超强薄壁钢管双排脚手架承载性能研究

目的 研究不同搭设参数对超强薄壁钢管双排脚手架承载力的影响,提出一种稳定承载力计算方法。方法 对2组足尺模型进行静力破坏试验,结合结构体系特点,建立考虑杆件初弯曲以及扣件半刚性的有限元分析模型;基于试验结果对数值模型进行验证,并对其进行参数化分析;通过改变搭设参数研究连墙件设置方式、立杆步距、扣件扭转刚度对架体承载力的影响;基于单杆轴压稳定公式提出架体承载力计算方法。结果 在极限承载力相同的情况下,超强薄壁钢管双排脚手架相比传统Q235钢管脚手架质量约降低82.7%,成本约降低70.6%;步距、连墙件设置方式、扣件扭转刚度对承载力有显著影响。结论 超强薄壁钢管双排脚手架体系具有轻质高强、施工效率高、节约成本等优点,有限元和试验结果较为吻合,提出的简化计算公式可为此类结构的设计提供理论依据。

内置薄壁钢管混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为降低成本和合理化利用材料的性能,提出了一种内置薄壁钢管混凝土叠合柱。在采用有限元软件ABAQUS对该柱进行有限元模拟时,将钢管外混凝土划分为2部分,分别给予不同的本构关系,用以保证有限元模型的精确性;通过有限元模拟分析,研究了混凝土强度等级、径宽比、径厚比,以及钢管屈服强度对内置薄壁钢管混凝土叠合柱力学性能的影响。结果表明,混凝土强度等级以及径宽比对构件力学性能影响较大。

极密实砂卵石层中薄壁钢管桩沉桩性能研究

笔者以在秘鲁某工程在极密实砂卵石层进行大直径开口钢管桩沉桩实践为研究背景,对薄壁钢管桩在极密实砂卵石层沉桩性能进行总结。工程实践表明:(1)YC40液压锤可以穿越极密实砂卵石层,并且可以满足贯入度要求;(2)极密实砂卵石层中,桩的承载力恢复系数为1.20~1.38;(3)在密实-极密实砂卵石层中,采用贯入度指标进行控制是合理的,采用标高控制误差较大;(4)密实-极密实砂卵石层中由于卵石的存在,其与常规岩土存在极大不同,常规工程设计参数的直接应用将会导致一定误差。

薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过 2 6根圆形、方形和八边形薄壁钢管混凝土短柱的轴压试验 ,研究了不同截面形状、宽 (径 )厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数对薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高 ,与常规壁厚的钢管混凝土短柱的轴压破坏模式相比也有较大的变化。通过试验数据的回归分析 ,提出了薄壁钢管混凝土短柱极限轴心抗压承载力的实用计算公式 ,探讨了短柱的截面形状、宽厚比、混凝土强度等级。

局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

为了研究FRP(Fiber Reinforced Polymer)增强薄壁钢管混凝土的抗震机理,提出FRP约束钢管局部屈曲应力-应变关系并建立FRP约束钢管恢复力模型,在此基础上建立FRP增强薄壁钢管混凝土柱滞回模型,开展FRP增强薄壁钢管混凝土柱拟静力试验以验证滞回模型的合理性,同时考查FRP布置方式对柱体抗震性能的影响,利用滞回模型对FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能机理进行分析。研究表明,薄壁钢管局部屈曲所导致的强度退化是柱体抗震性能劣化的主要原因,基于纤维力学特性合理设计FRP的增强方式可有效提升柱体的抗震性能。CFRP宜采用环向约束方式抑制薄壁钢管的局部屈曲;GFRP宜采用纵向抗弯方式提高柱体大变形下的承载能力。FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能主要由钢管承担,在本文研究参数范围内,薄壁钢管耗能占比超过80%,混凝土耗能介于10%～20%,纵向FRP耗能小于8%,对薄壁钢管实施有效约束后,其耗能可提高40%以上。

薄壁钢管混凝土拱架在隧道支护中的受力特性

结合济南某电缆隧道工程实例,设计5榀薄壁钢管混凝土拱架与1榀格栅钢架。试验探讨钢管壁厚、钢管拼接节点形式、有无混凝土填充对薄壁钢管混凝土拱架力学性能的影响,并与传统的格栅钢架进行比较。研究结果表明:在较短时间内,薄壁钢管混凝土拱架即能使围岩达到稳定,其抗变形能力要优于传统的格栅钢架;与普通套管相比,采用新型插入式灌浆节点连接的支架具有较强的抗变形能力;拱顶、节点以及柱脚位置应变的绝对值较大。采用有限元程序ABAQUS对试件进行分析,计算结果与试验结果吻合良好,计算模型及参数选取合理,可应用于类似工程。

薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

对 8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究 ,柱的长宽比为 1 4～ 40 ,管壁板件的宽厚比为 67～ 1 2 5。试验结果表明 ,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏 ,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏 ,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上 ,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数 ,在上述长宽比的范围内 。

