A New Method for Predicting the UL of Circular CFST Columns

Concrete filled steel tube structures have gained booming development in recent decades, especially in China. Simplified methods have been proposed in design codes, such as the Eurocode 4 (EC4) and the China engineering and construction specification (CECS). In EC4, the confinement effect is reasonably related to slenderness and load eccentricity. The CECS method is much straight forward in that the slenderness ratio and load eccentricity are treated as independent reduction factors. To make use of the advantages of both the CECS and the EC4 methods, the CECS method is modified to consider the confinement effect associated with slenderness and load eccentricity. It is shown that the proposed method can predict well the ultimate load capacity of circular section concrete filled steel tube columns.

马鞍山长江公铁大桥Z3号桥塔施工关键技术

巢马城际铁路马鞍山长江公铁大桥主航道桥为(112+392+2×1120+392+112)m三塔钢桁梁斜拉桥,Z3号桥塔为超高多肢钢-混组合塔,高308 m。上塔柱钢结构高87.5 m,分13个吊装节段,最重505 t;中、下塔柱混凝土结构高217.5 m,分38个节段液压爬模施工;钢-混结合段高3 m,内部采用PBL键+剪力钉+高强度钢锚杆+高强度混凝土结构形式。在中塔柱设置钢管临时横撑控制塔柱线形及应力;下横梁采用落地支架法分层施工,与对应塔柱同步浇筑;钢-混结合段混凝土采用C60细石补偿收缩混凝土+高强度灌浆料,保证了混凝土施工质量;采用工厂“2+1”立体匹配制造、“提升站+运输栈桥”钢塔节段转运等技术,并研制15000 t•m超大型塔吊,实现了钢塔柱大节段的制造、整体滩地运输和吊装;钢塔节段间采用栓焊组合连接形式,通过设置工艺隔板、双面坡口等措施控制了钢塔焊接变形;利用定位桁架临时锁定钢塔合龙段实现了钢塔的精确合龙,定位桁架受力及变形均满足要求。

新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明:钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

马鞍山长江公铁大桥主航道桥中塔下横梁施工关键技术

马鞍山长江公铁大桥主航道桥Z4号中塔采用空间四肢A形钢-混组合塔,横向两塔肢间设下横梁,下横梁间设3道系梁,纵向两塔肢间不设置横梁。下横梁采用支架法分层浇筑施工。下横梁施工支架采用落地式钢管支架配套模板体系,受力性能满足要求;通过有限元计算比选下横梁混凝土分层浇筑方案并进行优化,采取(5.5+2.5)m分层方案,上、下层混凝土分别分为2块、3块分层分块浇筑;通过低温升、易泵送、高抗裂的C60混凝土研制、下横梁与塔柱倒弧结合面抗裂措施优化、分块间接缝构造形式及施工工艺优化、下横梁与系梁混凝土浇筑施工组织优化、混凝土温度智能化监控、预应力束张拉时机控制等混凝土防裂措施,有效解决了下横梁大体积混凝土易开裂的难题。

钢管预置集料混凝土中长柱受压性能试验

为了探究钢管预置集料混凝土中长柱受压性能,首先,考虑混凝土类型、混凝土强度、径厚比、长径比和偏心率等参数影响,设计了11根钢管预置集料混凝土中长柱和3根普通钢管混凝土中长柱;其次,通过轴压和偏压试验,并结合有限元分析法,研究了试件破坏形态、承载力、变形特征等变化规律;最后,基于极限平衡理论,提出了适用于钢管预置集料混凝土中长柱轴压与偏压承载力计算公式。研究结果表明:钢管预置集料混凝土中长柱破坏形态与普通钢管混凝土中长柱的破坏形态相似,均为弯曲失稳破坏;钢管预置集料混凝土中长柱承载能力与普通钢管混凝土中长柱承载能力相当,但钢管预置集料混凝土试件轴向刚度是普通钢管混凝土试件轴向刚度的1.2倍左右,表现出良好的抗变形能力;钢管预置集料混凝土中长柱径厚比由39.75降低至19.88,承载能力提高33.8%;长径比由6增大至15时,承载能力降低20.5%;偏心率由0.25增大至1.0时,承载力降低49.5%;钢管预置集料混凝土中长柱稳定系数受混凝土强度和径厚比影响较小,但随着长径比和偏心率增大而近乎呈线性降低趋势。本文提出的承载力计算公式可为钢管预置集料混凝土中长柱设计提供参考。

