钢管混凝土叠合柱之钢管外包混凝土探讨

本文结合腊八斤特大桥和黑石沟特大桥钢管叠合柱桥墩的施工实践,对钢管混凝土叠合柱的钢管外包混凝土做简要的探讨研究,期望给类似工程提供参考。

超高性能混凝土(UHPC)包覆钢管混凝土叠合柱抗侧向冲击试验研究

使用超高重型落锤冲击试验系统对四根固定轴压比条件下的UHPC包覆钢管混凝土叠合柱构件进行侧向冲击试验。对冲击全过程的试件冲击力和位移响应进行了研究,对比分析了试件在不同冲击速度和不同钢管直径下冲击过程中与冲击后的损伤和失效特点。试验结果表明:UHPC包覆钢管混凝土叠合柱构件在中低速冲击下表现出弯曲破坏,仅出现少量竖向裂缝,在更高的冲击速度下UHPC未剥落,表明UHPC包覆钢管混凝土叠合柱构件优异的抗冲击性能。冲击速度的提升显著提高了构件的冲击力和位移响应,冲击耗能也随之增大。增大钢管直径能够有效提高构件的刚度,小幅度降低动态位移响应,但对冲击力响应影响不大。

超高性能混凝土(UHPC)包覆钢管混凝土叠合柱偏压性能试验研究

UHPC包覆钢管混凝土叠合构件具有耐久性能优越和承载力高等优势。为研究其偏压性能,进行了4根UHPC包覆钢管混凝土叠合柱偏压试验,主要参数为偏心距和长细比。基于试验结果,考察了不同参数对试件的破坏特征、荷载-变形关系曲线、极限承载力、二阶效应和延性的影响规律,结果表明:钢纤维的存在减轻了外围UHPC的破坏程度,内钢管混凝土的存在使试件具有较好的延性。试件偏压承载力随偏心距的增加下降明显,其中偏心距从0~80 mm时对承载力影响最显著。同时,二阶效应对试件偏压承载力影响显著,随着偏心距和长细比的增加,二阶效应产生的弯矩占总弯矩比重达到36.5%。基于试验实测结果,探讨了采用现行规范提供的方法计算UHPC包覆钢管混凝土叠合柱偏压承载力的适用性。

超高性能混凝土(UHPC)包覆钢管混凝土柱单边螺栓连接节点受力机理和设计方法

单边螺栓连接技术有效解决了闭口截面柱难以应用全螺栓连接的难题,目前已有学者将单边螺栓连接技术用于钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点中,由于外部混凝土强度低,此类装配式连接节点表现出明显的柱壁破坏。提出采用UHPC包覆钢管混凝土叠合柱代替普通钢管混凝土叠合柱以避免采用单边螺栓连接节点时的柱壁失效,同时外部采用UHPC包覆可有效减少混凝土内的钢筋,便于单边螺栓的安装。基于ABAQUS有限元模型建立了UHPC包覆钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点的有限元模型,考虑了复杂材料本构以及节点域多接触的收敛问题,通过试验结果验证了模型的准确性,系统揭示了外部UHPC对内部钢管的约束作用,证明了此类节点可有效避免柱壁破坏。对典型的UHPC外包钢管混凝土叠合柱-钢梁装配式节点进行了参数分析。随后基于组件法,建立了节点弯矩承载力的设计方法,通过与有限元结果对比揭示了设计方法的准确性。研究结果表明,采用UHPC包覆钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点适合采用单边螺栓连接,并为此列连接节点提供了合理的设计方法。

超高性能混凝土(UHPC)包覆钢管混凝土叠合构件抗弯性能试验研究

UHPC包覆钢管混凝土叠合构件具有承载力高和耐久性能优越等优点。为研究其抗弯性能,完成了5根UHPC包覆钢管混凝土叠合构件纯弯试验,主要参数为钢纤维掺量和含钢管混凝土率。基于试验研究,考察了不同参数对试件的破坏形态、跨中弯矩-挠度曲线、极限抗弯承载力、抗弯刚度和延性的影响规律,结果表明:外包UHPC钢管混凝土叠合构件抗弯性能优异,受弯状态下各组件能保持良好的协同工作,试件的抗弯承载力随着外包UHPC钢纤维掺量和含钢管混凝土率的增大而增大,尤其在钢纤维掺量由0%变化为1%时承载力提升幅度尤为明显。采用现行规程公式计算本研究UHPC包覆钢管混凝土叠合构件抗弯承载力偏于安全11%~38%,计算抗弯刚度总体上偏于保守。