低周反复荷载作用下圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱弯矩-曲率全过程分析

开展10根圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱和4根圆钢管约束钢筋钢渣混凝土柱低周反复加载试验,分析轴压比、剪跨比、径厚比和钢渣混凝土膨胀率对试件弯矩-曲率骨架曲线的影响规律,结果表明:试件发生弯曲破坏,且随着轴压比和径厚比增大或剪跨比减小,试件抗弯承载力增大但截面曲率减小,试件弯矩-曲率骨架曲线上升段斜率增大;随着钢渣混凝土膨胀率增加,试件抗弯承载力截面曲率均增大,试件弯矩-曲率骨架曲线上升段斜率增大。在试验研究的基础上,选择核心自应力混凝土和钢材本构关系,利用MATLAB软件,编制非线性有限元程序。通过参数分析,进一步探讨了核心混凝土强度、轴压比、剪跨比、径厚比、核心混凝土初始自应力和预留缝宽度等参数,对试件弯矩-曲率骨架曲线的影响规律,结果表明:圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱弯矩-曲率骨架曲线计算值与试验值吻合较好,轴压比、剪跨比和径厚比对试件弯矩-曲率骨架曲线影响规律与试验结果基本一致,且随着核心混凝土强度和初始自应力逐渐增大,试件抗弯承载力逐渐增大,随着核心混凝土强度增大,试件截面曲率均逐渐减小。

几何初始缺陷与初应力对钢管混凝土拱桥的影响研究

为探讨拱圈拱轴线的几何初始缺陷和钢管初应力对拱桥结构内力与应力的影响,基于实际工程案例,建立了4个有限元模型,分为2组,一组包括2个模型,考虑了拱轴线的几何初始缺陷影响;另一组也包括2个模型,首先考虑拱轴线几何初始缺陷,然后在此基础上考虑初应力影响,进行拱桥内力和应力分析对比。结果表明:几何初始缺陷对拱圈轴力影响较小,增幅<1%,但对拱圈的弯矩和应力分布影响较明显,特别是在拱顶部分,在拱顶处弯矩减小高达91.31%,而拱脚处增加17.03%,拱脚和拱顶上缘的混凝土应力增加23.19%,下缘的混凝土应力减小51.95%;考虑初应力影响后,拱桥内力分布发生显著变化。拱脚处轴力增加65.5%,拱圈弯矩最大减小68.21%,拱圈截面上缘应力增加幅度高达113.7%。因此,实际施工阶段,必须充分考虑拱圈拱轴线几何初始缺陷影响,并根据实际施工顺序准确模拟初应力。

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。

预应力混凝土钢管桁架叠合板生产工艺及质量管控

预应力混凝土钢管桁架叠合板作为一种预制板,近年来广泛应用于实际工程项目,但因其为预应力板,且板较薄,对生产工艺的质量要求极为严格,通过介绍该板的生产流程、各个生产环节质量管控措施,对预应力混凝土钢管桁架叠合板的生产及质量管控有一定的借鉴和参考意义。

膨胀剂掺量和应力比对钢管混凝土徐变性能的影响

为了研究膨胀剂掺量和应力比对钢管混凝土徐变性能的影响,进行膨胀剂掺量分别为4%,8%和12%共3种情况下的钢管混凝土徐变应变试验,测试钢管与混凝土整体纵向变形随时间的分布规律。同时进行应力比分别为0.15,0.31,0.33,0.37和0.74共5种情况下的徐变试验,测试在相同荷载下,不同应力比钢管混凝土应变变化规律。研究结果表明:膨胀剂掺量对钢管混凝土徐变应变的影响由小到大依次为12%,8%和4%,但是徐变应变并不是随着膨胀剂掺量的增加而呈比例减少;徐变应变随着应力比的增加而增加。应用扫描电镜二次电子成像观测及能谱成分分析膨胀剂的作用机理,得出膨胀剂反应生成钙矾石,其微膨胀可以补偿收缩;同时钙矾石填充在结构孔隙中,使水泥石更加致密。通过应力比对钢管混凝土徐变影响的机理分析,得出混凝土应力随着应力比的增加而增大,同时随着壁厚的增加,钢管对混凝土的侧向约束增加,限制了混凝土徐变变形。

钢管混凝土偏心受压应力-应变关系模型研究

提出钢管混凝土偏心受压应力-应变关系的纤维单元模型。钢管采用一维四段直线的应力-应变关系,混凝土采用以一维形式表达、考虑钢管与混凝土相互作用的应力-应变关系。提出了偏心受压的钢管混凝土考虑钢管径向应力梯度对紧箍作用影响的核心混凝土的应力-应变关系模型。最后应用提出的钢管混凝土偏心受压应力-应变关系,对钢管混凝土偏心受压柱和钢管混凝土拱面内受力全过程进行了计算分析。

钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究

试验共对18根钢管混凝土偏心受压短柱进行了测试。试验参数包括偏心率和截面参数(含钢率和混凝土强度)。介绍了试件的内容、试验装置与方法,并重点进行了偏心率对钢管混凝土偏压构件受力性能影响的分析。分析结果表明,偏心率大,相同的纵向应变所对应的钢管环向应变小,紧箍力对提高混凝土强度的作用也随之削弱,构件的承载力也明显降低,达到极限承载力时钢管受压边缘的应变值也相应要大。但偏心率对构件的延性系数影响不大。

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明:大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件(PBL)加劲型矩形钢管混凝土T型节点的疲劳性能,进行了T型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0.4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明:PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。

钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的测试方法

钢管混凝土拱桥的缀板在灌注混凝土的泵送施工中极易产生鼓包现象,鼓包处的应力测试对工程处置极为重要,但因其位置和大小有一定的偶然性,难以采用预置传感器方法进行.需采用固有应力的测试方法.本文提出了用局部微损的小盲孔表面应力释放测试方法进行钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的思路.并结合工程实例研究了方法实施过程中遇到的若干问题,如方案的选择、测试的理论依据、实施过程和对结果的解释等问题.