薄壁钢管外粘钢加固理论研究

通过对比薄壁钢管外粘钢加固后的构造特点与轻夹芯 3层壁板的构造特点 ,得出薄壁钢管外粘钢加固后可利用轻夹芯 3层壁板的折合刚度的计算原理 ,将其换算为具有折合刚度和等效厚度的单层壳体。从而对加固后的组合结构可以直接利用薄壳理论进行力学性能分析 ,理论计算结果与试验结果对比 ,吻合较好 。

设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱优化设计

目的探索设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱的增强效果,并优化设计其相关参数.方法通过分析9个无肋、单向和双向设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱偏压和轴压的试验结果,用正交试验设计和多元回归分析评价了加载初始偏心距、设置直肋集合长度对长柱极限承载力的影响.结果设直肋薄壁钢管混凝土长柱能达到较高的极限承载力,与无肋的普通钢管混凝土试件相比,偏心距70 mm试件的极限承载力提高了18.7%,偏心距40 mm试件提高了18.4%,轴压试件提高了21.1%.结论正交设计和多元回归分析证明设直肋能显著改善薄壁钢管混凝土的承载力,显示了优异的结构特征.

方形设肋薄壁钢管混凝土柱的恢复力模型

为了研究薄壁钢管混凝土柱的抗震性能,对6根方形设肋薄壁钢管混凝土柱在反复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究,试验主要参数为轴压比（n=0.3-0.6）.结果表明：当轴压比≯0.5时,滞回曲线较为饱满,延性系数均〉3以上.随着轴压比的增大,构件的承载力略有提高,延性明显降低.采用有限元程序ABAQUS6.5计算每个试件的荷载-位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上进行参数分析,研究混凝土强度、钢板强度、轴压比、长细比、钢板厚度对构件滞回性能的影响.并通过回归分析建立了薄壁钢管混凝土压弯构件的荷载-位移恢复力模型,模型的计算结果与试验结果吻合较好.

薄壁钢管材料参数反求

针对薄壁钢管材料参数确定问题,采用有限元软件与遗传算法相结合的反求方法,确定了钢管的材料参数,并验证了这些参数。首先,建立了反求需要的计算模型,开发了参数反求程序;其次,对参数反求程序的收敛性进行了研究,结果显示该方法有较高的收敛精度;然后,建立了试验系统,通过试验获取了反求需要的材料参数;再次,根据试验测试的力与位移的关系,反求出了钢管的材料参数;最后,用一个试验实例及其仿真,验证了反求参数在工程应用中的可行性。采用该方法确定防撞杆的材料参数,对于提高汽车整体仿真精度有一定意义,该方法还可用于确定其他薄壁管材的材料参数。

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明:薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。

方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力

采用双剪统一强度理论,综合考虑方形薄壁钢管的局部屈曲效应以及轻骨料混凝土与普通混凝土多轴强度准则差异的影响,推导出了方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,同时分析了拉压比、材料强度参数、宽厚比和混凝土强度对极限承载力的影响。结果表明:该计算结果与文献试验结果吻合良好,验证了公式的合理性;该结果为方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力分析计算提供了理论依据,具有工程参考价值。

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高.通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数.计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10 0左右.从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b/t.

薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的试验研究

进行了8根圆形薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的试验研究,对试验现象、破坏形态作了描述,探讨了径厚比、长径比和环箍等因素对圆形薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的影响。

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。

方形薄壁钢管混凝土柱的耐火性能研究

为研究薄壁钢管混凝土柱的耐火性能,进行4个方形薄壁钢管混凝土柱在标准升温曲线下的耐火试验。试验参数为荷载偏心率、是否设置加劲肋以及是否设置防火保护。基于试验结果,研究方形薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态、温度场分布和耐火极限,并将其耐火性能和普通钢管混凝土柱进行比较。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。

薄壁钢管自密实混凝土支架在隧道中的应用

针对隧道支护结构承载力发挥不充分、耐久性差等问题,文章以理论计算为基础,提出了以薄壁钢管混凝土支架为主的支护方法。首先较为准确地计算出隧道所需支护力、支架在原岩应力作用下的结构内力,并且支架始终满足支护力大于结构内力;然后设计了薄壁钢管混凝土支架支护方案;最后对薄壁钢管混凝土支架的压力和位移进行监测分析。监测结果表明:支架所受最大压力不超过1.50 MPa,所受最大位移不超过60 mm,满足隧道支护要求。

薄壁钢管混凝土节点的试验研究与ANSYS有限元分析

通过对8个薄壁钢管混凝土柱与组合梁节点的试验研究,得出了各类节点受力性能的一般规律.试验证明,各节点均具有较高的承载力和较好的延性性能.采用ANSYS有限元程序中的Solid 65单元和Shell 181单元分别来模拟组合梁、柱中的混凝土和薄壁钢板对节点进行有限元分析,理论计算结果与试验基本吻合.