隧道高强钢管格栅与钢筋格栅承载特性室内模型试验

强化初期支护使之快速干预围岩应力状态是保障隧道施工及运营期安全稳定的有效途径之一。基于此，从“及时支护，强支护”理念内涵入手，对高强无缝钢管代替螺纹钢筋，以增强初期支护结构承载能力，从而实现变形控制的作用机理进行了研究。通过开展钢筋格栅和钢管格栅在单独受荷，与混凝土共同受荷条件下的室内加载试验，对2种支护结构的破坏形态、变形特征、极限承载力、全过程应力及裂缝发展规律等方面进行了系统分析。研究结果表明：2种支护结构的用钢量基本相同，但钢管格栅最大允许变形量和极限承载力分别为钢筋格栅的1.6倍和1.8倍，验证了高强度无缝钢管可以有效改善格栅结构的承载性能；钢筋格栅表现出折线形压弯破坏，而钢管格栅表现为平滑曲线形破坏，且卸载后回弹变形量更大；钢管格栅混凝土试件具有与钢筋格栅混凝土试件相近的抗弯刚度，极限承载力较钢筋格栅混凝土试件提高了22.5 %；钢筋格栅自身承载力有限，与混凝土形成组合结构后方能具备较高的承载能力；钢管格栅具有高强度高韧性的特点，结构受力合理，可以及时、有效地对围岩提供径向支护力，适合于软弱破碎、早期变形速度快的围岩条件。     

薄壁钢管混凝土节点的试验研究与ANSYS有限元分析

通过对8个薄壁钢管混凝土柱与组合梁节点的试验研究,得出了各类节点受力性能的一般规律.试验证明,各节点均具有较高的承载力和较好的延性性能.采用ANSYS有限元程序中的Solid 65单元和Shell 181单元分别来模拟组合梁、柱中的混凝土和薄壁钢板对节点进行有限元分析,理论计算结果与试验基本吻合.     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。     

圆形薄壁钢管混凝土柱轴压性能的试验研究

制作了8根薄壁圆形钢管混凝土柱试件,进行了薄壁圆形钢管混凝土柱的轴心受压试验,考察径厚比、长径比和环箍等因素对其受压性能的影响。对试验现象、破坏形态进行了描述,量测并分析了试件的极限承载力、钢管壁的纵向与横向应变。研究结果表明,圆形薄壁钢管对核心混凝土有着较好     

设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱优化设计

目的探索设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱的增强效果,并优化设计其相关参数.方法通过分析9个无肋、单向和双向设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱偏压和轴压的试验结果,用正交试验设计和多元回归分析评价了加载初始偏心距、设置直肋集合长度对长柱极限承载力的影响.结果设直肋薄壁钢管混凝土长柱能达到较高的极限承载力,与无肋的普通钢管混凝土试件相比,偏心距70 mm试件的极限承载力提高了18.7%,偏心距40 mm试件提高了18.4%,轴压试件提高了21.1%.结论正交设计和多元回归分析证明设直肋能显著改善薄壁钢管混凝土的承载力,显示了优异的结构特征.     

薄壁钢管混凝土轴压构件设计现存问题及对策

薄壁钢管混凝土轴压构件的应用和研究在国内外处于起步阶段,其承载力确定方法和构造措施尚需进一步完善.介绍了国内外相关研究的现状,分析了目前薄壁钢管混凝土轴压构件应用研究中存在的不足,提出了薄壁钢管混凝土和厚壁钢管混凝土界限值B/t的确定方法,探讨了考虑局部压曲的承载力设计方法,改进了消除局部压曲的构造措施,可为有关设计提供参考,也可为进一步的试验研究提供思路.     

