爆炸荷载下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的动力响应数值模拟

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出了一种新型预制节段拼装双层钢管混凝土(PS-CFDST)组合墩柱.基于非线性显式动力分析程序LS-DYNA建立了新型PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下动力响应分析的精细有限元模型,并通过已有试验结果验证了模型的准确性.对爆炸荷载作用下PS-CFDST墩柱的动力响应进行数值模拟分析,研究了PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下的破坏过程、损伤机理和耗能机制.运用参数化分析方法,研究了爆炸距离、节段数量和预应力水平等关键参数对PS-CFDST墩柱动力响应的影响,并在此基础上提出了PS-CFDST墩柱的抗爆设计建议.结果表明:PS-CFDST墩柱除通过材料塑性损伤耗能之外,节段接缝界面滑移耗能机制对耗能贡献可达40%以上;增大墩柱可接近距离是提升墩柱抗爆安全性的有效手段,增大预应力有利于减小柱中最大水平位移和墩底剪切滑移,从而提升PS-CFDST墩柱的抗爆性能.

节段料石拼接构造对SCFST柱抗震性能影响有限元分析

为研究节段料石拼接构造对内填料石钢管混凝土(SCFST)柱抗震性能的影响,通过ABAQUS软件建立SCFST柱的数值模型。以轴压比、钢管厚度、料石尺寸、节段料石构造为变化参数,对12个试件进行低周反复荷载作用下的数值模拟。结果表明:内填料石可显著提高试件的初始刚度、承载力及耗能能力,但会导致试件延性系数降低;混凝土强度、轴压比对试件的初始刚度、峰值承载力及耗能能力影响不明显,但对延性系数影响较大;随着料石尺寸的增大,初始刚度基本不变,峰值承载力最多降低17.8%,试件延性系数略微降低,耗能能力显著提高;料石节段布置与料石整体布置试件的初始刚度、峰值承载力基本相当,但延性系数最多降低32.7%,且料石节段间填充混凝土拼接时可显著提高试件承载力。

钢管筒节段高精度加工制造技术研究

针对传统钢管筒节加工制作校圆工作量大,且易形成桃心型圆的难题,提出了钢板在卷板前将筒节钢板纵缝两侧预压制成圆弧状,并通过特制弧形样板校圆等一系列措施,形成成套钢管筒节段高精度加工制造工艺。最后,以乐望红水河特大桥主跨528 m钢管混凝土拱桥的拱肋筒节段加工制作为工程依托,将该技术应用于工程实践,实践结果表明:该技术能显著提高拱肋的加工精度和校圆效率。

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复。

自复位预制节段拼装中空夹层钢管混凝土桥墩地震易损性分析

为评估自复位预制节段拼装中空夹层钢管混凝土(Concrete-filled Double Skin Steel Tubular,CFDST)桥墩在地震动作用下的易损性,本研究基于现有的低周反复荷载试验数据,采用有限元分析方法,选用墩顶水平位移角和残余位移角2个指标作为评估标准进行定量分析。针对3种不同类型地震动(远场、近场无脉冲和近场有脉冲),分别建立了关于水平位移角和残余位移角2个指标的易损性曲线,并分析了不同损伤指标和地震动类型对其地震易损性的影响。研究结果表明,在自复位预制节段拼装CFDST桥墩地震易损性分析中,仅采用水平位移角作为损伤指标是安全可靠的;相比远场地震动和近场无脉冲型地震动而言,近场脉冲型地震动对自复位预制节段拼装CFDST桥墩的变形和自复位有显著影响。

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响,分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算,分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明:装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同,均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比,装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高;与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比,采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩,抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩,增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力,但降低了延性;增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性,建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58~0.90。

钢管混凝土剪力键抗剪性能研究

采用ABAQUS有限元软件建立了钢管混凝土剪力键数值仿真模型,并基于已有试验结果验证了数值建模的正确性;基于验证的模型,讨论钢管预埋深度、径厚比、抗剪栓钉及剪跨比等对钢管混凝土剪力键抗剪性能的影响,并提出了钢管混凝土剪力键抗剪强度及最小埋深计算方法。研究结果表明:钢管混凝土剪力键接缝直剪强度达到峰值承载力后抗剪强度缓慢下降,具有良好的延性行为。在一定范围内,钢管混凝土剪力键的抗剪承载力随着钢管混凝土剪力键预埋深度增大而增大,随剪跨比增大而减小;钢管截面面积对剪力键的抗剪承载力影响较小;当在钢管混凝土剪力键预埋端设置栓钉后,其抗剪承载力可提高约20%。