钢管混凝土中钢管的纵向容许应力

针对钢管混凝土短柱轴心受压过程中钢管与核心混凝土在极限承载阶段时的多向应力状态,引入钢管纵向容许应力折减系数与混凝土抗压强度提高系数,对钢管混凝土的应力状态、轴压承载力计算进行理论分析,给出各系数的计算方法,并将计算值与试验值进行对比。结果表明:该方法计算值与试验值较为吻合;钢管纵向容许应力折减系数的引入有助于加深对钢与混凝土二者之间相互作用的认识,在工程常用范围内可为钢管混凝土结构节点设计提供参考。

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。

初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响

通过引入存在初始应力的钢管混凝土本构关系,研究了初始应力对钢管混凝土拱桥面内极限承载能力的影响．编制了能同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元程序,并用此程序计算得出了无初始应力和存在初始应力情况下拱结构的荷载-位移曲线．结果表明初始应力对钢管混凝土拱桥的面内极限荷载值的大小影响较小,但对拱的变形影响较大,初始应力的存在增加了拱结构的塑性性能．可为进一步研究初始应力对钢管混凝土拱桥受力性能的影响提供参考．

工序变化对钢管混凝土拱桥应力的影响

为了研究钢管混凝土拱桥拱肋的上下弦管浇注混凝土顺序不同及一次性落架对拱肋应力与位移的影响,运用ANSYS有限元程序及其死活单元性质,将拱肋中的混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元的方法,把施工步骤分为23步,模仿拱肋灌注混凝土施工过程,进行三维有限元仿真模拟分析。结果表明:一次性落架比先浇下弦管钢管轴向应力在拱脚处小102%,先浇注下弦管比先浇注上弦管钢管轴向应力在拱脚处小9.8%,施工中应尽量采用一次性落架,如有困难,应尽量采用先浇注下弦管、后浇注上弦管的施工方法,钢管可获得较高的安全储备。

钢管自应力自密实混凝土柱偏心受压试验研究

为分析初始自应力对钢管混凝土压弯力学性能的影响,对15根钢管自应力自密实混凝土柱和3根普通钢管自密实混凝土柱进行了偏心受压试验研究.结果表明:与普通钢管自密实混凝土相比,钢管自应力自密实混凝土具有较长的弹性工作段,其随偏心率和长细比的增加而略有下降;初始自应力的存在使核心混凝土在未加载前就处于三向应力状态下,从而显著提高了其密实度,最终使结构获得较高的偏心受压极限承载力;初始自应力对结构的破坏形态几乎没有影响.

钢管混凝土拱桥初应力问题

钢管混凝土结构在施工过程中会在钢管内产生初应力,因此综述了钢管混凝土柱的初应力问题和现有构件的研究成果,并在此基础上分析了几座已修建的不同跨径及截面形式的钢管混凝土拱桥的初应力度的范围,同时对钢管混凝土拱桥的初应力问题进行了初步探讨,最后提出了钢管混凝土拱桥初应力问题的研究方向及建议。

钢管混凝土拱桥拱肋水化热温度场和温度应力分析

常山南门溪大桥为钢管混凝土提篮拱桥,拱肋施工正处于冬季,针对该桥拱肋采用集束式钢管混凝土结构,截面混凝土所占比例较大,钢管又相对薄弱的情况,采用LUSAS通用有限元软件,分析拱肋混凝土水化热,对拱肋水化热产生的温度场及温度应力进行计算。分析表明:冬季施工拱肋混凝土水化热引起的温度梯度大,温度应力明显,在施工与监控过程中应考虑其影响。

钢管混凝土收缩变形与钢管混凝土拱收缩应力

钢管混凝土拱桥在我国桥梁中得到广泛的应用,其管内混凝土收缩产生的收缩应力是结构受力的重要组成部分,收缩应力计算的关键是收缩变形值的确定。以混凝土强度等级和粉煤灰掺量、钢管直径以及含钢率为主要参数,进行11根钢管混凝土构件和2根素混凝土密闭构件的收缩试验。试验结果表明,钢管混凝土的收缩变形,随粉煤灰掺量的增加而下降,随混凝土强度等级的提高而增大,随含钢率的增大而减小,而钢管直径对其影响较小。应用常用的收缩预测模型对试件的收缩预测分析表明,ACI 209R-92模型预测精度较高,可用于粉煤灰掺量不大于20%的钢管混凝土构件;当掺量大于20%时,预测值偏大,可对现模型进行修正;而CEB-FIP MC78和CEB-FIP MC90模型预测结果明显偏小。对钢管混凝土拱桥的收缩应力分析表明,收缩自应力较大,在设计计算中应予以考虑;而收缩次应力较小,在初步设计的应力估算中可以忽略不计。常用的混凝土拱收缩作用的等效降温法,因钢管混凝土拱的收缩变形变化范围大,合理降温值确定难度大,且该法无法计算比重较大的收缩自应力,建议设计计算时不采用该方法。

矩形钢管混凝土柱温度场及温度应力的有限元分析

基于大型通用有限元分析软件ANSYS,针对某水电站厂房钢混凝土排架柱,建立了矩形钢管混凝土柱三维温度场有限元计算模型,研究矩形柱在外界温升和温降两种情况下的温度及应力变化规律,探讨钢管混凝土柱在火灾下的温度场分布特征,比较了两种不同边界条件对钢管混凝土柱温度应力的影响.分析结果表明,计算成果符合工程实际.

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。