矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能研究

目的 研究矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压性能,提出轴压稳定承载力实用计算方法。方法 基于ABAQUS有限元分析软件,建立矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱有限元模型,分析其在不同参数下的工作机理;采用叠加原理并结合现行相关规范,给出适用于矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压稳定承载力计算公式。结果 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的破坏形态表现为在构件的中间位置产生侧向挠曲,最终因丧失稳定而破坏;长细比λ和外围混凝土强度fcu, out是影响叠合长柱轴压峰值荷载的关键参数;当λ由29增加到42和55时,峰值荷载分别降低7.3%和15.3%;当fcu, out由40 MPa提高到60 MPa和80 MPa时,峰值荷载分别提高21.4%和44.8%;轴压承载力简化计算公式与有限元模拟所得结果之比的均值和变异系数分别为0.927和0.017。结论 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱具有良好的抗压性能和初始刚度,所提出的简化计算公式可为实际工程应用提供计算依据。

不同截面中空夹层钢管混凝土中长柱偏压分析

为探究方套方、方套圆截面中空夹层钢管混凝土中长柱偏压受力性能,利用ABAQUS有限元软件,创建方套方、方套圆两种截面中空夹层钢管混凝土中长柱有限元模型,以长细比、偏心距、核心混凝土强度、外钢管含钢率、内钢管含钢率作为变化参数,对上述两种截面中空夹层钢管混凝土中长柱进行偏压受力分析。对比分析了不同截面中空夹层钢管混凝土中长柱的荷载-跨中挠度曲线、压弯承载力、初始刚度的变化。研究结果表明:方套方、方套圆截面中空夹层钢管混凝土中长柱的极限承载能力,初始刚度随长细比,偏心距的增大而减小,随核心混凝土强度等级,内、外钢管含钢率的提高而增大;偏心距、核心混凝土强度、外钢管含钢率对方套方、方套圆截面中空夹层钢管混凝土中长柱的极限承载能力影响较大;长细比、核心混凝土强度对方套方、方套圆截面中空夹层钢管混凝土中长柱的初始刚度影响较大;相同条件下,方套圆截面中空夹层钢管混凝土中长柱受力性能优于方套方截面。

圆钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

以偏心距为主要变化参数,对6个圆钢管再生混凝土长柱进行了偏心受压单调加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,分析了荷载-轴向位移曲线、荷载-纵向应变曲线以及延性,并研究了偏心距对试件承载力的影响。结果表明:圆钢管再生混凝土长柱在偏心荷载作用下,先后经历了弹性阶段、弹塑性阶段和承载力下降阶段,具有较好的延性,其破坏主要表现为钢管壁屈曲而导致试件整体失稳破坏;试件的承载力以及纵向变形随着偏心距的增加而降低;建议采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)进行圆钢管再生混凝土偏压长柱的承载力计算。

方GFRP-橡胶混凝土-钢双管组合长柱轴压性能研究

为研究GFRP-橡胶混凝土-钢双管组合柱(GFRP-rubber concrete-steel double-skin tubular columns,RCDSTCs)的轴压性能,对7个长柱试件进行了轴压试验。观察RC-DSTCs在轴压状态下的破坏模式,基于荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和环向-轴向应变曲线分析了长细比、空心率对RC-DSTCs轴压性能的影响,提出了RC-DSTCs的轴压理论承载力计算式。结果表明:随着长细比的提高,RC-DSTCs的轴压破坏模式由材料破坏向弯曲失稳破坏转化,但所有RC-DSTCs的钢管均达到了屈服应变0.2%;同时,随着长细比的提高,RC-DSTCs的峰值荷载、GFRP管约束作用及延性显著降低;而随着空心率从0.3增加至0.4,RC-DSTCs的延性有明显提高;RC-DSTCs的轴压承载力计算结果与试验结果比较吻合,可为后续工程应用提供参考。

圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱偏压性能分析

目的研究圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱的偏压性能,提出其偏压承载力计算方法。方法以长细比、偏心率、混凝土强度、纵筋配筋率及外钢管直径为参数,利用ABAQUS有限元分析软件建立相应的有限元模型,考察不同参数对荷载-挠度曲线和荷载-弯矩曲线的影响,并进行工作机理分析;最后基于叠加理论给出偏压承载力计算方法。结果圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在偏压状态下的受力全过程可分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段;长细比和偏心率是影响偏压承载力的主要因素,其中长细比由40增加到50和60时,承载力分别降低9.4%和18.9%;偏心率由0.2增加到0.4和0.6时,承载力分别降低31.0%和50.3%;由偏压承载力计算方法所得的结果与有限元模拟结果吻合较好。结论圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在减轻自重的情况下具有一定的承载能力和延性,偏压性能良好。

