界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。

冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构模型研究

在北方寒冷地区,钢管混凝土结构因冻融作用侵蚀而造成钢管开裂以及钢管混凝土结构力学性能劣化从而导致结构破坏的事故时有发生。针对冻融侵蚀后钢管混凝土界面黏结性能问题,制作了钢管混凝土推出试件,考虑冻融循环次数、混凝土强度、钢管径厚比等不同参数,进行冻融试验和推出试验,分析了界面黏结力的分布规律和影响因素,研究了冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构关系,确定了界面平均黏结强度以及峰值黏结强度、残余黏结强度特征值。结果表明,随着冻融循环次数的增加,界面平均黏结强度减小,极限荷载对应的滑移逐渐增大,而残余黏结强度呈线性减小,稳定段起点滑移随着冻融循环次数的增加呈指数增长。峰值黏结强度、残余黏结强度随混凝土强度的增加而提高,随着径厚比的增大而降低。分析外钢管密布应变计所测出的应变分布规律可知界面黏结应力呈指数分布,对比分析由荷载、滑移结合能量法理论推导所得的黏结应力分布函数,结果表明其具有较高精度,为后期研究界面黏结性能提供了新思路。构建了冻融循环作用后界面黏结应力-滑移三段式本构模型,并提出了相应特征值计算公式和本构模型,可为该类构件设计时考虑冻融作用提供参考。

钢管混凝土拱桥斜拉扣挂施工的无应力状态控制法

【目的】避免钢管混凝土拱桥施工过程温度、临时荷载等因素变化对索力的影响,实现大跨拱桥拱肋斜拉扣挂节段拼装施工的精准高效调控。【方法】提出以扣索无应力长度代替索力调整拱桥过程状态的控制方法,推导考虑垂度效应和扣塔偏位的扣索无应力长度计算公式,研究索力增量与扣索无应力长度变化的关系。【结果】工程算例结果表明,基于无应力状态法的索力最大误差为5%左右,高程最大偏差3.7cm,计算精度满足要求,实现了精准高效的施工调控。【结论】该方法可消除温度和临时荷载变化对索力的影响,减小施工中间状态的计算工作量,可为大跨度钢管混凝土拱肋节段拼装提供技术支持。

基于压电阻抗法的大型钢管混凝土柱界面性能与混凝土质量测试分析

钢管混凝土柱的核心混凝土终凝后与钢管内壁之间的粘结状态及核心混凝土密实性情况将影响结构构件性能的发挥,其中界面及混凝土的缺陷将对承载能力及延性等性能产生较大的影响。界面及混凝土的缺陷均处于构件内部,属隐蔽性项目,常规超声波法及敲击法适用性不强。论文基于压电应力波测量及机电耦合阻抗测量的检测方法,对构件界面粘结状态和核心混凝土的密实状态进行了检测,得到了界面粘结状态和核心混凝土的密实性的相关数据。试验结果表明,采用压电阻抗法可有效检测大型钢管混凝土柱的界面粘结状态和核心混凝土的密实性,有效地解决了钢管混凝土柱界面粘结状态和核心混凝土的密实性检测的难题,为工程建设提供了有益的参考。

界面状态对矩形钢管混凝土构件抗弯性能的影响

考虑钢-混凝土界面完全粘结和自由滑移2种极限状态,研究矩形钢管混凝土构件受弯过程的截面中和轴平移规律,并基于平截面假定,分别给出2种界面状态下构件抗弯承载力、抗弯刚度的理论计算方法。同时,针对钢管与核心混凝土界面平均粘结强度,分析抗弯构件在界面脱粘时的有效受压区高度。研究结果表明:矩形钢管混凝土的界面脱粘导致核心混凝土的抗弯承载力过早失效,构件的整体抗弯刚度和承载力降低;高宽比越大,钢管混凝土梁的整体钢管与混凝土之间的界面状态性能对构件抗弯承载力的影响越明显;实际中核心混凝土在未达到极限受压强度前与钢管发生脱粘,为充分利用核心混凝土的材料强度,应对矩形钢管混凝土的界面粘结进行构造加强。

