异形钢管混凝土柱外套板式节点试验及数值模拟研究

本文提出一种异形钢管混凝土框架角柱外套板式节点。针对节点制作1种异形柱外套板式(BASE)试件进行拟静力试验,取得节点的滞回曲线、骨架曲线和破坏模式等。对BASE节点进行有限元模拟,验证了模型的正确性;对验证后的有限元模型进行变参数分析,研究外套板厚度、T型件翼缘厚度对节点承载力、耗能能力和延性的影响。试验结果表明:节点主要靠螺栓滑移和H型钢梁屈曲耗能,H型钢梁所形成塑性铰远离节点核心区域,属于典型的延性破坏,符合“强节点弱构件”的设计原则;参数分析中增加节点外套板厚度对节点的耗能能力和延性有一定提升,极限承载力没有较大变化;同时,随着T型件翼缘厚度增加,节点延性逐渐增大,耗能能力明显提升,极限承载力出现逐渐提前。

异形钢管混凝土拱桥拱座、斜腿局部应力分析

以雅安市石棉县城北至西区大渡河桥为工程背景,研究了拱肋、拱座及斜腿等关键部位受力特性。建立了三维有限元空间模型,分析了3种工况(恒载、斜腿拱脚最大轴力、斜腿拱脚最大负弯矩)下拱脚位置构件的应力分布规律。研究表明:拱座、下斜腿及拱肋整体受力良好,拉压应力均满足材料强度设计值;在拱座与斜腿交接处、拱脚与主梁交接处、拱肋与拱脚内部转角处、截面突变处产生了应力集中,宜增设钢板或者加强钢筋网的布置密度等来实现结构应力的分散。

兴隆76路中承式异形钢管拱桥总体设计

兴隆76路中承式异形钢管拱桥为成都市天府新区直管区川法生态科技园的一座标志性景观桥梁,跨径组成为32 m+96 m+32 m,主拱拱圈整体造型为人字形,截面形状呈蜜桃形,除了左右两拱圈交汇处采用变截面外,其余区段均为等截面,主梁为等高等宽连续钢箱梁,其桥面板采用正交异性板结构,吊杆上、下端均采用钢锚箱与主拱拱圈、主梁进行锚固。采用有限元软件对主桥进行整体静力及稳定性分析,结果表明:在施工阶段及运营阶段主拱和主梁的承载能力均满足设计规范要求,桥梁具有良好的静力性能。通过总结此类桥梁结构的设计形式及受力特点,可为后续其他类似桥梁的设计提供经验参考。

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析。结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒"S"形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著。

大跨异形钢管混凝土拱桥车载冲击效应分析

大跨度异形钢管混凝土拱桥的复杂造型使其结构动力特性极为特殊,车辆激励引起的桥梁振动十分复杂.为研究该类桥梁车辆冲击效应的特点和规律,以在建的长春市伊通河大桥为对象,应用自编的车桥耦合振动分析程序,对该桥进行了车桥耦合振动响应分析.从理论上分析了路面粗糙度、车速、结构阻尼对桥梁主梁、拱肋挠度和吊杆索力冲击效应的影响.结果表明:路面不平度对多拱肋异型拱桥振动响应的影响十分显著,维持路面平整可有效降低冲击系数;行车速度对冲击效应的影响与发生的卓越振动振型密切相关,并不一直随车速成正比增大;结构阻尼值在规范给定范围内变动时,对冲击系数影响不明显,设计中可偏安全地取阻尼比为0.5%.研究给出了该桥各主要构件的设计冲击系数取值的参考范围.

异形钢管混凝土柱研究现状

首先结合钢管混凝土柱、钢筋混凝土异形柱的优点和不足,介绍了异形钢管混凝土的特点和研究背景。从异形钢管混凝土柱的截面构成形式、静力性能和抗震性能介绍了国内当前异形钢管混凝土柱的试验研究与理论分析的部分研究工作;简要探讨了异形钢管混凝土柱的研究方法;并将已有异形钢管混凝土轴压承载力试验值与现有钢管混凝土不同规范的计算值进行了比较。结合已有的研究现状,提出了异形钢管混凝土柱尚有待进一步研究的若干关键力学问题,最后展望了异形钢管混凝土结构在工程中的应用前景。

中承式异形钢管混凝土拱桥动力特性分析

运用通用有限元软件ANSYS对某中承式异形钢管混凝土拱桥进行了动力特性的数值模拟分析,给出了自振频率和振型描述,并对自振特性的影响因素进行了研究。结果表明:主拱肋、竖吊杆、斜撑有助于增强拱桥的竖向刚度;副拱肋对拱桥面外振动影响较大,其外倾角影响结构整体刚度;横撑、斜撑的设置有助于提高拱肋的横向刚度,增强抗风的稳定性;二期恒载集度对竖弯振动影响较大;边界条件对拱桥的动力特性有显著影响。研究结果可以为同类桥粱的抗震设计提供参考。