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

装配式钢管混凝土临时仰拱结构力学性能研究

为改善不良地质情况下隧道内临时支护的循环利用率和拆装便利性,提高其抗变形强度和综合施工性能,提出了一种新型的分段装配式钢管混凝土临时仰拱结构:以钢管内填充混凝土为结构主体,辅以卸荷快拆连接构件。设置4种埋深情况下的荷载条件,采用数值模拟和物理试验验证相结合的方式研究了此仰拱结构在不同工况下各节段力学性能和整体拆卸能力。结果表明:提出的临时仰拱结构受力对称,最大值出现在仰拱两端,弯矩、剪力零点位置近似处于整体结构的三分点位,以此确定了卸荷快拆连接构件的安装位置;不同埋深荷载下应力分布位置固定,不会随荷载增加而变化,从而保证结构整体分段安全可靠,可应对各种工况。同时,在90 kN轴压情况下拆卸力仅需210.6 N,人工利用扳手即可轻便快捷完成拆卸。

钢管混凝土拱肋节段模型试验

介绍了茅草街大桥主拱圈1∶5节段模型试验,试验模拟大桥的施工过程,得到了在各种荷载工况下拱顶节段钢管混凝土拱肋的应力分布,并与理论值进行了比较,跟踪实测了混凝土徐变对内力重分布的影响。

顶管法在地铁车站出入口下穿通道中的应用与设计

对于下穿道路或管线等构筑物的地铁出入口通道,选择何种经济合理的施工工法以满足通道上方的沉降要求、减小施工风险一直是个工程难题。结合哈尔滨市轨道交通一号线电表厂站5号出入口下穿通道工程,介绍一种钢管节顶进后浇筑钢筋混凝土内衬的顶管施工方案,对该方案的比选、施工工艺及钢管节的设计进行论述。该方案可有效降低施工风险、缩减工期、减小对城市交通及管线工程的影响。

钢管再生混合构件初探

从保护环境、节约能源、减少固体废弃物排放等角度出发,针对废弃混凝土构件的再利用问题,提出了钢管再生混合构件的概念。即将废弃混凝土构件去除保护层、纵筋、箍筋之后的核心部分整体或分段放入钢管内部,然后在二者之间浇筑新混凝土形成再生混合构件。初步比较了钢筋混凝土构件与钢管再生混合构件的力学性能及截面尺寸,并对后者的施工工艺进行了简要说明。研究结果表明:(1)在用钢量和截面尺寸相同的情况下,钢管再生混合构件的截面抗压和抗弯承载力分别比钢筋混凝土构件增加约15%~17%和27%~39%。(2)在用钢量和截面抗压承载力相同的情况下,钢管再生混合构件的截面面积大约比钢筋混凝土构件减小15%~18%左右。

钢管细微裂缝的图像图谱分割技术研究与仿真

对钢管细微裂缝的图像图谱分割时,在雨、雪气候下,容易出现生锈等情况,降低了采集的图像图谱特征的准确度,导致出现分割不准确的问题。为解决上述问题,提出细微裂缝图像序列动态目标检测和PCNN的图像特征提取法的钢管细微裂缝图像图谱分割技术。对细微裂缝预处理,结合细微图像序列背景估计算法排除生锈及自然环境带来误判的影响;然后进行灰度化和灰度级的处理,获取钢管细微裂缝图像样本,优化PCNN设定参数,实现钢管细微裂缝的图像图谱的准确分割。仿真结果表明,改进算法在分割时间、效果与去噪效果方面有明显的改善。证明了改进算法能提高细微裂缝图像图谱分割的准确度。

三层PE产生过程钢管传热理论建模方法研究

在对三层PE生产过程包覆段钢管中频加热、空气散热等过程传热方式分析的基础上,依据中频感应理论、传热理论及自动控制理论,提出了一种三层PE生产过程中钢管传热的理论建模方法,并与实验数据进行了比较,证明了此方法的正确性与可行性.