带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

圆形钢管混凝土柱轴压承载力及承载力组成研究

为了研究相互作用下圆形钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)柱中钢管和混凝土各自的承载力贡献,通过ABAQUS软件中的VUMAT子程序导入一种新的混凝土材料本构,建立了能够反映CCFST柱中钢管和混凝土相互作用的三维有限元模型,并通过试验数据验证了模型的荷载-位移曲线、钢管和混凝土的荷载-变形曲线以及侧向变形曲线。在此基础上分析了混凝土强度、钢管屈服强度、径厚比以及套箍系数对CCFST柱承载力及其组成的影响。然后结合有限元模型推导了CCFST柱在轴压荷载下峰值承载力的数学模型,模型中提出的钢管环向应力比例系数和混凝土承载力贡献系数可以评估钢管和混凝土的受力状态。将计算模型与现行规范及现有研究进行对比,发现提出的计算公式具有良好的计算精度,且可以评估钢管和混凝土各自的承载力贡献。

超高净空桁架结构施工技术

结合深圳前海交易广场项目建筑施工作业的实际情况,针对其超高空架空层桁架结构施工的实际需要,对整体施工方案予以优化,确定采用高空散拼工艺进行安装就位。同时,基于选定的方案,对施工阶段临时支撑措施设计、钢结构的吊装与安装顺序、钢结构焊接工艺等关键步骤的要点进行详细探讨。施工质量验收结果显示,本次施工的各项指标均符合标准要求。

钢筋混凝土柱-钢梁混合结构体系研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合结构体系由钢和混凝土两种不同的材料组成,综合了钢结构和混凝土结构各自优势,充分发挥材料性能,结构形式高效经济且低碳,是国内外研究和应用较多的结构体系之一。对国内外有关RCS节点基本受力性能、抗震性能、受剪承载力计算方法,整体结构抗震性能和抗连续倒塌性能,以及功能可恢复结构的研究现状和最新进展进行了综述和分析。对今后研究重点和发展趋势做了展望,对提高我国RCS混合结构研究和设计水平,推广RCS混合结构的工程应用,具有重要参考意义。

基于整体节点理念的钢盖梁与混凝土墩柱连接结构优化设计

针对传统钢盖梁设置套筒外包混凝土墩柱方案墩梁连接位置刚度突变、应力集中及施工定位精度要求高的问题,基于梁柱整体节点理念,以门式框架墩为例,提出一种钢盖梁与钢套筒连接结构优化方案。该方案将连接位置处钢盖梁和钢套筒腹板设计为整体节点板,钢盖梁和钢套筒翼缘板加劲肋一一对应,并将现场接头设置在钢盖梁侧。以某公路工程匝道桥为背景,采用有限元软件分析其门式框架墩采用传统方案与优化方案的受力性能,并将优化方案应用于实桥。结果表明:该优化方案传力顺畅,结构应力集中程度较低,构造合理;该优化方案施工较为简单,容错性更好,具有良好的推广应用前景。

广州白云国际会议中心国际会堂结构设计和施工重难点

采用YJK和ETABS对广州白云国际会议中心国际会堂结构进行弹性分析,采用Perform-3D进行罕遇地震作用下的整体结构弹塑性动力分析,并通过采取针对性的加强措施,改善了结构受力,提高了结构抗震性能,达到了预设的抗震性能目标。对大跨度钢结构构件进行方案选型,提出了大跨度钢结构桁架局部构件后装施工控制法和大悬挑钢结构桁架构件局部弯矩释放法,可以有效地减小结构构件局部受力,更加经济合理。对主会场大跨度楼盖进行竖向舒适度分析,结果表明竖向振动加速度满足规范要求,人群激励模式起控制性作用。通过采用合理的结构方案,以及与建筑专业的密切配合,很好地实现了建筑功能及建筑造型,以及项目快速建造的要求。

大型场馆类建筑钢管柱侧抛混凝土工艺的应用研究

为实现大型场馆类建筑的大空间、可改造等建设目标,满足各种展览、展会、活动的需要,分析了钢管混凝土柱侧抛混凝土技术的特点,其可保证混凝土的均匀性与致密性,显著提升施工效率,混凝土配制具有高度灵活性,具有环保性与保温隔热性能的综合优势。以某项目为例,对钢管混凝土柱侧抛混凝土施工工艺进行创新,提前预开钢管柱侧浇筑口,利用浇筑工具高位侧抛免振混凝土,极大提高了钢管柱内混凝土浇筑施工速度及质量,减少了上层主体钢结构施工及整体钢结构卸载对工序的制约,减少了施工及人力成本,避免了潜在的施工风险,为大型场馆类建筑施工提供了新思路。

