两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件抗侧向冲击性能有限元分析

目的 研究两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件的抗侧向冲击性能,为该类构件的工程应用提供参考。方法 建立并验证侧向冲击荷载作用下两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件有限元模型,分析了典型构件在侧向冲击荷载作用下的全过程、破坏形态、应力发展、相互作用力时程曲线和弯矩时程曲线等动态响应;研究了冲击能量、冲击冲量、钢材强度、GFRP管厚度以及截面含钢率对构件抗冲击性能的影响。结果 随着冲击能量及冲量的增大,冲击持时和构件弯曲变形增大;提高钢材强度、GFRP管厚度可以改善构件的抗冲击性能。结论 GFRP管对混凝土有较好的约束作用,构件在侧向冲击荷载作用下整体发生弯曲破坏,内部钢骨塑性变形发展充分,构件抗侧向冲击性能优越。

天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究

针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。

基坑装配式内支撑高脚螺栓-模袋混凝土固支端及其承载性能

基坑工程内支撑体系中,混凝土支撑因其承载能力高、布置不受限制、端部节点现浇、整体性良好等优势得以在基坑工程中广泛使用,但混凝土支撑在设计与施工中的弊病也十分显著,存在设计截面过大、施工周期长、污染性强、成本高、浪费严重等问题。因而,针对混凝土支撑在基坑工程中表现出的优势与劣势,并结合地铁明挖车站深基坑工程的特点,设计一种装配式组合钢管混凝土内支撑,从提高端部节点刚度和强度、实现端部固定连接等角度出发,提出一种适应于地铁基坑装配式组合钢管混凝土内支撑的高脚螺栓-模袋混凝土固支端。通过阐明固支端的设计方案、构造特点和工作原理,并将其与混凝土支撑现浇节点进行对比分析,论证了由预埋钢板、空心法兰盘、模袋混凝土和高脚螺栓等特殊构件组成的固支端,在支撑体系中发挥了固定支座的作用;为建立固支端设计与验算的理论依据,通过分析固支端的力学机理、破坏模式及其演变规律,得到固支端的抗压与抗弯承载力的解析方法;为验证固支端承载性能的理论解析方法的可行性,结合数值模拟验证分析了理论与数值结果,并对影响固支端承载性能的主要因素进行参数化分析。

空心钢管混凝土支撑试验及其在深基坑中的应用研究

为解决地铁车站深基坑开挖支护工程作业面小、施工困难等难题,提出采用空心钢管混凝土支撑进行支护。推导并简化空心钢管混凝土组合强度计算公式,利用电液伺服压力机对构件进行横向加载试验,分析空心率和长细比对构件承载力的影响。采用有限元软件MIDAS GTS对西安某地铁车站基坑地表沉降和桩体变形进行仿真验算。研究结果表明,空心钢管混凝土支撑承载力显著高于空心钢管支撑承载力,且空心钢管混凝土支撑承载力随着空心率的减小逐渐增大,随着长细比的增大逐渐减小;相比于空心钢管支撑,采用空心钢管混凝土支撑后地表沉降和桩体变形均减小,有利于控制地表沉降和围护桩变形。

碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度试验研究

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,对当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量进行测定。采用三折线模型对碗扣式节点的M-θ曲线进行拟合,分析了不同水平杆数量对其转动刚度的影响及其破坏特点。研究结果表明:(1)碗扣式钢管支撑架角节点、边节点的转动刚度分别为中间节点转动刚度的77.93%、92.14%,且均高于规范给出的建议值25 kN·m·rad-1;角节点与边节点的转动刚度相对较弱,对架体整体稳定性的影响不可忽略;(2)当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量较新构件有不同程度的下降,最大降幅约为30%;(3)碗扣式节点的破坏先后顺序为水平杆、上碗扣、立杆和下碗扣;节点的破坏发生在水平杆接头处,应对此处加强质量监管。相关结论可为同类半刚性节点的转动刚度确定提供参考。

大跨度钢管混凝土系杆肋拱桥拱圈整体拼装施工关键技术

针对北澄子河大桥钢管混凝土主拱圈整体拼装施工及高精度拱圈线形控制难题,采用基于位移传感器的智能调控钢管支架法进行整体拼装施工。为了实现拱桥安装合理成桥状态,对影响拱桥轴线线形控制的两个重要因素进行分析,结果表明:通过对拱圈节段拼装进行水平竖向双向精度控制,并使用智能同步顶升系统对节段安装高程进行调节,对拱圈节段焊接进行轴心对称合理施工,保证了拱轴线平顺,误差控制在±5 mm,成桥状态符合设计要求。