多拱肋宽幅异形钢管混凝土拱桥结构参数敏感性分析

为了分析多拱肋宽幅异形钢管混凝土拱桥的结构参数对其静力行为的影响,以某拱桥为背景,采用ALGOR软件建立精细有限元模型,研究二期恒载、整体升降温、拱肋钢管内填混凝土、拱肋钢管壁厚、索力(包括中吊杆、边吊杆及水平拉索)对结构变形和受力的影响;在此基础上,以边拱拱顶应力为例,探讨多参数对其静力行为的敏感性。结果表明:多拱肋宽幅异形钢管混凝土拱桥的各拱肋竖向变形呈现“M”形,几何参数变化对拱肋和钢主梁变形、应力有一定影响,但对吊杆和水平拉索的影响较小,且几何参数变小对结构静力行为的影响相对显著;整体升降温对结构力学行为影响最显著;影响水平拉索和中拱吊杆永存应力主要参数为边拱吊杆张拉力,对拱肋横向变形敏感的参数为边拱、中拱和水平拉索的张拉力;边拱拱顶应力多参数敏感性分析亦显示整体升降温影响最显著,且应考虑参数间交叉影响;通过试验设计得到的回归公式,可不必再进行有限元数值分析而得到不同工况下的响应值。

新型异形钢管混凝土节点力学性能试验及有限元分析

为了研究新型异形钢管混凝土节点的抗震性能,对5个缩尺比为1/2的节点模型进行了低周反复荷载试验,对其滞回曲线、承载力和耗能进行了分析。分析结果表明:内隔板式异形钢管混凝土节点承载力高,抗震性能好。在试验的基础上,利用ANSYS软件对试件进行了有限元模拟,计算结果与试验结果符合较好。由有限元分析得出试件在各个受力阶段混凝土损伤、应力的发展规律,获得了钢管约束力对节点域混凝土力学性能的影响规律。

高温作用下再生异形钢管混凝土短柱轴的压力学性能研究

以高温加热温度、钢材保护层厚度、恒温时间为变量,为研究高温作用下再生异形钢管混凝土短柱轴的压力学性能,对10个不同试件进行高温加热后的抗压试验,观察不同温度后试件的受力破坏过程,获取荷载-位移全过程曲线和剩余承载力等数据,并对各参数对其力学性能的影响予以分析。结果表明,高温作用下再生异形钢管混凝土短柱轴的受压破坏过程及形态与常温下基本相同。高温再生异形钢混凝土柱的轴压刚度和剩余承载力退化明显,且温度越高,退化程度越大。当400℃以下时,再生异形钢管混凝土短柱轴剩余承载力衰减不明显,在温度从200℃升高到400℃时,P_u（T）/P_u值从23.0减小到17.0;在400～700℃,随着温度的提高,剩余承载力持续降低,700℃时,P_u（T）/P_u值减小约45.0。

异形钢管混凝土柱偏压承载力统一算法研究

为方便T形、L形和十字形钢管混凝土柱的工程设计,结合国内外相关规程计算方法,采用自编程序对异形钢管混凝土柱压弯相关方程曲线进行了计算分析,提出异形钢管混凝土柱偏压承载力统一算法,最后对不同截面形式及构造的异形钢管混凝土柱偏压承载力进行了算法验证.结果表明:统一算法力学意义明确,操作简单易行,具备一定的安全储备;承载力试验值与计算值比值的均值为1.1~1.4,其计算精度与荷载作用截面的工程轴有关.统一算法的提出补充完善了异形钢管混凝土柱计算理论,利于异形钢管混凝土结构的推广应用.

常温及火灾后异形钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过对8根试件中6根受火后的T形钢管混凝土短柱轴及2根未受火T形钢管混凝土短柱轴受力性能的对比试验,分析了混凝土短柱轴火灾后轴压力学性能。试验结果表明,混凝土短柱轴无论受火温度为多少,其荷载随着位移的增加而增加,在增加到一定程度后趋于稳定。随着混凝土应变的增大,尽管受火温度不同,但混凝土短柱的应力均随着应变的增大呈现先增大后减少的趋势。随着火温持续时间的延长,T形钢管混凝土短柱的剪力滞比基本呈上升趋势,当火温持续120 min时,剪力滞比最大值接近7.0。随着挠度的升高,温度随挠度升高而呈非线性增加,在挠度达500 nm后,温度增长速度变快。未受火灾的T形钢管混凝土在混凝土变形ε/με为2 000时,荷载出现最大值;而火灾作用后,在ε/με为6 000时,荷载出现最大值。