大跨无柱地下车站梁-柱节点受力性能的局部多尺度有限元方法

岗厦北综合交通枢纽核心换乘区的中庭51.2 m×48.0 m(南北长度×东西长度)范围为无柱设计范围,其跨度在全国尚属最大。梁-柱节点是该结构传力关键,但数量繁多、类型复杂,且建造过程存在多重体系转换,必须确保节点传力顺畅。基于多点约束方程法(MPC),提出一种局部多尺度有限元方法(LMFEM)。采用LMFEM方法,进一步研究梁、柱贯通方式对本文依托工程典型梁-柱节点受力性能的影响,发现柱贯通节点整体应力较低,传力顺畅,应力集中不显著,更适用于岗厦北大跨无柱地下空间结构。基于现场监测,将节点受力状态实测值与不同方法所得计算值进行对比分析。研究结果表明:相比于传统局部精细化有限元方法(LRFEM),LMFEM方法具有建模工作量小、边界条件易于满足圣维南原理、可兼顾计算精度和计算效率的特点;在同等建模规模和网格细度情况下,LRFEM2模型计算值与实测值的最大相对误差为11.8%,LMFEM模型计算值与实测值的最大相对误差为12.5%,但后者具有更少的节点数量和更短的计算时间,而LRFEM方法的计算精度受边界条件和单元网格细度影响较LMFEM方法的大;本文提出的LMFEM方法具有计算精度高、计算效率高、边界条件易明确等优势,可应用于大型复杂工程结构的节点局部受力性能分析。

套筒强夯长短桩复合地基承载特性研究

【目的】随着大型海洋工程项目不断发展,对水下软土地基处理提出了新的挑战,水下挤密砂桩和水下水泥搅拌桩复合地基等传统方法具有定位难、制桩难、桩体质量差等问题,始终制约着其在海洋工程中的应用和发展。【方法】借鉴陆上孔内深层强夯施工方法,因地制宜地提出水下套筒强夯复合地基成桩技术,该技术使用套筒阻隔海水进入桩孔,具有定位准、加固深和强度高等优点,通过模型试验的方法对该技术进行研究。【结果】结果表明,在强夯碎石桩与传统碎石桩相结合的工况下,地基极限承载力提高50%以上,等长度群桩复合地基极限承载力比长短桩复合地基提升18%;在全部采用强夯碎石桩的工况下,地基极限承载力提高170%以上,等长度群桩复合地基极限承载力比长短桩复合地基提升3.7%。【结论】全部采用强夯碎石桩的复合地基比强夯碎石桩与传统碎石桩组合而成的复合地基承载力提高更多,在提高承载力方面,采用套筒强夯长短桩复合地基更加经济有效。

不同截面钢管混凝土长柱承载力的统一算法

为了研究不同截面钢管混凝土长柱的承载力计算方法,收集了391个不同截面形式的钢管混凝土长柱承载力试验结果,对其承载力进行计算,通过对比试验结果发现规范承载力计算方法具有较高的准确性,但离散性较大,偏于不安全。现基于截面形式、套箍系数、相对偏心率和长细比等参数对规范承载力计算方法影响的研究,提出了适用于不同截面形式钢管混凝土长柱的承载力计算公式,利用该公式得到的承载力计算值与试验值比值的平均值为0.938,方差为0.025,计算结果的离散性较小,非保守估计数据点比例较低,仅为23.08%,计算结果更安全,该计算公式可供工程设计人员参考。

大型地下空间综合交通枢纽中巨型斜柱长期沉降的监测及预测分析

结构及其重要构件的长期沉降是影响地下空间综合交通枢纽施工安全的关键因素之一,对其开展监测与预测具有重要的工程意义。以深圳市黄木岗大型地下空间综合交通枢纽为研究背景,采用自动化监测系统,首先监测了12轴巨型斜柱施工后的119期长期沉降,分析其长期沉降规律,并评判其预警状态。监测结果表明,斜柱施工后,长期的沉降规律为先在安全状态内小幅波动,再增大至黄色预警状态,最后在安全状态与预警状态之间小幅波动。然后,利用109期监测数据分别构建斜柱沉降的反向传播(back propagation,BP)神经网络模型和遗传算法-BP(genetic algorithm-BP,GA-BP)神经网络模型,并预测之后10期的斜柱累计沉降量以对比验证两种模型效果。结果表明,相比BP神经网络模型,GA-BP神经网络模型的预测值与实测值更吻合。

