Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube's outside diameter and the secondary bottom chord steel tube's section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.

地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明:钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。

电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土柱轴压性能研究

进行了14根电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验,分析截面高宽比、受火时间和含钢率对其火灾后剩余承载力的影响。试验表明:该类短柱的破坏模态均为局部屈曲、焊缝开裂和混凝土被压碎;试件的剩余承载力随着受火时间或高宽比的增加而降低,受火120 min后该类试件的承载力降低了7.8%~13.9%。接着建立了有限元模型,该模型可很好地模拟实测结果。基于有限元模型开展了理论分析,结果表明初始荷载对该类组合柱的剩余承载力影响较小。参数分析表明当混凝土强度从30 MPa增加到90 MPa时,其强度折减系数降低了15.8%;当截面周长从1 228 mm增加到4 913 mm时,其强度折减系数提高了20.5%;当受火时间从0 min增加到180 min时,其强度折减系数降低了8%;但含钢率、高宽比和钢材强度对其强度折减的影响较小。最后给出了电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的剩余承载力的设计方法。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

基于叠加理论的钢管混凝土偏压构件正截面承载力计算

圆截面钢管混凝土在偏心受压下,核心混凝土与钢管两种部件在工作时虽有较好的协同性,但钢材与混凝土的材料属性差异较大,而统一理论是将钢管混凝土作为一种新材料,对于钢管和混凝土两种部件各自的受力状态描述并不明晰。参照钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,合理选择核心混凝土本构,计算等效矩形应力图系数,并基于叠加理论和极限平衡理论,分别对3种不同受力类型下圆截面钢管混凝土偏心受压构件正截面承载力进行理论推导。结合收集到的61组试验结果进行实例验证,并引入我国CECS 28∶2012规程、JCJ01-89规程和Eurocode 4规程与结果进行对比,结果表明公式对钢管混凝土偏压构件承载力的预测效果最佳,为优化钢管混凝土构件的截面设计提供了一定的依据。

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。

内置非贯通型钢STRC柱压弯承载力计算研究

采用内置型钢短柱对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点进行增强。为明确该节点中内置非贯通型钢STRC柱的控制截面位置及压弯承载力,进行了内置不同长度型钢STRC柱及无型钢对比试件的拟静力试验及有限元模拟研究,分析了试件的受力机理及压弯承载力,探讨了型钢长度和钢管约束等因素的影响。研究结果表明:随着内置型钢长度增加,破坏截面有从型钢-混凝土过渡截面转移至柱根的趋势;增大钢管径厚比会削弱其抗弯贡献,从而减小过渡截面压弯承载力,影响破坏截面位置。基于试验及有限元分析结果,提出柱根及过渡截面压弯承载力计算模型,建立内置型钢临界长度的确定方法,研究结果为STRC柱的设计及节点中型钢的参数确定提供理论依据。

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。

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明:设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。

基于组合效应的圆钢管混凝土截面参数初选

为实现圆钢管混凝土截面参数组合的快速初选,从最能反映组合效应的短柱轴压性能出发,探讨了材料强度组合的匹配条件,且在该组合建议范围下研究了短柱轴压极限承载力和剩余承载力系数的计算方法,继而对相同极限承载力和剩余承载力系数的截面参数组合特征值进行了分析。研究表明,从考虑充分发挥套箍作用和有效利用混凝土强度的角度出发,混凝土进入塑性状态的时刻宜晚于钢管进入塑性状态的时刻,且该延后时刻不宜过迟;在材料强度组合匹配的前提下,剔除钢管超薄壁的情况,组合效应系数可仅考虑混凝土强度的影响;根据可利用非弹性变形的强度损失不宜过低和材料强度利用率已达最大值,来划分剩余承载力系数的建议区间;在相同极限承载力和剩余承载力系数的条件下,提高混凝土强度更能减小柱外径和截面自重,提高钢材强度则更能减少钢材用量。

深中通道钢壳混凝土沉管管节预制方案比选研究

结合深中通道钢壳沉管隧道工程,开展了工厂制作陆上浇筑和船坞制作浮态浇筑工艺比选。综合安全、环保、质量和工期等因素,对比分析工厂化钢壳制作和混凝土浇筑的管节预制工艺方案,提出了钢壳整体卸驳、整体移运、混凝土浇筑、管节纵移等一站式预制流水线布局方案。该研究成果支撑了钢壳混凝土沉管管节预制成功,具有决定性作用。