巷道防冲吸能钢管混凝土拱架支护性能研究

针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构。通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与抗冲击能力。结论如下:①根据合理的让位阻力特性设计吸能构件壁厚与尺寸,在拱架上部连接处和底弧段中部设置吸能构件,可避免弯曲过大发生失稳。套管形状依据U型钢拱架卡揽结构设置为折纹型,与拱架摩擦实现缩动让压;②在竖向与侧向冲击下,优化后拱架支护巷道各点位移量呈减少趋势,降低了拱架顶弧段下沉与底弧段上拱,支护效果更强;③静载作用下,优化后拱架与吸能构件接触后,拱架各点处塑性应变不再增加,吸能构件代替拱架发生形变。在受到动载后,吸能构件能快速响应,同时拱架两帮拐角发生弯曲变形,其余部分仍未发生明显变形。吸能构件压溃后,拱架整体塑性应变开始增加,最终优化后拱架各点等效塑性应变竖向与侧向冲击下分别降低了10%~50%和13%~78%。

青浦题学平和学校综合馆结构设计

青浦题学平和学校综合馆由游泳馆和篮球馆组成,下部两层采用钢框架结构,上部屋盖采用格构柱-空间管桁架屋盖体系。对屋盖抗侧力体系及截面选取、格构柱与下部结构连接方式等关键技术进行研究。采用SAP2000软件分别建立屋盖单体模型和结构整体模型,并对两种模型在水平和竖向荷载作用下屋盖的内力和变形进行分析比较;同时针对本项目的受力特点,对屋盖整体稳定及关键节点应力等进行多方面的分析。分析结果表明:关键构件应力比不应大于0.85,屋盖其他构件应力比不大于0.90,屋盖在竖向荷载下挠度及风荷载、地震作用下的位移均满足规范要求,屋盖结构体系安全可行,节点连接可靠,现行的设计能够满足设计目标。

深部巷道钢管混凝土支架与锚杆-索耦合支护技术的理论分析与数值模拟研究

在深部巷道中使用的钢管混凝土支架与锚杆-索的耦合支护技术经常失效,导致巷道失稳。其中,增加锚杆-索的长度是一种现场常用的返修方式,但比较浪费支护材料。本文提出通过改变锚杆-索的预紧力来改善钢管混凝土支架的受力状态。首先,总结了钢管混凝土支架常见的破坏模式,并利用弹性中心法获得了钢管混凝土支架与锚索耦合支护情况下的钢管混凝土支架的内力;结果表明,施加锚索可以减小钢管混凝土支架的内力,保证其高承载力。然后,建立了钢管混凝土支架与锚杆-索在不同侧压力系数和不同耦合支护条件下的数值计算模型;进一步研究了不同侧压、不同支护方案以及在不同角度范围内增加锚杆-索预紧力下巷道围岩与支护体的应力和位移演化规律。结果表明,当锚杆和锚索预紧力分别为60和100 kN时,钢管混凝土支架与锚杆-索的耦合支护效果可以达到最佳,且最佳锚杆-索预紧力增加角度范围为15°~45°。最终将钢管混凝土支架与锚杆-索的耦合支护技术进行了现场应用,有效控制了深部巷道大变形,对深部巷道的支护方案设计具有一定的指导意义。

构造因素对超限梁扣件式钢管支撑架稳定承载力的影响

在目前超限模架搭设施工中,诸多项目常忽略超限梁扣件式钢管支撑架的构造措施,为了探究架体构造因素对稳定承载力的影响,应用有限元分析软件SAP2000,理论分析了节点刚性、梁底构造措施、剪刀撑布置等构造因素的影响机理。结果表明:梁底承重小横杆与相邻2根板下立杆可靠连接、梁侧设置斜撑的构造形式可有效改善架体受力性能,提高稳定承载力;节点刚度及剪刀撑布置对超限梁稳定承载力影响显著,且水平剪刀撑应与双向垂直剪刀撑同时布置,以保证架体的整体稳定性。

基于支持向量机和改进粒子群算法的钢管混凝土拱桥可靠度分析

针对大跨度钢管混凝土拱桥结构可靠度分析过程中功能函数难以显式表达的问题,首先阐述了支持向量机的基本原理,并将其引入到结构可靠度分析中,建立了基于支持向量机的可靠度分析模型,然后利用改进粒子群算法对某钢管混凝土拱桥的吊杆可靠度与拱肋可靠度分别进行了求解,并对其灵敏度进行了分析,研究表明:端部短吊杆的可靠度指标相较于其它吊杆更大,并且越靠近跨中,吊杆的可靠度指标整体越小;随机变量灵敏度对吊杆可靠度指标影响最大的为吊杆弹性模量,其次为吊杆截面面积,钢管弹性模量、混凝土弹性模量、立柱截面面积与主梁截面面积对其影响较小;在拱肋可靠度评估中,拱脚截面的可靠度最小,拱肋1/8截面处的可靠度指标最大,随机变量灵敏度对拱肋可靠度指标影响最大的为拱肋截面面积,其次为钢管弹性模量,立柱截面面积、汽车荷载与主拱抗弯惯性矩等对其均有不同程度的影响。

深井软岩巷道钢管混凝土支架支护技术应用

巷道变形一直是困扰矿山发展的难题,软岩巷道的支护技术在实践中逐渐成熟。曲江公司在深井软岩巷道中积极应用钢管混凝土支架支护技术,该技术从实践中体现出的安全性、可靠性、实用性、耐久性远远超过传统U型钢支架支护技术,有效地缓解了曲江公司软岩巷道需要多次返修的难题。

