钢管混凝土加劲混合结构轴心受压工作机理及可靠性分析

钢管混凝土加劲混合结构是由内置钢管混凝土部分和外包钢筋混凝土部分混合而成的结构,由于其在承载力、刚度和延性上的优势,已在工程结构中得到应用。国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》(GB/T 51446—2021)给出其轴压承载力和刚度计算方法。但以往研究主要针对单一参数,尚缺少多参数耦合作用下受力机理研究;且亟需验证承载力计算方法的可靠性,为各行业下的安全性设计提供依据。该文首先建立了轴心受压试验数据库,分析了影响该类结构轴压性能的关键参数;之后,运用验证后的精细化有限元模型开展多参数耦合作用分析,明晰多参数耦合作用对结构刚度、承载力的影响规律,弥补试验研究的局限性,并进一步揭示结构在短期、长期荷载下的内力分布规律,为长期服役下安全性分析提供依据。在参数分析的基础上,开展可靠性分析,确定该类结构在房屋建筑、铁路桥涵、公路桥涵和港口工程中的可靠度指标,验证国家标准中轴压承载力设计方法的可靠性。

拱形钢管混凝土加劲混合结构力学性能试验研究

近年来,拱形钢管混凝土加劲混合结构在我国西南地区的拱桥工程中得到应用。它具有结构形式新颖、受力性能好等优点。依托四川省广安官盛渠江大桥工程,设计了3个跨度为10m的拱形钢管混凝土加劲混合结构模型,开展了拱形试件在竖向集中荷载作用下的力学性能试验研究。试验结果表明,内部钢管混凝土劲性骨架的存在可以提高整体拱结构的承载力和刚度,并有效控制外围混凝土裂缝的开展。因此,拱形钢管混凝土加劲混合结构具有较好的力学性能,在实际工程中具有良好的推广应用前景。

加劲交叉梁结构的设计与施工

针对网架结构和组合网架结构的缺陷，提出一种结构做法——加劲交叉梁结构，指出该种形式的良好工作性能和方便的设计与施工。

加劲柱壳结构外压屈曲问题的柱壳有限条元法

半解析柱壳有限条元法由于采用了解析函数与离散多项式函数相结合的位移模式,不但减少了自由度,提高了计算精度,还能方便地处理各种复杂的结构及其不同的连接方式。考虑加劲环被嵌固的影响,采用该方法对加劲柱壳结构外压作用下的失稳屈曲问题进行了分析研究,并通过算例得出加劲柱壳结构外压失稳的欧拉曲线,验证了半解析柱壳有限条元法的正确性与合理性。

非加劲钢板墙结构研究

针对非加劲墙板的研究现状,首先介绍了非加劲墙板的两种类型,即厚墙板及薄墙板,其次结合工程应用对非加劲墙板的理论进行了研究,最后描述了非加劲墙板的主要性能,包括力学性能和使用性能,为该结构的进一步研究提供参考。

钢管混凝土混合结构设计原理及其在桥梁工程中的应用

钢管混凝土混合结构是由钢管混凝土和钢或混凝土通过优化混合而成的一类高性能结构,成为我国强震区桥梁主体结构的优选形式之一。文章简要论述了两种钢管混凝土混合结构的工作机理和设计原理,即:①桁式钢管混凝土结构,由钢管混凝土弦杆和钢管腹杆混合而成的桁式结构;②钢管混凝土加劲混合结构,由内置的多肢桁式钢管混凝土及其外包的钢筋混凝土混合而成的空心结构。文章还论述了钢管混凝土混合结构在桥梁工程中的应用情况,并展望了该类结构的发展前景。

基于ANSYS考虑外围混凝土约束作用的底孔钢衬结构设计

以国外某水电站大坝底孔钢衬圆变方渐变段为研究对象,探讨考虑外围混凝土约束作用的底孔钢衬结构设计。采用三维有限元法分别计算了底孔渐变段钢衬在不同工况下的应力,与不考虑外围混凝土约束作用的计算结构对比表明:考虑外围混凝土约束作用的底孔钢衬结构设计可以有效缓解钢衬及加劲结构的应力集中现象,减小钢衬和加劲结构壁厚,降低加劲结构高度,增大加劲结构间距,进而减少钢衬的总重量,且方便钢衬制作安装。

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。

桁架加劲单层网壳钢结构冷却塔结构优化设计研究

传统混凝土冷却塔应用广泛,但在设计施工、日常维护方面存在问题.钢结构冷却塔由于结构轻巧、抗震性能好、施工快速、经济性优良等优点在大型发电厂中已得到应用,且具有广阔的发展空间.本文提出一种新型的桁架加劲单层网壳钢结构冷却塔,基于应力控制原则建立了优化设计方法,提出一种分步优化松弛迭代算法,重点解决了优化过程中迭代收敛性的问题.针对与几何尺寸和结构构造相关的5个主要参数,进行了正交试验,以总用钢量和塔顶最大侧移为设计指标,通过优化设计和方差分析,发现环向桁架个数是最为重要的影响参数.与已建成的双层网壳冷却塔进行了基频、总用钢量、塔顶最大侧移和弹性屈曲荷载的对比,表明在满足侧移等设计指标的情况下,该新型冷却塔在用钢量上具有明显优势.

钢—混凝土组合桁梁桥节点受力特性有限元分析

组合节点是组合桁梁桥中的重点部位,是梁体传力的核心环节。本文以大西线晋陕黄河特大桥钢桁加劲组合结构为例,通过有限元软件对该组合结构关键节点区域的试验模型进行计算分析。分析得出:在节点进入屈服阶段之前,结构整体受力特性良好,屈服点荷载约在4 400 kN左右;弦杆混凝土、钢构件及斜腹杆的应力分布基本符合受力规则,节点处受力较为复杂,左右腹杆受力基本对称。分析结果可与模型试验结果相互验证。

FSM-Monitoring of Fatigue Crack in Lattice-Stiffened Steel Plate Deck for Bridge Structures

For elucidating applicability of FSM （field signature method） on detection of fatigue crack initiation and monitoring of its propagation, a series of fatigue tests on steel plate decks （4,625 × 2,250 mm^2） stiffened in lattice-shape by longitudinal and lateral ribs was carried out by using a wheel load traveling test machine. The fatigue crack was observed by visual inspection at the weld toe between the deck plate and the longitudinal rib when the number of wheel load traveling repetition was around 210 thousands. The response of FSM-monitoring, which was the potential difference change between the sensing pins （pair）, became clear when the number of the repetition was around 190 thousands. The fatigue crack initiation could be detected by FSM considerably earlier than visual inspection. The fatigue crack propagation such as the direction could also be monitored even though the distance of the sensing pins was extended to 230 mm. On the other hand, the electric field analysis for the virgin situation without any cracks was carried out. The results of analysis indicated that 60 mm length of crack which could not be confirmed by visual inspection could be detected by FSM.