郑州东站五跨连续大跨管桁架安装施工技术

郑州东站主站房屋盖结构形式采用双向布置变截面钢管桁架组成的空间结构体系,桁架安装采用竖向同步、水平推进、分段吊装的施工方法。按吊装方案确定的分层和分段进行拼装,重点控制桁架的外形尺寸和节点连接;桁架卸载经过对结构进行计算分析,确定采用分区卸载的方案,最终确保了施工质量,缩短了工期,节省了费用。

北京奥林匹克公园瞭望塔工程高抛自密实法浇筑高强钢管混凝土施工技术

北京奥林匹克公园瞭望塔工程为高耸钢结构,为加强塔身主要受力构件——钢管柱,采用提高钢管内部混凝土强度和浇筑高度的方法来抵抗结构荷载。本工程钢管混凝土柱浇筑采用分段抛落法工艺,利用浇筑过程中高处下抛时产生的动能来实现自流平并充满钢管柱的施工方法。并采用了免振捣的自密实高强高性能混凝土,减小了混凝土收缩量,保证了钢管与混凝土之间可靠粘结,确保了混凝土的浇筑质量。

带圆弓形脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的滞回性能试验研究

为研究圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了16个钢管混凝土试件(包括8个带脱空缺陷试件、6个无脱空试件和2个空钢管对比试件)在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回试验,主要试验参数为:脱空率、轴压比和弯扭比。基于试验结果,考察了脱空缺陷对钢管混凝土压弯扭试件破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和应变发展等的影响,结果表明:圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件滞回曲线的形状影响不大,但会导致其达到极限荷载后的强化段刚度有所降低。试件的承载力、刚度和耗能能力均随着脱空率的增大而有所降低。变化轴压比对带缺陷试件的力学性能影响并不显著,而随着弯扭比的增大,脱空缺陷对试件极限承载力、刚度和耗能能力的影响有趋于显著的趋势,表明相较于受扭作用,脱空对钢管混凝土受弯性能的影响更为显著。

铁路桥梁钢管混凝土结构疲劳设计与试验研究

研究目的:铁路桥梁钢管混凝土结构在列车活载作用下杆件应力幅较大的特点,疲劳设计极为重要,但现行国内外桥梁结构设计规范均没有相关条文,为此开展铁路桥梁钢管混凝土结构疲劳设计与试验研究工作。研究结论:(1)收集了3座铁路钢管混凝土结构桥梁动载试验的实测冲击系数,拟合得出了适用于此类桥梁结构的列车活载冲击系数计算公式,保证了活载应力幅计算的可靠性;(2)介绍了管节点的几何、物理技术参数以及管节点应力集中系数和疲劳细节分类规定;(3)进行了板管节点构造的静力与疲劳试验,通过管管节点、板管节点的疲劳试验数据进行分析,提出了简单易用的管管节点、板管节点疲劳设计方法,解决了铁路桥梁钢管混凝土结构的疲劳设计问题;(4)研究成果可应用于各种桥梁工程钢管混凝土结构的疲劳设计。

基于管节变形控制的深中通道钢壳混凝土沉管无支撑仓格式浇筑顺序研究

为实现深圳至中山跨江通道(简称深中通道)钢壳混凝土沉管高精度高效率预制,开展钢壳混凝土沉管无支撑仓格式浇筑顺序研究。首先,研究考虑混凝土强度时变性、收缩徐变、水化热及自重共同作用的钢壳混凝土沉管施工变形仿真计算方法;然后,分析混凝土水化热温度场对管节变形的影响规律;最后,分析管节仓格浇筑顺序及有无设立支撑系统对沉管变形的影响,基于沉管变形控制要求,实现对钢壳混凝土沉管仓格合理浇筑顺序的优选。研究结果表明:1)混凝土水化热对管节最终变形影响较小;2)考虑智能台车浇筑效率及管节变形控制,棋盘式跳仓浇筑工艺最优;3)顶板浇筑时设立支撑系统对顶板变形影响较小,可取消。

自复位预制节段钢管混凝土桥墩拟静力试验数值仿真

为提高桥墩建造效率、降低桥墩局部损伤,将钢管混凝土(concrete filled steel tubular, CFST)用于预制桥墩节段,发展基于可恢复功能的自复位预制节段拼装钢管混凝土桥墩.在后张预应力预制节段拼装钢管混凝土桥墩缩尺模型的低周往复试验的基础上,基于ABAQUS软件建立自复位桥墩三维有限元数值仿真模型,利用试验结果验证数值模型的有效性.研究和分析水平拟静力往复加载下自复位预制节段拼装钢管混凝土桥墩的力学行为和抗震性能.研究结果表明:本文基于ABAQUS软件建立的三维有限元数值模型可以较好地体现自复位节段桥墩的局部损伤和非线性往复滞回力学行为.自复位节段拼装钢管混凝土桥墩的力-位移曲线为明显的旗帜形态.墩顶最大偏移率超过5.0%时,桥墩仍具有良好的自复位能力.轴心预应力筋张拉力随水平加载位移基本呈线性增加,加载结束后出现明显的预应力损失.墩底节段局部钢管发生屈服,但上部节段未出现明显局部屈曲现象.