异形钢管混凝土压弯构件承载力相关方程

采用极限状态设计方法推导L形及T形钢管混凝土压弯构件轴力弯矩相关方程的解析解。利用有限元软件Opensees建立纤维模型,进行参数算例分析,得到轴力弯矩(N-M)关系曲线,并将数值计算结果与推导出的方程解析解进行比较。结果表明,有限元计算得到的轴力弯矩(N-M)关系曲线与方程计算曲线符合较好,说明采用极限状态进行异形钢管混凝土压弯构件轴力弯矩相关方程的解析解推导合理。现行规范缺乏异形钢管混凝土结构的相关内容,所推导的异形钢管混凝土压弯构件承载力方程对现行规范进行了较好的补充,具有一定的工程应用价值。

大截面异形钢管柱混凝土泵送顶升施工技术

以天津周大福金融中心工程为背景,针对外框钢管柱的特点,介绍了钢管内高强度高性能混凝土顶升施工方法,重点阐述了钢结构深化设计改进、钢管柱顶升口优化、桁架层钢管柱混凝土施工以及多腔钢管柱顶升控制等多方面内容。通过对钢管内混凝土采取顶升施工技术,在保证施工质量的同时大大缩短工期、降低施工成本。

天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土温度场试验研究

天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土单次浇筑体量大,水泥水化放热量巨大,造成混凝土绝热温升高、里表温差大,容易导致混凝土温度应力过大而发生开裂,影响巨型柱施工质量及力学性能。依托天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱施工实际,通过模型试验监测分析巨型柱内部混凝土温度场分布规律,包括前3 d及28 d的温度变化、里表温差、表外温差、降温速率、绝热温升及降温系数,为实际施工中混凝土的热工计算、施工及养护措施的制定、低水化热混凝土的效果验证、混凝土温度应力及开裂指数的研究提供科学有效的数据。

异形钢管混凝土短柱轴心受压力学性能试验研究

目的:了解异形钢管混凝土短柱的受力、变形机制和破坏形态,着重考察约束效益系数对异形钢管混凝土短柱的力学性能影响。方法:设计制作了4个T形钢管混凝土短柱和4个L形钢管混凝土短柱,通过轴心受压试验来实测试件极限承载力和荷载-位移曲线,分析约束效益系数对异形钢管混凝土短柱力学性能的影响。结果:试件压坏现象明显,呈现出局部鼓曲或角部开裂两种破坏形态,且开裂集中在T形试件腹板处和L形试件内角处。结论:提高约束效益系数能有效提高试件极限承载力和改善试件后期承载能力;试件工作状态可分为三个阶段;T形试件腹板处和L形试件内角处易出现应力集中。

基于影响矩阵法异形钢管混凝土拱桥吊杆张拉施工控制

以浙江省宁波市杭州湾新区某座异形钢管混凝土拱桥为工程背景,采用以吊杆索力控制为主的影响矩阵法,通过Midas软件建立模型,并进行吊杆施工张拉力计算及吊杆索力微调。结果表明:影响矩阵法计算速度快,收敛效果较好,通过2个阶段计算,较好地消除了结构非线性以及支架边界条件复杂性等对吊杆索力误差的影响。通过与现场监控的实测数据进行比较,吊杆最终实测索力误差均能满足规范要求,可对拱桥吊杆张拉施工进行精准控制,为同类型桥梁吊杆张拉施工控制提供参考。

异形钢管混凝土柱-钢梁节点研究

介绍了梁柱节点的3种连接形式,并对当前现有节点进行了比较分析,讨论了其在异形钢管混凝土柱结构体系上使用的可能性,指出现有节点有些不适用于异形钢管混凝土柱框架结构体系,能够使用的也不能完全达到预期的效果。对比分析确定穿芯式节点比较符合要求,并简要介绍了异形钢管混凝土柱框架节点的研究现状。最后对该节点后续的研究提出了一些看法和建议。

异形钢管混凝土构件受弯承载力计算

采用极限状态设计方法对异形钢管混凝土构件受弯承载力计算公式进行了理论推导。基于有限元软件Opensees建立纤维模型,对异形钢管混凝土构件进行大量参数计算,得到弯矩-曲率曲线,参数包括肢长、肢宽、钢管厚度、混凝土强度和钢材强度。结果表明,数值计算曲线和简化模型计算曲线吻合较好,说明了建立模型的合理性。在较大参数范围内计算了异形钢管混凝土构件的弯矩-曲率曲线,采用参数回归方法建立了异形钢管混凝土构件弯矩-曲率曲线简化数学表达式,为定义异形钢管混凝土柱塑性铰属性提供了有效的方法。

异形钢管混凝土结构研究

由于异形钢管混凝土结构具有的独特优势,越来越多的研究人员开始参与到异形钢管混凝土结构的研究中来。目前研究当中,已表明异形钢管混凝土柱在轴压作用下,具有较高的承载力及其延性,在偏压或压弯作用下,异形钢管混凝土在设置了拉杆或者在混凝土内部配置了钢筋后,同样具有很好的延性与承载力。并且在实验室的模拟地震试验中,异形钢管混凝土结构的整体抗震性能良好,具有不错的塑形变形能力与耗能能力。