PBL加劲肋对钢管混凝土拱肋受压节点受力性能的影响分析

由于钢管与混凝土之间的黏结力非常有限,极易在节点处产生钢管与混凝土界面滑移即脱黏,严重降低拱肋的承载能力。在钢管混凝土拱肋内置PBL加劲肋可提高节点处钢管与混凝土界面黏结力,增强钢管混凝土协同工作能力。该文以某钢管混凝土拱桥为例,对拱肋节点进行了非线性分析,探讨了PBL加劲肋对节点破坏形式、极限承载力、钢管的应力分布等力学性能的影响。结果表明:内置PBL加劲肋可增强钢管与混凝土界面黏结力,便于使拱上立柱产生的水平力由钢管和混凝土共同承担,有效提高了节点承载力。内置PBL加劲肋是对钢管混凝土拱肋节点的一种有效改进形式。

PBL加劲肋方钢管混凝土界面力学性能试验

钢管混凝土优良性能的发挥得益于两种材料接触面的紧密结合。为加强外包钢管与核心混凝土的结合效果,本文进行了在钢管内侧不设加劲肋、设置加劲肋以及PBL型加劲肋三种截面形式,3型共20个试件的方钢管混凝土轴压短柱推出试验。分析了不同截面形式试件的荷载传递及界面粘结强度的变化规律;通过3D扫描技术揭示了荷载-滑移曲线走势变化原因。结果表明:设置加劲肋显著提高了试件局部抗屈曲性能及粘结强度,其粘结-滑移剪切模量提升了近一倍,而肋板形式对其影响不显著;PBL加劲肋在普通肋板基础上形成混凝土榫,具有最佳的界面粘结效果;将试验结果同以往试验数据结合,回归分析了套箍系数、宽厚比、长细比同界面平均粘结强度的变化规律。

内置开孔钢板加劲肋的L形宽肢钢管混凝土组合柱轴压性能研究

为研究内置开孔钢板(PBL)加劲肋的宽肢钢管混凝土组合柱(W-LCFST)的轴压性能,以L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D)的轴压试验为基础,开展了W-LCFST柱参数化分析。结果表明:添加PBL加劲肋可增强混凝土和钢板之间的相互作用,与未添加PBL加劲肋的试件相比,添加1组PBL加劲肋,承载力提高了3.8%~5%,延性系数提高了14.3%~25.7%;添加2组PBL加劲肋,承载力提高了7.9%,延性系数提高了29.2%。最后,基于Mander理论,提出了预测W-LCFST柱截面承载力的计算公式,并将预测公式计算结果、日本规范Recommendations for design and construction of concrete filled steel tubular structures(AIJ-CFT(1997))、美国规范Load and resistance factor design specification for structural steel buildings(AISC-LRFD(1999))、《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)分别与有限元结果进行了对比。结果表明:上述公式计算结果均较为保守,但所提出的预测公式计算结果更加准确,平均误差为7%。

PBL加劲型矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能分析

为研究开孔钢板连接件(PBL)加劲肋对矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的影响,用能量法推导钢管屈曲系数计算公式,引入PBL和加劲肋相对刚度计算式并分析二者对屈曲模式的相互作用关系,讨论了PBL加劲型钢管的极限屈曲模式及其极限屈曲系数、最大相对宽厚比限值。结果表明:PBL加劲肋可明显改善钢管局部稳定性,钢管屈曲系数k随着PBL加劲肋刚度增加而增大,直至达到极限屈曲系数42.68;PBL连接件可减小板件纵向屈曲的波长,而加劲肋的影响作用与之相反;设置PBL加劲肋后,钢管的最大相对宽厚比限值可达184,并且板件屈曲后强度随宽厚比的变化曲线下降趋势减缓,强度值随着PBL刚度增加而逐渐提高。

PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计

高速公路跨线桥黄延桥为(24+40+24) m连续刚构体系PBL 加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥。该桥主梁采用矩形钢管桁架和混凝土行车道板构成的组合桁梁;桥墩采用Y形双肢矩形钢管混凝土树状桥墩,下设菱形承台+钻孔灌注桩基础。在负弯矩区下弦杆和Y形桥墩的矩形钢管内设置PBL纵肋并灌注混凝土,形成PBL加劲型矩形钢管混凝土断面,以提高杆件承载力、改善受压钢管局部屈曲性能。为提高该桥PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的承载力、改善节点的失效模式,采取主管内灌注混凝土和支管与主管同宽两项优化措施。混凝土桥面板通过上弦闭口PBL开孔预埋钢板连接件与主桁相连。桥墩通过纵、横向呈方格网络集中布置的PBL开孔钢板与承台固结。

PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力统一解

对于特定的PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱,考虑混凝土榫形成的剪力键提供的有效作用,对PBL加劲肋进行受力分析。引入混凝土有效约束系数,采用统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式,并对其影响因素进行了分析。将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了所给公式的正确性。研究结果表明,PBL加劲型方钢管混凝土短柱的轴压承载力随双剪统一强度理论参数b、混凝土内摩擦角、加劲肋的宽度和厚度的增大而提高。所得结果可以为PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力的研究提供参考。