界面状态对椭圆钢管混凝土轴压短柱影响分析

为分析界面状态对椭圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响,构建了脱黏、有黏结滑移和完全黏结等3种典型界面状态的本构模型,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟.围绕椭圆钢管混凝土轴压构件在工程应用中可能出现的典型受荷方式,如钢管和混凝土共同受力、仅混凝土受力、仅钢管受力等,建立非线性有限元模型,分析界面状态对构件的钢-混界面法向压应力、钢管及混凝土截面压应力、极限承载力和轴压刚度等力学性能的影响规律.结果表明,仅混凝土受力和仅钢管受力模式下,界面状态显著影响椭圆钢管混凝土轴压短柱的力学性能;界面黏结作用越强,钢管和混凝土互相帮助分担荷载的能力就越强,构件抵抗变形的能力就越强;钢管和混凝土共同受力模式下,界面状态对构件钢管和混凝土截面压应力、极限承载力及轴压刚度几乎无影响.

钢管混凝土桁架弦杆界面传力特性分析

文章采用有限元建模方法分析钢管与混凝土的界面传力特性,以揭示钢管混凝土桁架弦杆工作机理;将钢管与混凝土界面状态分为绑定(即界面抗剪刚度无穷大)、光滑(即界面抗剪刚度无穷小)和黏性接触(即界面抗剪刚度有限),分析钢管混凝土桁架节间内受压上弦杆、受拉下弦杆钢管与混凝土的轴向应力、界面剪切应力及剪力传递长度。结果表明:不同界面状态下钢管轴向应力、界面剪切应力差异较大;黏性接触最接近钢管与混凝土界面真实工作状态,弹性工作状态下,剪力传递长度保持为常数,与轴力无关;剪力传递长度范围内钢管和混凝土轴向应力、界面剪切应力沿桁架节间长度方向呈指数函数分布,剪力传递长度范围外钢管、混凝土轴向应力保持不变。研究结果可为钢管混凝土桁架桥强度、刚度计算及节点构造设计提供依据。

基于无应力状态法的钢管混凝土拱桥施工线形和扣索索力计算

为保证主拱圈在规定时间内合龙,采用无应力状态法对拱圈施工过程中的线形进行计算,提出一种基于影响矩阵的索力计算和优化方法,实现扣索的一次张拉即可满足施工和设计要求,并以一座钢管混凝土拱桥为例,应用该方法对主拱圈的安装进行线形和索力控制。合龙后主拱圈的成拱线形和索力实测值与理论值吻合,验证了该方法能够精确控制成拱线形。

界面状态对PHC管桩填芯抗拔承载性能影响试验研究

对考虑两种界面状态和3种填芯长度的PHC⁃600⁃B⁃130管桩混凝土填芯足尺试件开展轴心抗拔静载试验,获得了极限轴心抗拔荷载值、界面滑移量、分段黏结强度和平均黏结强度等试验数据。分析试验数据表明:相同填芯长度下,管桩内壁的两种界面状态对极限轴心抗拔荷载值影响并不明显;相同界面状态下,极限轴心抗拔荷载值随着填芯长度的增加呈线性增大趋势;混凝土填芯界面平均黏结强度试验值介于0.618~0.692MPa。相对试件加载远端,加载近端处的填芯混凝土界面黏结强度和滑移量均相对较大,表明加载端的填芯混凝土承担了大部分的轴拉荷载;无端板试件的PHC管桩在加载端附近出现竖向开裂,表明加载端填芯混凝土在轴拉作用下存在剪胀现象,应引起重视。

钢管混凝土界面脱空机理及检测技术研究进展

介绍了钢管混凝土发展概况及存在问题,详细阐述了钢管混凝土中核心混凝土与钢管壁界面脱空机理的研究及脱空检测技术研究现状,同时,分析了界面脱空的主要影响因素,并指出了脱空检测技术的发展方向。

