薄壁钢箱混凝土短柱的弱约束效应

为研究薄壁钢箱混凝土的弱约束效应,开展了9个薄壁钢箱混凝土短柱轴压试验和6个圆形钢管混凝土、普通钢筋混凝土短柱对照组试验,获得了构件破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载能力、组合强度、轴压刚度、截面应变分布等力学行为。与圆形钢管混凝土、普通钢筋混凝土构件进行对比分析,系统阐明了薄壁钢箱对混凝土的弱约束效应、薄壁钢箱与混凝土的变形协调关系。基于薄壁钢箱对混凝土强度的提升贡献,建立了考虑弱约束效应的薄壁钢箱混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:极限承载力和轴压刚度随含钢率、约束效应系数的增大而增大,随钢板宽厚比的增大而减小;弱约束效应下,薄壁钢箱在30%~40%极限荷载时局部鼓曲,此后钢箱与混凝土出现变形不协调现象,混凝土达到极限状态时呈脆性压溃,截面有效承压面积减小、下降段陡峭、承载力下降迅速,但后期依靠钢箱维持承载而延性较好;矩形钢箱混凝土和圆形钢管混凝土在小含钢率情况下,弹性、弹塑性阶段的力学行为相似、极限承载力和轴压刚度相近,但圆形截面呈延性破坏且下降段约束效应优于矩形截面;薄壁钢箱混凝土比普通钢筋混凝土承载能力提升约15%、轴压刚度提升约5%,且施工无需绑扎钢筋和安拆模板,在结构方案设计时具备竞争优势与潜力。所提承载力计算方法经验证精度可靠,可为薄壁钢箱混凝土结构设计提供指导。

薄壁空心钢箱混凝土墩抗震性能参数分析

为了研究薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能,借助OpenSees软件建立有限元模型进行分析计算,将计算结果与试验结果进行比较以验证模型的有效性。在此基础上,建立薄壁空心钢箱混凝土桥墩模型,分析了不同轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土抗压强度以及钢材屈服强度对该类型桥墩滞回曲线、刚度退化曲线以及滞回骨架曲线的影响规律。结果表明:薄壁空心钢箱混凝土墩具有良好的抗震性能;轴压比和长细比对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响较大,建议薄壁空心钢箱混凝土墩轴压比控制在0.5左右,并且在合理范围内尽量减小长细比;截面空心率和截面含钢率对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能有一定影响;在一定范围内,增大空心率与含钢率可提高桥墩抗震性能;材料强度等级对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响相对较小,削弱混凝土强度并增大钢材屈服强度可小幅提高其抗震性能;研究成果对薄壁空心钢箱混凝土墩在工程实践中的应用具有一定的指导意义。

钢箱混凝土空心薄壁墩抗震性能研究

为研究钢箱混凝土空心薄壁墩的抗震性能,采用有限元法对一跨山头桥梁模型的钢筋混凝土空心墩与截面等效的钢箱混凝土空心墩作了弹性时程分析下的墩底动力响应对比。再针对钢箱混凝土空心构件,进行低周往复作用受力分析,研究了添加PBL加劲肋对钢箱混凝土空心构件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力和残余变形等特性的影响规律。结果表明:钢箱混凝土空心墩在地震作用下能通过更大位移减小墩底地震内力峰值响应,相比钢筋混凝土空心墩更适合于山区桥梁;添加PBL加劲肋能减小钢箱混凝土空心构件在往复荷载作用下的损伤,改善结构受力状态,显著提升构件的水平地震抗力和延性,位移幅值越大,构件耗能能力越能得到充分发挥,且有利于震后修复和继续工作。