平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。

变截面平缀管式钢管混凝土格构柱的抗震性能

应用OpenSEES通用程序建立变截面平缀管式钢管混凝土格构柱有限元模型,试件的分析结果与拟静力试验结果吻合良好。以柱肢坡度为计算参数,对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱开展抗震性能研究,探讨了构件的耗能能力、骨架曲线、结构延性、刚度退化等方面的受力性能和规律,并与等截面钢管混凝土格构柱进行对比研究。在此基础上进一步分析了轴压比、试件高度(长细比)、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、支主管管径比、钢材屈服强度、混凝土强度等参数对变截面平缀管式钢管混凝土格构柱抗震性能的影响,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和变截面钢管混凝土格构式桥墩的工程应用提供参考。

钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法

分析了现有钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法的假定条件和计算式,并将各方法计算的极限承载力与试验结果进行对比;以格构柱剪切柔度理论为基础,对钢管混凝土平缀管格构柱各变形项与总剪切变形量的比值进行分析,指出现有换算长细比计算方法的不合理之处。借鉴钢管混凝土(斜缀条)格构柱换算长细比乘法算法的计算思路,在剪切系数计算式中采用考虑节点构造参数影响的剪切柔度简化计算式,拟合得到放大系数与剪切系数的关系式。结果表明:采用所提出的换算长细比计算方法及GB 50923—2013中稳定系数计算方法得到的计算结果与试验结果吻合良好,证明该方法简单、实用且具有足够的精度。

平缀管式等截面钢管混凝土格构柱抗震性能试验与有限元分析

为研究低周反复荷载下平缀管式等截面钢管混凝土格构柱的抗震性能,进行共计7根试件的拟静力试验,重点考察不同柱肢混凝土强度、柱肢纵向间距、缀管竖向间距对此类构件刚度、强度和延性的影响。同时,基于Open Sees平台建立了采用纤维单元的有限元计算模型,对此类钢管混凝土格构柱试件的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等结果的分析表明:钢管混凝土格构柱试件具有良好的抗震性能,破坏形态均以整体压弯破坏为主,得到的水平荷载-位移滞回曲线饱满无捏缩;柱肢混凝土强度主要影响格构柱的承载力,随着混凝土强度等级从C40增加到C60,试件的承载力提高了5.7%;柱肢纵向间距由250 mm加大到650 mm,试件的承载力和位移延性系数分别提高了14.5%和6.8%;缀管竖向间距由200 mm增加到313 mm,试件的承载力和位移延性系数分别降低了12.9%和12.0%。

平缀管式等截面钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线计算方法

基于平缀管式等截面钢管混凝土格构柱在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验结果,采用Open Sees建立纤维单元杆系计算模型,对影响此类结构水平荷载-位移骨架曲线的主要因素进行参数分析。采用三折线简化模型模拟水平荷载-位移骨架曲线,通过理论推导或数据统计分析得到了平缀管式等截面钢管混凝土格构柱相关骨架曲线控制参数的简化计算公式,包括:考虑柱肢与缀管剪切变形的弹性阶段刚度的计算公式;基于塑性铰破坏并考虑轴力-弯矩相关曲线的水平峰值荷载的计算公式;基于数据统计分析并考虑实际工程需要的位移延性系数的峰值位移与极限位移的简化计算公式。与拟静力试验、有限元参数分析以及模拟实际结构尺寸扩大参数分析的结果进行的比较表明,三折线简化模型可以有效地模拟平缀管式等截面钢管混凝土格构柱的骨架曲线,相关骨架曲线控制参数的简化计算公式具有较高精度。

四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱恢复力模型研究

采用OpenSEES有限元程序，进行四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱抗震性能的参数分析．在此基础上，借鉴钢管混凝土单肢柱和等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线的计算框架，对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱骨架曲线的主要特征值（弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移、下降段刚度）及恢复力模型的计算进行深入探讨，并提出相应计算公式．选取干海子特大桥变截面格构墩对算法进行工程实例验证，骨架曲线和P-△滞回曲线的计算结果均与有限元数值吻合良好．最后提出适用于工程实际的四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱恢复力模型的实用算法．

超大跨径上承式钢管混凝土拱桥设计

大小井特大桥主桥为计算跨径达450m的上承式钢管混凝土拱桥。主拱肋选用变高四肢桁架形截面,为加强其稳定性,设置了较为强劲的横向连接系基本形成桁架箱形结构,腹杆等构件利用短接头连接和栓焊节点等方式保障了施工质量;拱上立柱采用部分钢管混凝土平缀杆格构柱配一体化箱形钢盖梁,结构新颖,传力明确;桥面系确定为双主梁钢-混组合梁形式,桥面板全宽预制装配化程度更高。采用有限元程序对该桥静动力及局部分析表明,结构设计基本合理。