PBL加劲型矩形钢管混凝土界面粘结-滑移性能

对开孔钢板连接件(PBL)加劲型钢管混凝土构件界面粘结性能进行研究,以PBL加劲肋的开孔间距、开孔孔径、混凝土粗骨料粒径为参数,进行了该类试件抗剪性能的推出试验,并与普通钢管混凝土试件进行了界面粘结强度、抗剪刚度等参数的对比分析,提出了钢管混凝土内PBL加劲肋承载力受混凝土粗骨料含量影响的修正计算方法。结果表明:通过设置PBL加劲肋可以明显提高钢管混凝土的界面抗剪承载力和刚度,其粘结强度受加劲肋开孔参数的影响;引入的PBL抗剪承载力公式修正系数与开孔板内混凝土榫的粗骨料面积比呈线性关系。

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度计算方法研究

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的粘结滑移机理,对10个钢管约束RPC试件进行单轴推出试验,分析了试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和钢管应变,探讨了长径比、径厚比以及RPC强度的影响规律,结果表明:套箍系数较小时,荷载-滑移曲线有明显的下降段,较大时未出现下降;粘结强度总体随径厚比的减小和长径比的增大而提高,RPC强度的影响不明显;当粘结应力达到粘结强度时,钢管的横向变形系数超过泊松比,其约束作用开始发挥。在此基础上,建立了钢管内压力与粘结应力的关系,并通过试验数据回归提出了钢管约束RPC粘结强度计算模型,公式计算与试验结果符合较好。

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度试验研究

参照传统钢管混凝土粘结强度的设计理论与试验方法,设计2组钢管活性粉末混凝土(ReactivePowder Concrete,RPC)柱试件,进行钢管与RPC之间界面粘结强度试验研究。考虑施工条件以及工程造价等因素,对RPC配合比和试件养护条件进行了优化。通过试件的反复推出试验,得到钢管RPC柱的荷载-滑移曲线。试验研究结果表明,钢管RPC试件的第1次轴心推出试验曲线与普通钢管混凝土试件的轴心推出试验曲线有相似的规律,而其反复轴心推出试验曲线与普通钢管混凝土试件的反复轴心推出试验曲线的规律有差异,而且钢管RPC试件的奇数次轴心推出试验曲线与偶数次轴心推回试验曲线没有对称性;采用蔡绍怀提出的粘结强度计算公式计算得到的钢管RPC粘结强度与试验得到的结果相近;自然养护条件下RPC的立方体强度约为蒸汽养护条件下的88%,自然养护条件下钢管RPC的粘结强度低于蒸汽养护条件下钢管RPC的粘结强度。

钢管混凝土界面法向粘结强度试验研究

为研究钢管混凝土界面之间的脱粘问题,采用了对拉法和弯拉法进行了钢与混凝土法向粘结力测试,通过对试验方法和结果的分析得到了界面粘结强度值,在此基础上,进行了温度变化和核心混凝土收缩作用下的钢管混凝土截面的脱粘分析。分析表明,弯拉法是一种较好的钢与混凝土法向粘结力测试方法;混凝土强度对粘结强度没有明显的影响,钢板的表面状况对粘结强度有一定的影响,表面锈蚀的粘结强度大于表面光滑的;通过对弯拉法试验结果的分析得到钢与混凝土的法向粘结强度为0.86 MPa;在温度变化、收缩等作用下,钢管混凝土拱肋界面极易发生脱粘。首次进行了钢与混凝土法向粘结强度试验,试验的方法和结果可以为钢管混凝土拱脱粘问题的研究提供参考,促进钢管混凝土拱桥的工程应用。

