扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱拟静力试验研究

为研究扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的力学性能,以截面形式和扭弯比为参数对6个内嵌H型钢-钢管混凝土柱进行拟静力往复加载试验,得到扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、弯矩-位移骨架曲线及关键力学特征和刚度退化曲线。研究表明:1)随扭弯比增加,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的破坏特征由“弯”型向“扭”型转变;2)扭矩增加到弯矩的34%和67%时,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.0%和17.7%,而内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.5%和22.7%,反映内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱均有较好的扭弯复合承载力;3)扭矩对内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的早期受弯刚度影响较小,但会降低内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值割线受弯刚度;4)提出了内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力计算方法,该方法得到的扭弯承载力理论值与试验值吻合良好,有较好的精度。研究结果可完善内嵌H型钢-钢管混凝土组合结构构件的基本理论,为内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力设计计算提供参考。

横梁截面形状对扭力梁扭转刚度影响分析

横梁是构成扭力梁总成最重要的零件,它直接影响扭力梁总成的扭转刚度。文章通过对扭力梁横梁形状和设计参数的研究,找出满足扭力梁扭转刚度的最佳的横梁结构,为设计类似扭力梁提供参考。通过CATIA软件建立3D扭力梁模型,并采用CATIA软件分析模块工具,分析不同横梁顶部半径R、横梁中间空间面积S、横梁中间高度差Z等对扭力梁刚度影响情况,总结出横梁形状优化的方法。经不同横梁形状参数计算结果表明,该方法对扭力梁横梁优化设计很有效,对设计管状扭力梁有很好的指导作用。

多腔T形钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔T形钢管混凝土柱的轴压性能,开展了7根多腔T形钢管混凝土柱和2根普通T形钢管混凝土柱试件轴压试验研究,主要考察钢管壁厚、混凝土强度和高宽比对多腔T形钢管混凝土柱轴压性能的影响。试验结果表明,与同条件的普通T形钢管混凝土柱相比,多腔T形钢管混凝土柱具有更高的轴压承载力及更好的变形性能。多腔T形钢管混凝土柱的轴压极限承载力随着钢管壁厚增大而显著提高,随着高宽比增大而呈下降趋势;当采用高强混凝土时,应匹配较厚的钢管以更加充分地发挥两种材料的性能。将美国规范ANSI/AISC 360⁃16、欧洲规范Eurocode 4、日本规范AIJ⁃CFT和中国规范GB 50936—2014公式计算与试验的轴压极限承载力进行比较。结果表明,Eurocode 4规范公式的计算精度最高且离散性最小。

变截面筒桩承载力特性数值模拟研究与设计

本文基于相关理论分析、数值模拟、工程现场试验等研究方法,根据黄泛区地层特点,结合传统搅拌桩技术对桩体结构设计进行分析和优化,重点开展变截面筒桩数值模拟等研究工作,提出变截面筒桩的设计方法和工程方案,并开展工程试验评价变截面复合浆喷桩成桩质量和地基加固效果,分析变截面筒桩承载特性,明确变截面筒桩受力性状,为工程应用提供可靠的理论指导。同时针对变截面筒桩的不同设计方案进行优化,分析不同方案下筒桩各部位的性能表现,明确桩体受力性状,为工程实际桩基布置提供参考。基于结构分析和工程试验,优化变截面水泥土浆喷复合桩结构一体化设计方案,将有效改善黄泛区高速公路地基加固工程质量、降低地基加固成本,具有显著的经济效益和社会效益。

拱肋高度基于余弦曲线变化的钢管混凝土拱桥设计方法

大跨度钢管混凝土拱桥大多采用等宽变高的截面形式。分析了李特公式中影响变截面高度的设计参数,在此基础上提出了钢管拱变截面高度设计的一种新方法:将拱肋截面高度定义为拱顶高度与拱轴水平倾角余弦值的幂次方之比,幂次方由拱顶高度、拱脚高度和拱轴线方程唯一确定。结合钢管混凝土拱桥常用的矢跨比和拱轴系数,给出了幂次方的取值范围。为验证该方法在大跨度钢管拱设计中的可行性,开展了两座钢管混凝土拱桥的动力特性与弹性稳定分析。结果表明,采用该方法设计的钢管混凝土变截面拱,与设计文件和李特公式的计算结果相比,钢管拱弦杆轴力差异在1.7%~7.0%,动力特性、弹性稳定以及腹杆应力差异在5%内。文中提出的设计方法可以为今后钢管混凝土拱桥设计提供参考。