裂缝对长木柱失稳承载力影响的数值模拟

由于木材的各向异性性能,干缩将使木材产生顺纹裂缝,这种开裂现象在古建筑木结构中十分普遍。因此,在评定古木结构的承载力时无法回避裂缝的存在。通过数值模拟,研究了纵向裂缝对长木柱力学性能的影响。研究表明,裂缝的存在并不一定导致长木柱力学性能的下降;裂缝开展到一临界值时,长木柱力学性能开始下降,此时需采取相应的加固措施进行维护。

广西壮族自治区博物馆扩建部分结构设计

广西壮族自治区博物馆扩建部分是一座框架结构的公共建筑,结构存在结构超长、扭转不规则、长悬挑以及大跨度等设计难点。采用YJK软件建立计算模型进行方案比选,确定了结构体系和基础方案,各项指标满足现行规范要求。针对本工程的结构设计难点,采取相对应的设计措施,保证结构的安全可靠。本项目的设计及分析过程可为类似结构的设计提供参考。

筒体悬挂结构若干问题分析

以菏泽博物馆新馆项目为背景,从计算方法、构件受力和设计、整体屈服机制等八个方面对筒体悬挂结构体系做了较全面的研究。结果表明:1)计算筒体悬挂结构水平地震作用时无需调整层质量;2)规范底部轴力法、振型分解反应谱法并不适用筒体悬挂结构竖向地震作用计算,考虑最小限值调整后的吊柱设计仍可能偏不安全;3)采用长孔螺栓节点设计能让筒体悬挂结构吊柱在各工况下处于理想轴向拉压受力状态;4)中高烈度区吊柱在大震组合作用下可能受压,有必要复核其受压稳定和承载力;5)吊柱受力在小震阶段为恒、活载控制,大震阶段其恒、活载占比降低,地震逐渐起控制作用;6)合理的吊柱布置除满足建筑条件外,还需兼顾核心筒顶受力,减小筒顶不平衡弯矩;7)核心筒顶上包与否均能实现与屋面悬挂桁架的有效刚性连接;8)合理的筒体悬挂结构屈服机制就是落地核心筒的延性破坏过程,即始于连梁开裂破损,终于筒底墙肢钢筋拉屈、混凝土压溃。

清昭西陵隆恩殿柱头科斗拱研究

清昭西陵建筑是清初官式建筑的典型代表。十九世纪60年代,其隆恩殿因破败被迫落架保护,大量构件被集中保存。在对隆恩殿平身科研究的基础上,结合前辈学者基于清工部《工程做法》与实例的著作,发现并分析了柱头科独特的连做构件及以此引发的构造问题,揭示了昭西陵隆恩殿柱头科的尺寸设计方法与独特的构造做法,以期厘清清初斗拱承上启下的发展流变过程,为正确解读中国建筑技术史发展环节贡献力量。

某大型商业综合体结构设计与分析

某大型商业综合体单体建筑总长约260m,总宽约95m,属于双向超长结构。建筑存在扭转不规则、凹凸不规则。因建筑功能需求,单体内存在大悬挑梁及大跨度梁。本文介绍了结构计算分析过程,针对大悬挑梁及大跨度梁采用型钢混凝土梁柱结构形式进行分析及验算;介绍了型钢混凝土梁柱节点的深化设计与施工要求;分析了双向超长结构的温度应力。结果表明,本项目各项指标均满足规范及设计要求。

高层建筑外扩层框架外斜柱模板支撑体系设计

随着建筑外观造型设计更加新颖,建筑的主体结构造型也不再是方正造型,不断出现结构楼层外扩的形式,超长悬挑混凝土梁、框架外斜柱越来越多,为解决高空超长悬挑混凝土结构的模板支撑问题,以北京某中医科研楼为例,通过对现在常见模板支撑形式优化,设计出满足悬挑梁、框架外斜柱共用支撑架的新型悬挑支撑体系,为类似工程提供参考。

不中断交通下既有桥梁墩柱置换技术

广东中江高速公路扩建主线路基下穿四村立交C、E匝道桥,两匝道桥各有1个桥墩(C18号墩、E12号墩)位于下穿高速公路扩建的主线路基上,需对该2个桥墩进行置换,为下穿高速公路扩建主线路基提供建设空间。既有2个桥墩均为圆柱式双柱墩,且均为上部前、后两联连续箱梁的交接墩。考虑扩建路基空间需要及既有桥梁结构安全,在不中断交通的条件下,分别采用普通大跨径横梁和隐形横梁的门架墩置换原桥墩,并分析墩柱置换施工对匝道桥主梁受力的影响,结果表明墩柱置换后桥梁结构仍满足承载要求。置换施工时,先施工新建置换墩,待新建置换墩具备承载能力后,再切除既有桥墩,实现体系转换。为降低墩柱置换施工对桥梁运营的影响以及减少体系转换次数,C18号墩门架墩横梁包围既有桥墩立柱上部;E12号墩门架墩隐形横梁与上部主梁固结,并在伸缩缝两侧分别单独设置门架墩。