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。

大截面型钢混凝土梁自承重平台施工技术

结合工程实际,针对变截面H型钢混凝土梁悬挑长度长,施工工期短、场地狭小的施工难题,进行相应的技术攻关。在确保施工安全及不影响下部混凝土结构施工的前提下,经过方法创新,采用自承重吊模、高空下挂操作平台及高空支模平台完成了劲性型钢混凝土梁的支模与浇筑。实践表明,由自承重吊模、下挂操作平台及高空支模平台组成的高空平台施工技术具有安全可靠、施工简便、节省工期、降低成本的优势,值得在工程中推广应用。

喷水冷却后方圆钢管再生混凝土黏结性能对比分析

针对高温喷水冷却后方钢管与圆钢管试件界面黏结性能的差异,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为3个变化参数,制作了27个喷水冷却和2个自然冷却的试件进行静力推出试验,分析了2种截面形式再生混凝土试件的破坏全过程,对方与圆钢管试件依次从黏结强度、界面黏结抗剪刚度和耗能因子3个方面进行了对比分析。结果表明:经过高温和喷水冷却后,随着历经最高温度的增大,方与圆钢管试件的黏结强度变化趋势有很大不同。随着再生粗骨料取代率的增大,两种截面形式的黏结强度、界面黏结抗剪刚度和耗能因子的变化趋势均不同。随着锚固长度的增大,圆钢管试件的黏结强度优于方钢管试件的,两者的界面黏结抗剪刚度呈相反的变化趋势,耗能因子均减小。

高温后圆与方钢管再生混凝土界面黏结性能对比

为了揭示高温后圆与方钢管再生混凝土的界面黏结性能差异,以经历最高温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数,进行了20个圆形及20个方形钢管再生混凝土试件的推出试验。对这两类试件的黏结破坏过程、荷载-滑移曲线形态、界面黏结及抗损伤性能进行了对比分析。结果表明:方形试件的黏结破坏过程相对圆形试件表现出明显的脆性和不均匀性,其棱角处的界面破坏相对较晚;圆形试件的界面黏结强度、黏结抗剪刚度及耗能能力平均分别约比方形试件高出114.8%、3.57%、53.7%,这种优势有随参数T的升高而减小,随参数γ的提高而增大的趋势;圆形试件的界面初始损伤出现相对较晚,损伤速度平均比方形试件慢46.1%,这种优势会随参数T的升高而逐渐减小,受参数γ变化的影响则不大。

钢骨-钢管混凝土压弯构件受力性能分析

【目的】为了研究内置钢骨对钢管混凝土(CFST)压弯构件受力性能的影响。【方法】采用ABAQUS有限元软件建立了内置不同截面钢骨的CFST压弯构件有限元模型,通过已有试验对模型的合理性进行了验证。在此基础上分析了3种不同截面压弯构件的工作机理,包括构件的侧向承载力、轴力和弯矩分布发展,以及应力和破坏形态。【结果】结果表明:在CFST中配置钢骨可以显著提高压弯构件的侧向承载力,圆钢管对承载力的提高作用较十字形钢骨更显著。【结论】内置钢骨对组合构件各部件的轴力和弯矩的发展和分布影响显著。侧向加载过程中钢管和钢骨卸载的轴力被混凝土承担,钢管的轴力卸载程度较钢骨更严重。

宽幅变截面钢混组合连续梁桥荷载试验研究--以福州新建洪塘大桥东引桥辅航道桥为例

福州新建洪塘大桥东引桥辅航道桥,为主跨72 m、宽度31.75 m的变截面钢混组合连续梁桥。为研究桥的结构性能,以该桥为例,通过Midas Civil有限元软件,模拟分析宽幅钢混组合连续梁桥在试验荷载作用下的静力和动力响应;再通过现场荷载试验,测试桥梁结构的静力和动力特性,并将结果与有限元模拟结果进行对比分析,评定桥梁结构性能。结果表明:挠度校验系数为0.34~0.99,应变校验系数为0.07~0.99,满足相关规范要求;前3阶自振频率均大于理论值,动力放大系数为0.054,动力特性和响应正常;结构整体受力性能良好,满足设计要求。

型钢连接装配式混凝土梁等效抗弯刚度研究

型钢连接装配式混凝土梁截面抗弯刚度因构造做法差异而相差较大。基于小变形叠加原理,提出了该类构件在荷载作用下的挠度计算方法,根据等挠度原则,推导了构件的等效抗弯刚度计算公式,并与试验研究结果进行了比较,验证了公式的有效性。在此基础上,分析了型钢混凝土梁参数变化对变刚度构件整体抗弯刚度的影响。研究结果表明,型钢连接方式增大了装配式混凝土梁的抗弯刚度,减小了构件在荷载作用下的挠度变形,对构件和结构受力更为有利。