长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术

四川盆地天然气井钻井过程中,经常面对长裸眼井段、多压力系统、承压能力要求高的堵漏需求,但已有的化学类堵漏及承压技术无法完全达到承压目标及时效要求。为此,针对四川盆地天然气井恶性井漏问题,研发了高抗挤膨胀管、配套工具及液体体系,开展了管材性能评价及适用边界分析,形成了膨胀管裸眼封堵技术并开展了现场应用。研究结果表明:(1)低碳锰合金化技术、“第三代”Mn-TRIP钢材配方以及高标准的生产制造工艺可大幅提高管材性能,新研制的高抗挤膨胀管胀后冲击韧性≥105 J,抗外挤强度≥20MPa;(2)基于测定的螺纹接头连接效率,参考API标准及J55膨胀管应用边界计算方法,建立了高抗挤膨胀管的适用边界;(3)基于高抗挤膨胀管,结合水力扩眼器、悬砂清砂液及固井水泥浆等,形成了“扩眼—膨胀管下入—膨胀作业—恢复钻进”全过程规范化膨胀管裸眼封堵施工工艺。结论认为:(1)该技术在四川盆地已成功应用8井次,累计作业长度5177.81 m,承压能力达35 MPa以上,均实现了裸眼井段的有效封隔;(2)该技术有望成为解决恶性井漏的有效途径,并可在井身结构拓展、高压盐水封隔及井筒修复等领域进行推广应用。

钢管拱切线拼装坐标修正在ANSYS中的实现方法

钢管混凝土拱桥钢管拱肋多采用分段安装,可采用ANSYS的生死单元进行过程分析,受到未激活单元虚位移影响,节段单元在ANSYS程序中并非在切线位置上激活。针对桁式断面的钢管混凝土拱桥,提出用悬臂端节点位移平均值作为拱肋整个截面的位移来修正激活前的单元坐标,使其处在前一节段的切线位置上;给出了坐标修正的计算公式,编制了钢管拱安装计算命令流,用于一座320m跨钢管混凝土拱桥施工中。结果表明:在实现扣索一次张拉的前提下,实测扣索力与理论索力的误差在3%以内,上、下游拱肋高程差控制在5mm内,成拱后的拱肋线形与裸拱自重线形吻合良好。

广义李特公式在700 m钢管混凝土拱桥试设计中的应用

大跨度钢管混凝土拱桥常采用变截面拱肋,以满足受力需要。围绕钢管拱肋变截面高度设计,在李特公式基础上推导了广义李特公式,将其应用于一座700 m跨钢管混凝土拱桥试设计中,开展了不同抛物线次数下钢管拱内力、弹性稳定、动力特性及主拱刚度的计算。分析结果表明:主要参数均能满足规范要求;相比于李特公式,采用广义李特公式设计的变截面钢管拱,由于减小了拱脚截面负弯矩,使截面上、下弦管的轴向力分布更趋均匀。

广州南沙某高层塔楼外框柱截面类型设计比选

主要介绍了广州市南沙区某建筑高度为249.5m的塔楼在确定外框柱截面类型时所开展的设计比选工作。首先基于设计规范对不同截面类型框架柱的相关规定,分析并阐述了框架柱在材料方面的利用效能;其次,针对塔楼在结构设计过程中对框架柱的设计需求,提出了3个合理可行的框架柱楼层布置方案,通过比对和分析各方案在主要结构材料费用、楼层有效使用面积、柱的防火措施和模板支设费用、施工工期和难度等5个方面的特点和差异;最终,着重考虑了开发商和建筑师的选择倾向,确定塔楼底部22层的外框柱采用叠合柱,23~54层采用普通钢筋混凝土柱。