具有PBL加劲的方钢管混凝土构件受弯性能

为研究具有PBL加劲的方钢管混凝土构件的受弯性能,该文进行了无加劲肋、钢板加劲肋和PBL加劲肋三种方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,同时考察PBL加劲肋孔径大小和间距的影响,试验结果表明,无加劲肋构件为单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋试件管内受拉混凝土裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小,钢管与混凝土共同受力更好;PBL加劲肋对方钢管混凝土抗弯承载力提高不明显,抗弯刚度提高约20%;钢板加劲肋是否开孔对试件的刚度影响不大。该文还进行了PBL加劲肋构造参数的影响分析,结果表明:具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力随着PBL加劲肋高度、宽度的增加而增加,随着开孔孔径d_0的增大而减小;开孔间距对承载力的影响很小。在试验研究和数值分析基础上,提出了具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力的简化计算方法,建议在实际工程中,相对开孔孔径和间距分别取0.5和2.0为宜。

开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究

为加强方钢管与管内混凝土的组合作用,提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比和偏心率为参数,进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验,同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏压对比试验。试验结果表明:无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%,比钢板加劲肋构件降低了4.33%,PBL加劲肋的主要作用体现在加强钢管与核心混凝土的组合作用,试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏压柱承载力计算公式为基础,考虑PBL加劲肋和孔内"混凝土榫"的作用,提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,公式计算结果与试验结果吻合良好。

型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱进行数值模拟,探讨型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土、型钢-PBL加劲型方钢管混凝土、型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱在承载力以及破坏模态上的差异,并对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱荷载-竖向应变关系曲线的主要影响因素进行参数分析。结果表明,和型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的极限承载力略有下降,但其具有较高的后期承载力;截面含钢率一致的情况下,相对于型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱,型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱承载力更高,外钢管鼓曲变形更小;外钢管以及混凝土的强度、外钢管含钢率对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的承载力以及延性影响较大。

带拉杆PBL加劲型钢箱-混凝土组合梁抗弯性能研究

提出了带拉杆PBL加劲型钢箱-混凝土组合梁并分析了其优点,通过试验方法研究了该梁的抗弯性能,并用有限元软件模拟计算,将计算值与试验值进行对比分析。结果表明,拉杆和PBL加劲肋的设置能有效提高钢箱对混凝土的约束程度、防止钢箱发生局部屈曲、减小钢箱与混凝土脱空面积、有效阻止钢箱与混凝土接触面的滑移,明显改善了钢箱-混凝土组合梁的抗弯能力和变形能力。另外,用有限元软件拓展参数,分析了PBL加劲肋宽度与厚度、拉杆沿纵向间距与直径等4个关键参数对该梁抗弯能力的影响。结果发现,影响最显著的参数是PBL加劲肋宽度,其次为拉杆间距,PBL加劲肋厚度与拉杆直径影响不明显,可按构造确定。

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。

钢管混凝土组合桥塔设计研究

以金寨县长征大桥的设计、施工为基础,提出钢管混凝土组合结构桥塔可以参照JTG/T D65-06—2015《公路钢管混凝土拱桥设计规范》进行设计计算。针对桥塔构造、受力特点,提出钢管内壁增加PBL纵向、环向加劲肋,增设内置钢筋笼,以及钢管内部填充高性能混凝土等3项措施。对结构体系进行静力和动力分析,结果表明:采用钢管混凝土组合结构桥塔的斜拉桥具有良好的力学响应,结构强度、刚度、应力、整体稳定性和动力响应均满足规范要求。

矩形钢管钢纤维混凝土组合柱轴压承载力有限元分析

为探明钢纤维混凝土(SFRC)强度、钢纤维体积掺量、钢材强度和长径比等对矩形钢管SFRC组合柱轴压承载力的影响规律,根据正交试验设计32根柱,开展非线性有限元分析,得到荷载位移关系曲线。研究表明:矩形钢管SFRC轴压柱承载力受钢材强度、SFRC强度和钢纤维体积掺量影响显著,其中与钢纤维体积掺量呈近似直线变化,随着钢材强度增加承载力增速有所放缓。提出了矩形钢管SFRC轴压柱的承载力计算式,与相关文献试验值吻合良好。

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24m+40m+24m,结构体系为连续刚构。试验采用400kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明:在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋(开孔钢板加劲肋),其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。

钢管混凝土K形节点脱空后的承载力与防脱空措施研究

为研究钢管混凝土K形节点脱空后的承载力以及防脱空措施,通过有限元方法,模拟计算了钢管混凝土K形节点脱空后的力学性能,提出了防脱空建议,并进行了验证。结果表明,当支管壁厚较小时,不同脱空率下节点破坏模式均为受压支管局部屈曲破坏,极限承载力大致相同,脱空只影响节点弹性刚度,且节点弹性刚度随着脱空率的增大而逐渐减小;支管管壁较厚时,破坏模式为主管表面塑性破坏或冲剪破坏;随着脱空率的增大,节点的刚度及承载力均逐渐下降;主管内增设PBL后,主管表面刚度得到提高,不同脱空率下节点破坏模式均变为受压节点的局部屈曲破坏,各模型承载力大致相同;相比于原脱空钢管混凝土节点,节点刚度及承载力均有提高;PBL可显著降低核心混凝土脱空产生的不利影响,当脱空率较大时,PBL作用更加明显。