基于无应力状态法的大跨钢管混凝土拱桥拱肋线形控制方法

钢管混凝土拱桥采用无支架缆索吊装斜拉扣挂法施工时,拱肋各节段的尾索、扣索索力和预抬高值是其成拱线形的关键影响因素,也是各节段精准定位的重要指标。针对实际工程在拱肋节段空间定位时可能存在的问题,提出动态修正节段控制点位置的拱肋节段定位方法,避免施工中不确定性因素对成拱线形造成偏差,使拱圈线形光滑平顺;针对目前计算方法的局限性,提出基于影响矩阵快速计算节段索力及预抬高值的方法,利用无应力状态法进行施工控制,实现成拱线形逼近目标线形;以车辋大桥为工程背景,利用MIDAS Civil有限元软件对该桥拱肋安装过程进行仿真模拟。结果表明:拱肋线形控制方法、索力及预抬值计算方法可行,且计算精度较高,实测拱肋线形和拱轴线偏位均满足规范要求。

高强微膨胀钢管混凝土的界面过渡区结构

应用XRD ,SEM ,EDXA等测试手段 ,从钢 膨胀水泥石界面过渡层中各种元素离子的分布状况以及具有显著特点的CH相和AFt相的形态、CH取向度等方面研究了钢 膨胀水泥石界面过渡区的结构 ,并对限制条件下钢 膨胀水泥石界面结构的改善进行了讨论 .研究结果表明 ,刚性限制条件下水泥石界面过渡区结构得到了显著改善 ;钢 膨胀水泥石界面区中CH的空间生长情况优于钢 普通水泥石界面区中CH的空间生长情况 ,Si元素质量分数高于后者 ,Ca元素质量分数低于后者 .

钢管混凝土叠合柱抗震性能界限状态研究

为了研究及完善钢管混凝土叠合柱结构基于性能的抗震设计方法,首先根据普通钢筋混凝土柱性能界限点的定义确定了钢管混凝土叠合柱的5个性能界限状态。基于钢材和混凝土非线性材料本构关系,采用MATLAB编制了截面条带法计算分析程序,分析研究了钢管混凝土叠合柱的各性能点所对应的截面变形情况。然后根据影响钢管混凝土叠合柱各个性能点的参数分析结果,得到了各性能点所对应的截面曲率计算公式。最后采用塑性铰理论建立钢管混凝土叠合柱的各性能状态的控制方程。同时分析了叠合柱在性能界限状态下的延性和位移角需求,为叠合柱的工程设计提供参考。

钢管混凝土拱桥界面脱空光纤传感研究

基于光时域反射技术 ,进行了分布式传感光纤检测拱桥钢管混凝土交界面脱空的研究。通过试验确定了光纤在钢管内的布置型式和保护型式 ,使得光纤能在钢管内准确定位并有效保护 ,实际工程中存活率达到 80 %;构建全自动力 -光耦合试验系统 ,进行了交界面脱空传感试验和预应变大比尺钢管混凝土界面脱空仿真试验 ,建立了力 -光耦合本构关系 ,试验中脱空初始感知开度达到 0 .1mm ,动态范围达到 4.8mm ,脱空定位达到 0 .2m。在首次布设光纤传感监测系统的拱桥工程中 ,检测到大面积脱空 ,并确定了脱空开度、位置及范围 。

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃~900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。

轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究

在轴压荷载下分别对素混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土和钢管钢筋混凝土的损伤状态进行超声检测,得到不同荷载下超声通过柱的中截面的波形图,定义波形图均方根振幅和均方根振幅比,并分析混凝土裂隙的变化过程。通过对波形图进行快速傅里叶变换得到频谱图,基于固体介质裂化吸收高频声波能量,使超声主频向低频移动的原理,应用频谱图的第一主频及其幅值变化分析钢管内混凝土和钢筋混凝土的损伤演变过程。结果表明:声波波形均方根振幅、均方根振幅比和第一主频及其幅值可以有效反映钢管内混凝土和钢筋混凝土的裂隙变化情况。轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤呈五段式变化,分别为核心混凝土裂缝产生并发展、混凝土在钢管约束作用下逐步密实、混凝土裂缝迅速扩展、钢管套箍作用加强段和钢管屈曲后构件丧失承载力。通过钢管外壁的应变分析,表明钢管对核心混凝土的约束作用阶段与超声检测判定的混凝土损伤演化过程一致。超声波技术可以准确检测轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤状态并确定钢管对混凝土套箍作用的发挥阶段。