大浪文化艺术中心结构设计与分析

大浪文化艺术中心项目地上8层,地下2层,文化与艺术多种功能空间叠加在一起。为满足建筑体型和使用功能要求,上部图书馆采用多筒体支承的大跨钢桁架结构,下部剧场和文化馆采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。重点介绍了上部图书馆的结构体系与结构设计重难点问题,对大跨度钢桁架的结构选型、多筒体的协同效应、支承筒体临空层的刚度突变、桁架变形引起的楼板受拉以及桁架与筒体的连接节点做了大量分析,提出了相应的设计加强措施,确保结构可以满足预定的性能目标要求。

中铁青岛博览城展馆结构设计

中铁青岛博览城项目由12个造型相似的展馆和十字展廊组成。展馆采用了混合连体结构体系,屋顶采用了双向受力变高度管桁架结构,通过抗震弹性球铰支座支撑在下部6个钢筋混凝土筒体顶部。各展馆结构最大高度23.35m,屋顶水平跨度较大且在高度方向存在明显的抬升。管桁架结构采用SAP2000进行分析设计,采用ANSYS进行了关键节点有限元分析。

自然崩落法底部结构破碎区域钢拱架支护分析与研究

普朗铜矿自然崩落法受断层影响,底部结构易受损坏。通过对3种拱架进行受力分析,确定了普朗铜矿出矿口眉线支护方案。采用U型钢拱架、钢管混凝土拱架、H型钢拱架对出矿进路进行支护试验。经过现场观测,钢管混凝土拱架优于其他2种拱架,且底撑具有底板保护功能。该支护方式对破碎区域效果显著,减少了巷道的进一步变形,也减少了不必要的矿量损失。

扁钢管混凝土柱框架的抗侧抗震性能研究

研究了轴压比、宽高比及截面横隔板对扁钢管混凝土框架抗侧性能的影响。为了解决扁钢管混凝土柱在弱轴方向抗侧刚度较小的问题,提出了增设钢支撑以提高其抗侧刚度的方案,采用ABAQUS建立有限元分析模型,通过与试验结果对比验证模型的有效性,并通过有限元模拟分析钢支撑对结构抗震性能的影响。结果表明:增设支撑对骨架曲线的峰值荷载和试件的割线刚度有提升作用,对结构的耗能能力的增强有积极影响。

1~80 m简支拱上部结构中钢管拱肋施工技术

在1~80 m的简支拱上部结构施工中,施工的重难点主要是连系梁施工和钢管拱肋施工这两项施工技术,如何在施工的过程中确保安全是1~80 m简支拱上部结构施工中的一个重要问题。对北京至滨海新区铁路宝坻至滨海新区段JBSG–3标北辰特大桥跨永定新河右堤路1~80 m简支拱上部结构施工项目中的钢管拱肋施工技术进行了深入的研究,介绍了总体工程的概况,然后结合工程实际介绍了钢管拱肋结构施工技术的操作步骤,最后针对钢管拱肋结构施工中容易出现的安全问题给出了防护措施建议。

基坑“竖井”式开挖支护设计与施工

以国核压水堆示范工程附属子项厂区大门柱下独立基础开挖支护为例,详细介绍了基坑“竖井”式开挖支护的技术特点、应用背景、支护形式、工艺流程、施工方法,并对基坑“竖井”式开挖支护的加固设计、承载力验算、工程实践及推广应用进行了总结与分析,真正以“缩短工期、节约成本”为原则,解决现场实际施工难题,对后续项目类似问题有较好的借鉴意义,具有较强的应用价值。

窄扁矩形钢管混凝土柱在超高层钢结构住宅中的应用

本文研究的项目为钢框架-偏心支撑结构,框架柱为窄扁矩形钢管混凝土柱,宽度为200~250mm,最大长宽比达到4,为保证混凝土浇筑质量,梁柱节点采用竖向加劲肋节点,无水平隔板,在钢管柱内部的梁高及其上下200mm范围内设置12mm厚竖向加劲肋与钢梁边缘对齐,并设置6mm厚T形钢肋板与钢梁腹板对齐。通过在避难层设置人字撑形黏滞阻尼器和肘节式黏滞阻尼器,有效提高结构在用地震和风荷载下的安全储备。

深井软岩巷道钢管混凝土支护结构性能试验及应用

深井软岩及动压巷道支护难度大,传统的支护方式已难以满足需要。为此研发钢管混凝土支架,在实验室测试支架的力学性能,试验支架采用φ140mm×4.5mm钢管和C40混凝土,由4段构成,接头采用套管连接。在侧向约束、纵向点载荷加压条件下,试验支架的极限承载力为1504.1kN,纵向极限压缩变形为82.65mm,破坏方式为钢管材料屈服破坏。与U型钢支架相比,钢管混凝土支架支护反力大、性价比优越。钢管混凝土支架在煤矿井下巷道支护应用效果良好,有着广泛的推广应用前景。