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

大直径高精度后插法逆作柱施工垂直度控制

对于采用盖挖逆作法施工的结构,其临时竖向支撑体系是逆作施工的关键结构,一般为一桩一柱形式,施工方法有先插法和后插法两种,北京城市副中心站综合交通枢纽工程02标段逆作柱采用后插法施工,该建筑B3层为国铁轨行层,对逆作桩柱的施工精度要求非常高,通过对后插法逆作桩柱施工工序分析,可分为两个施工阶段,分别为逆作桩施工阶段和逆作柱植入施工阶段。分析逆作桩柱施工的两个阶段,研究在深厚砂层地质条件下,对后插法逆作桩柱的关键工序:逆作桩成孔、逆作柱加工精度、逆作柱植入施工等,分别制定相应的控制措施,确保逆作桩柱达到设计精度。

超厚大体积混凝土底板钢结构柱脚锚栓施工技术

以深圳市深圳湾超级总部基地地标建筑OPPO国际总部项目为例,阐述了主塔楼钢结构柱脚锚栓的施工实践经验,分析了超厚大体积混凝土底板钢结构柱脚锚栓快速有效安装的一种创新思路及实施效果。

钢管混凝土拱桥拱脚安装施工技术研究

钢管混凝土拱桥拱脚埋件构造复杂,基于其与预应力筋等结构出现位置冲突,为了研究钢管混凝土拱脚安装的合理工艺,以枞阳乌金渡大桥为依托,通过BIM模型分析、理论分析与工装设计相结合的方法,开展了钢管拱脚安装方法研究。通过精细化BIM模型分析,针对拱脚范围内构件相互冲突的问题提出了相应的解决方法。设计了钢管混凝土拱脚定位施工临时支架结构,灵活地满足了拱脚钢管定位安装的需求,实现了钢管埋件结构的快速安装。探索出钢管混凝土拱脚安装的新方法,很好地实现了乌金渡大桥的拱脚安装,也可为其他钢管混凝土拱桥施工提供参考。

矩形钢管混凝土短柱的轴心受压性能分析

采用考虑钢—混界面的接触的非线性有限元方法分析了内加劲肋矩形钢管混凝土短柱轴心受压性能。分析结果表明,矩形钢管混凝土短柱的轴压破坏过程表现出明显的弹塑性特征,短柱破坏时,钢管中部的纵向应力水平普遍较高,横向应力仅在壁板的角点处偏高;钢管内壁设置的开孔钢板加劲肋能够有效约束钢管壁板的鼓曲变形,改善钢管壁板的屈曲形态,提高钢管壁板的屈曲荷载;开孔钢板加劲肋还能起到提高钢管壁板对管内混凝土约束作用的效果。

轴向约束型钢RPC混凝土异形柱耐火性能研究

为考察分析受轴向约束的型钢活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)异形柱的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS构建火灾下型钢RPC混凝土异形柱热-力顺序耦合模型,并探究加载角、荷载比、偏心率等参数对其耐火性能的影响规律。研究表明:在一定加载角度范围内,型钢RPC混凝土异形柱的抗火性能随加载角的增大而增大;荷载比和偏心率也是影响型钢RPC混凝土异形柱耐火性能的重要因素,随着荷载比和偏心距的增大,构件的耐火极限相应降低。型钢RPC混凝土异形柱的耐火性能受偏心率、荷载角、荷载比等因素的影响逐渐增加,最终都表现为脆性破坏,其轴向变形呈现出基本恒定、缓慢下降和线性下降三个阶段。研究结果可为该类结构的防火设计提供理论依据。

螺栓法兰连接SRC柱抗震性能与可拆卸性能研究

提出了一种螺栓法兰连接可拆卸型钢混凝土柱,为研究其抗震性能和可拆卸性能,利用ABAQUS建立了螺栓法兰连接柱(DSRC柱)和型钢混凝土柱(SRC柱)数值模型。通过低周往复加载,分析了法兰板厚度、螺栓数量、轴压比、柱高比、含钢率对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响,结果表明:法兰板厚度和柱高比对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响较大。主要有2类破坏模式:当柱高比有≤1/2、或≥2/3且法兰板厚度较大时,构件的破坏模式为下柱及其连接破坏或下柱破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线饱满,耗能能力较强,延性系数较大;当柱高比≥2/3且法兰板厚度较小时,构件的破坏模式为上柱及其连接破坏或上柱、下柱及其连接破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线有捏缩现象,耗能能力较差。以螺栓损伤系数η和法兰板屈服程度w作为DSRC柱的可拆卸指标,并进行了可拆卸性能分析。结果表明:螺栓数量对可拆卸性能影响较大。当螺栓数量足够多且η和w均≤0.2时,可以实现DSRC柱的可拆卸。最后,基于下柱及其连接破坏、下柱破坏2种破坏模式,结合相关规范,提出了DSRC柱螺栓数量和法兰板厚度的设计建议;并结合有限元模型分析结果,对螺栓数量计算公式做出了修正。