双向偏压方钢管混凝土柱三面受火耐火性能有限元分析

目的 研究双向偏压方钢管混凝土柱在三面受火作用下的耐火性能,为该类型结构的工程应用提供理论依据。方法 采用ABAQUS软件建立双向偏压方钢管混凝土柱三面受火的热学分析模型与力学分析模型,分析其受力机理及常见参数对其耐火极限的影响。结果 荷载偏心角、荷载比、长细比、截面边长和偏心率是影响构件耐火极限的主要参数,荷载偏心角越大,荷载比越大,长细比越大,截面边长越小,其耐火极限越小。偏心率在0~0.3区间存在明显的极强中心,其耐火极限最大,可比轴压时提高80%以上。结论 在参数分析范围内,提出的耐火极限简化计算公式与有限元计算结果吻合较好。

复式钢-波纹管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究复式钢-波纹管混凝土结构(CMB-CFST)的轴压性能,对11根钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验,分析钢管混凝土短柱截面形式、膨胀剂与高吸水树脂(SAP)掺量对CMB-CFST轴压性能的影响。研究结果表明:CMB-CFST截面形式会改善钢管混凝土柱延性性能,轴向承载力相较普通钢管混凝土到一定程度的提高;波纹管混凝土芯柱可有效提高CMB-CFST构件延性;混凝土配合比对钢管混凝土轴压性能产生显著影响,复掺SAP(0.5%)和膨胀剂(12%)CMB-CFST轴向承载力最优。

复式钢管混凝土柱装配式连接锚固性能试验研究

预制混凝土构件通常采用先拼接后灌浆的连接方式,一旦灌浆不密实,将存在严重安全隐患。为了解决装配式复式钢管混凝土结构的连接问题,探索更方便可靠的连接方式,将先灌浆后插筋的连接方式运用到装配式复式钢管混凝土柱的连接中,系统研究了该连接方式下装配式复式钢管混凝土柱中的钢筋锚固性能和锚固长度。并通过设计制作36个复式钢管混凝土柱的灌浆插筋锚固试件,采用拉拔试验方法研究了钢筋直径、位置、锚固长度、预制孔形式及直径、灌浆料强度、混凝土强度7个影响因素对浆锚钢筋在复式钢管混凝土柱中的锚固性能影响。研究结果表明:(1)试件的典型破坏形式包括钢筋未屈服拔出、钢筋受拉屈服拔出、钢筋拉断三种形式,主要发生钢筋屈服后试件破坏,锚固性能良好;(2)浆锚钢筋在灌浆料中的受力过程主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;(3)预制孔直径、混凝土强度、灌浆料强度越大,锚固钢筋锚固性能越好;(4)角部浆锚钢筋的极限承载力和极限黏结应力均比中部浆锚钢筋大;(5)复合钢管混凝土柱装配式连接的锚固长度建议根据《混凝土结构设计规范》进行计算确定,且预制孔直径不小于2 d,且不宜小于32 mm。

圆钢管混凝土柱-钢梁削弱式节点抗震性能研究

为探究圆钢管混凝土柱-钢梁结构体系中梁柱削弱式节点的抗震性能,建立翼缘犬骨削弱和腹板圆孔削弱两种形式的节点在水平往复荷载作用下的有限元计算模型,对两种节点的破坏模式、能量耗散性能和节点延性进行对比研究。计算结果表明,不同削弱形式的节点翼缘板均发生弯扭破坏,腹板区域发生屈曲破坏。两种削弱形式极限承载力和刚度退化规律相似,建议对梁翼缘犬骨削弱范围不大于0.25bf,梁腹板圆孔削弱范围不大于0.35hb。相对于翼缘削弱节点,腹板削弱节点在水平往复荷载作用下易发生面外失稳,但其具有更好的耗能能力。实际工程中,对面外稳定性有更高要求时可采用翼缘削弱式节点,对于梁端约束且削弱区段可替换情况下可采用腹板削弱式节点,以满足不同的梁柱节点对抗震性能的要求。