配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱有限元分析

目的 研究配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱受力性能,改善传统空心钢管混凝土的力学性能,并为该类型柱的设计及试验研究提供依据。方法 基于有限元分析软件ABAQUS,对配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱的力学性能进行有限元分析,在分析受力全过程的基础上,重点分析长细比、钢管宽厚比,混凝土强度、钢管强度、管桩类型、配筋率等参数对轴压力学性能的影响,并基于统一理论提出承载力计算公式。结果 配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱各组分之间组合作用良好,内置管柱、增大钢管宽厚比、减小长细比及缩小夹层混凝土强度与管柱混凝土强度差距可以改善构件的延性、提升构件组合作用;笔者提出的修正公式计算结果精确且安全。结论 提高配筋空心方钢管高强混凝土的钢管强度、增大宽厚比、减小夹层混凝土与管柱混凝土强度差距可有效改善空心钢管混凝土脆性破坏,充分发挥构件的性能。

方钢管再生混凝土中长柱的抗震损伤分析

方钢管再生混凝土柱可以充分发挥钢材与再生混凝土的材料性能优势,不仅具有良好的力学性能和抗震性能,而且还科学地处理了建筑垃圾。为了探索方钢管再生混凝土中长柱在低周往复荷载作用下的损伤演化规律,文章根据6根柱的低周往复加载试验,研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震损伤的影响,分析各试件的破坏形态和刚度退化规律,且采用4种损伤分析模型对各试件进行损伤分析研究。基于不同损伤模型的计算结果,给出方钢管再生混凝土中长柱对应不同抗震性能水准的量化损伤指标。研究结果表明:对于不同变化参数下的方钢管再生混凝土中长柱试件,不同损伤分析模型计算所得各个试件的损伤指标值都呈单调增加趋势;随着轴压比的增加,试件的承载力有所提高,变形能力减小,累积损伤加重;随着长细比的增加,试件的承载力降低,变形能力提高,累积损伤减轻;随着钢管壁厚的增加,试件的承载力和变形能力均提高,累积损伤有所减轻。

截面短长轴比对椭圆钢管混凝土柱抗爆性能影响

目的 研究椭圆钢管混凝土柱抗爆性能,分析截面短长轴比对其抗爆性能的影响。方法 利用LS-DYNA有限元软件建立TNT炸药-空气-椭圆钢管混凝土柱-刚性地面整体三维实体有限元模型,分别从短轴和长轴两个方向进行起爆设置,探究椭圆钢管混凝土柱受爆炸荷载作用后冲击波传递特性。结果 与双向刚度相同的柱子相比,椭圆钢管混凝土柱抗爆冲击波反射、衍射作用更为复杂;椭圆钢管混凝土柱沿长轴迎爆的抗爆性能明显优于沿短轴方向;绘制短长轴比-柱中侧向位移曲线,根据短轴方向与长轴方向抗爆性能差异,提出了设计宜采用的短长轴比为0.6~1.0;沿短轴向施加爆炸荷载时,短长轴比设计值不应小于0.4。结论 得出了不同短长轴比下构件破坏形态,进一步提出了采用短长轴比0.4~0.6内的椭圆钢管混凝土柱时,应采取加固措施。

白沙洲长江大桥桥塔墩防撞关键技术

白沙洲长江大桥主桥为双塔双索面斜拉桥,桥塔均采用顺桥向单柱式、横桥向钻石形结构,基础为40根?1.55 m钻孔灌注桩,承台尺寸为32.4 m(横桥向)×20.4 m(顺桥向)×5 m(高),美国AASHTO规范模型计算显示桥塔墩年撞损频率较高,且原设计船舶撞击标准已无法满足当前通航标准及长江航运发展需求。为提升该桥桥塔墩的防撞能力,设计了组合型浮动式钢+复合材料防撞设施。该设施采用多级耗能体系及柔性防船撞结构,增强了大桥桥塔墩的防撞性能,并通过下塔柱增大截面补强使防撞设施在下塔柱范围内可随着水位自由升降,进一步增强了桥塔墩自身的防撞性能。下塔柱增大截面补强采用开口式单双壁组合型围堰,实现了补强的无水施工;组合型浮动式钢+复合材料防撞设施在工厂内分节段制造,并采用长效防腐技术延长了使用寿命。实施该防撞方案后,该桥桥塔墩能抵御3 000吨级满载船舶的水平撞击力,所受船舶撞击力明显低于桥塔墩自身的允许抗撞力,满足设防要求。