梁段可实现更换。在试验的基础上,以耗能梁段长度比、耗能梁段腹板加劲肋间距、螺栓直径、翼缘拼接板和腹板拼接板厚度为参数,利用ABAQUS建立了15个足尺的单层单跨FTS-SRSL有限元模型,探究各模型的抗震性能,包括承载力、刚度、耗能以及塑性变形能力。有限元分析结果表明:改变拼接板螺栓连接的剪切型耗能梁段长度比会显著影响结构的承载力、刚度及耗能,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段长度比取0.73~1.09;改变耗能梁段腹板加劲肋间距对结构的承载力、刚度和耗能影响较小,基于该文的分析结果,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段腹板加劲肋间距取e/4~e/3(e为耗能梁段长度),且间距应满足我国抗规的规定;改变翼缘拼接板和腹板拼接板厚度对结构的承载力、刚度及耗能基本无影响;改变螺栓直径对结构承载力、刚度及耗能影响较小。

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。

轻质墙板对钢管组合异形柱框架结构自振特性影响分析

为合理考虑轻质墙板刚度对钢框架整体结构自振特性的影响,提出了一种对角弹簧斜撑简化模型。推导了对角弹簧刚度与墙板刚度贡献的换算关系;采用有限元精细分析方法,对比了墙板刚度简化模型和实体模型的分析结果,验证了简化模型的可靠性。利用对角弹簧斜撑简化方法考虑内嵌墙板刚度的影响,对内嵌轻质墙板的方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)框架算例进行了结构自振特性分析,研究了墙板填充率、墙板布置对整体结构自振特性的影响。结果表明:考虑轻质墙板的刚度贡献,周期折减系数取值为0.85~1.00,设计中可按墙板填充率在该区间线性插值得到合理的周期折减系数。结构平动振型的周期折减主要与平动方向上的墙板填充率有关;扭转振型的周期折减不仅与墙板填充率有关,也受墙板布置的影响。

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。

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。

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.

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。

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。

火灾后设置加劲钢筋的十字形薄壁钢管混凝土短柱轴压机理

利用ABAQUS软件,建立了火灾后设置加劲钢筋的十字形薄壁钢管混凝土短柱的有限元分析模型,在验证模型有效性的基础上,研究了钢管和核心混凝土协同作用机理、钢管对核心混凝土法向接触力分布规律、核心混凝土的纵向应力分布规律。研究结果表明,火灾后钢管混凝土短柱受压过程分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段或下降阶段;钢管承担的荷载比例随受火时间延长而增大;钢管与混凝土之间的相互作用随升温时间、宽厚比和加劲钢筋间距的增加而减小。

上承式钢管混凝土拱桥车-桥耦合振动分析

采用分离法建立车-桥耦合振动分析模型,将其分离为车辆、桥梁两种模型,并建立相应的独立运动方程,根据两模型在车轮接触位置处的位移和受力协调条件,通过迭代法分析求解。以通用有限元软件ANSYS为依托,以一上承式钢管混凝土拱桥为工程实例,分析了桥面平整度和拱肋核心混凝土脱空率对桥梁动力响应的影响程度。结果表明:相较于其他因素,桥面平整度对桥梁动力响应的影响较大;在L/4位置处,脱空率对桥梁动力响应的影响比拱顶位置处要大;实际桥梁冲击系数计算过程中应该计入桥面平整度的影响。

高强材料对方钢管混凝土柱滞回性能的影响分析

为了探究在低周往复荷载作用下,同时采用高强钢材和高强混凝土对方钢管混凝土柱滞回性能的影响,采用ABAQUS有限元分析软件建立了该类构件的数值分析模型。通过与已有试验结果进行比较,验证所建模型的准确性。并基于所建模型,通过改变钢材屈服强度和混凝土抗压强度,以分析不同材料强度对方钢管混凝土柱荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、承载力及耗能能力等方面的影响。研究结果表明,在方钢管混凝土柱中,引入高强钢材和高强混凝土,能够提高该类构件的承载能力和耗能能力,较好地改善该类构件的抗震性能。

钢管混凝土墩在市政桥梁工程中的优势及应用

随着城市的发展,城市道路负荷越来越大,极大地影响居民的出行便利。因此“疏堵”工程就必须要求“短、平、快”的施工工艺,相较于传统的现浇桥梁,钢管混凝土墩在市政桥梁工程进度、质量安全、交通影响等方面具有明显优势。本文结合工程实例,通过对比,阐述了钢管混凝土墩施工工艺、质量控制要点及应用优势,更好地符合现代市政工程桥梁施工要求。

不锈钢翅片管式换热器性能试验研究

为满足强腐蚀性制冷工艺环境要求,分别对不锈钢管铝翅片换热器和全不锈钢翅片管式换热器进行测试,并从传热系数、空气侧和水侧阻力等方面进行对比分析。结果表明:不锈钢管铝翅片换热器和全不锈钢翅片管式换热器的传热系数分别约为铜管铝翅片换热器的60%和25%;相同条件下全不锈钢翅片管式换热器的空气侧和水侧阻力均大于不锈钢管铝翅片换热器。拟合的不锈钢翅片管式换热器的空气侧和水侧阻力计算式供参考。

600 MW超超临界机组S30432钢内壁氧化膜变化规律及水蒸气氧化动力学

通过SEM对某600 MW超超临界机组运行80000 h后的S30432钢高温再热器管内壁氧化膜进行氧化膜形貌和膜层结构分析,再用EDS、XRD对氧化物中成分测定,并分析氧化膜形成.依据氧化膜厚度评估其脱落风险.测定在640、670、700℃下S30432钢水蒸气的氧化膜厚度和时间的动力学曲线,确定炉管的运行温度和对氧化的影响.结果表明:氧化膜在形成和变化中,存在晶粒变化和成分变化.晶粒变化主要是由融合状的纳米级晶粒长大为颗粒状或碗状微米级晶粒,由表及里,晶粒越来越细小.依氧化膜厚度推算的运行温度为670℃,处于超温运行状态;S30432钢产生氧化膜脱落的厚度为39.81μm,初生氧化膜厚度远大于39.81μm,处于随时脱落状态,再运行8552 h后次生氧化膜会达到脱落阈值厚度,管内存在氧化膜大量脱落并堵塞弯管引起爆管的巨大风险.

房屋建筑工程中钢管混凝土的施工技术研究

针对房屋建筑工程中钢管混凝土的施工技术,研究提出了一种利用碳纤维增强基复合材料包裹受损区域的修复技术,以此提高钢管混凝土柱的承载能力。研究结果表明,该方法显著提高了构件的承载能力,修复后的构件承载力较修复前提高了14.8%。该技术不仅有效增强了受损构件的承载力,还显著提升了其安全性和耐久性。该研究为房屋建筑工程中钢管混凝土柱的施工和修复提供了新的技术方向,具有一定的经济价值。