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%。

内高压成形技术研究与应用新进展

介绍近年来在内高压成形机理、工艺、设备和应用方面的最新进展。针对大截面差管件,弯曲轴线异型截面构件和枝杈管3类工艺,给出典型零件缺陷形式、形状精度、壁厚分布和工艺参数的影响。详细介绍了皱纹控制与利用,降低整形压力的方法和内压与轴向力耦合作用下管材的塑性失稳起皱分析。最后给出了研制的典型内高压成形件及在汽车、航天、航空中的应用。

圆钢管截面极限强度受随机分布点蚀的影响研究

提出一种随机分布点蚀损伤的模拟方法,模拟点蚀在构件表面的随机生长过程,并建立了随机态点蚀损伤圆管截面的有限元分析模型;设计了三个受不同腐蚀深度点蚀损伤的圆管构件,并开展轴压试验,利用试验结果校验有限元模型的计算精度;在多种腐蚀情形下(点蚀强度和腐蚀深度变化),研究点蚀分布模式变化引起的极限强度退化及其变异性;比较随机分布点蚀模型与传统腐蚀模型(规则分布点蚀和均匀腐蚀)在计算强度和结构失效行为方面的差异。研究结果表明,点蚀的随机分布模式会引起显著的极限强度变异,且蚀坑深度越大,强度变异越大,蚀坑分布造成的强度极差与强度均值相比达到5%;随机分布点蚀相比于传统腐蚀模型,除了引起更为严重的强度削减,还会改变结构的破坏模式。提出的随机点蚀损伤的模拟方法,可替代昂贵的构件试验,应用于评估点蚀损伤圆管截面的极限强度,增强评估结果的可靠性。

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验,研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力.结果表明,在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重.在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上,本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线,理论计算结果得到试验结果的验证.在分析了各参数,如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上,本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法.

局部随机点蚀下圆管截面极限强度退化规律

针对构件外表面局部区域遭受随机点蚀损伤的圆管截面,考虑点蚀随机特性的影响,建立包含点蚀坑细节的精细有限元模型;在多种腐蚀强度下,研究局部腐蚀的点蚀区分布位置(沿轴向和周向分布位置变化)及其形状(点蚀区长度和宽度独立或联合变化)影响轴压极限强度退化的规律;并比较局部随机点蚀与局部均匀腐蚀引起构件极限强度退化的差异。研究结果表明,尽管局部随机点蚀与最大初始几何缺陷的耦合作用会使极限强度的退化趋于严重,但是总体而言点蚀区分布位置变化对圆管极限强度的退化没有显著的影响。此外,同等腐蚀体积和腐蚀面积下,相比于长窄式局部腐蚀,短宽式局部腐蚀会引起更严重的极限强度退化,在严重腐蚀情形下后者导致的强度退化会高出25.5%;相比于局部均匀腐蚀,局部随机点蚀会导致更剧烈的极限强度退化,其不利影响可高出20.7%。

反复荷载作用下L形钢管混凝土柱滞回性能研究

本文介绍了7根L形钢管混凝土柱试件在承受常轴力和水平荷载作用下的试验研究。试验中考虑了不同的轴压比、内部有无加劲和加载方式对试件抗震性能的影响,试验结果表明,内部加劲能够明显地延缓柱子钢板的屈服,而且柱子的耗能能力和延性也有较好的改善。最后通过编写计算程序,对L形钢管混凝土柱的荷载-变形进行了全过程分析,考察了常用的方钢管混凝土柱的钢材和混凝土的本构关系对L形钢管混凝土柱纤维模型数值分析的适用性,计算得到的弯矩-轴力-曲率关系和荷载-位移关系与试验结果吻合较好。

用外加劲肋加固T型圆钢管节点的试验研究

T型圆钢管节点主管轴向刚度较大,径向刚度较小,当通过支管向主管传递轴向力时,往往因为主管节点处径向承载力不够而发生较大变形甚至破坏,造成对支管强度的浪费。本文提出用外加劲肋加固T型节点,材料和施工成本较低。通过3组不同支管主管外径比的T型圆钢管节点承载力对比试验的研究,结果表明:由于外加劲肋的支撑,加固后的节点塑性区域扩大,节点极限承载力和变形能力提高,但极限承载力和变形能力的增幅随支管与主管外径比的增大而降低。工程中应根据不同支管与主管外径比,合理选择加劲肋尺寸。