可缩式钢管混凝土支架力学性能及经济效益

建立了地下工程常用的U型钢支架、格栅钢架、空钢管支架与钢管混凝土支架的有限元模型,分析了各自的承载力、支护效应等力学性能及影响因素。通过研究材料用量和支护效应指标,对经济效益进行了对比分析。进行了钢管混凝土可缩性节点的设计及试验研究,分析了钢管混凝土节点的受力特性。研究表明：钢管混凝土支架支护性能与套箍系数密切相关。与传统支架相比,钢管混凝土支架承载力高,后期强度及延性大,规格多样,经济效益好。配以增阻可缩节点,可实现定量增阻,同时兼具让压功能。在优化分析组合效应的基础上,对钢管混凝土支架进行合理设计,可满足多种深部软岩及节理破碎岩体的支护要求。     

深部巷道钢管混凝土支架承载性能研究进展

为掌握钢管混凝土支架承载性能的研究动态,从轴压构件、纯弯构件、偏压构件以及整体支架4个方面系统梳理了钢管混凝土支架承载性能室内试验、计算理论和数值研究的发展现状.在此基础上,详细分析了钢管混凝土支架的现场实践进展.最后,探讨了存在的不足及需要解决的若干关键技术问题.研究表明:支架承载性能研究较为系统,取得了较好的实践效果,初步形成了支架支护技术框架;通过在短柱承载力的基础上引入折减系数来计算支架整体承载力,但折减系数的取值依据不明确;除支架整体试验外,其他试验不能准确反映支架在巷道中的真实受力,后期应重点开展偏压承载试验;现有数值模拟方法不能有效揭示支架的破坏机制,套管接头以及材料间的界面模拟方法需要进一步研究;支架设计理论仍以实际经验为主,尚需考虑围岩、其他支护方式与支架之间的耦合作用机理,完善设计方法.     

碳纤维布加固薄壁钢管再生混凝土短柱力学性能的试验研究

针对四川地震中产生的大量废弃建筑骨料,设计了10个薄壁钢管再生混凝土短柱的轴压性能试验,其中6个试件采用外贴碳纤维复合材料(CFRP)进行加固,研究不同加固形式对薄壁钢管再生混凝土短柱的极限承载力,变形能力,刚度和破坏形态的影响。试验分析了不同再生骨料替代率,钢管截面形式和加固面积比,以及钢管长径比对加固效果的影响。试验结果表明,2种加固方式均可显著提高薄壁钢管再生混凝土短柱的极限承载力和变形能力,改变其破坏模式和提高其整体刚度。碳纤维加固面积比越大,试件极限承载力和变形能力提高幅度越大,但其提高程度并不与加固面积成正比。对于不同长径比的薄壁钢管再生短柱,不同加固方式对其加固效果差别不大。     

钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析

钢管钢纤维高强混凝土柱是一种新型的结构.普通钢管混凝土短柱的承载力计算公式不能满足钢管钢纤维高强混凝土短柱的需要.在对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱试验的基础上,对其承载力进行了理论分析.推导了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的理论计算公式,对其影响因素进行了分析,给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的简化计算公式.公式的计算结果与试验结果吻合较好,可供工程设计参考.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料（CFRP）圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载一变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析。结果表明：在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承载力影响更为显著。     

内置CFRP圆管的方钢管混凝土中长柱偏压试验

通过对10根内置碳纤维复合材料（CFRP）圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱的承载力进行对比试验,分析了CFRP含量、偏心距和长细比等参数对试件性能的影响。结果表明：在长细比相同的条件下,随着偏心距的增大,相同CFRP含量的方钢管高强混凝土柱承载力降低;在长细比和偏心距相同的情况下,随着CFRP含量的增加,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高,对核心混凝土约束效应增加,增强了构件的延性;随着长细比的增大,相同CFRP含量和相同偏心距的方钢管高强混凝土柱承载力降低。试验结果为进一步分析和推导承载力公式打下了基础。     

钢管约束的钢管混凝土轴压短柱长期变形性能

为分析钢管约束的钢管混凝土柱在长期荷载作用下的变形性能,进行了16个钢管约束的钢管混凝土短柱和2个钢管混凝土短柱的长期持荷试验,持荷时间为350 d。主要研究参数核心混凝土应力比为0.35、0.50和0.65,双层钢管总含钢率为5.8%、10.5%和15.0%,内层钢管与外层钢管含钢率比值为0.30、1.25和2.23。基于素混凝土的长期变形理论计算模型,通过分析施加纵向长期荷载时构件的受力机理,推导出适用于钢管约束的钢管混凝土轴压短柱长期变形的理论计算方法。试验结果表明：长期变形随核心混凝土应力比的提高而增大,随总含钢率、内层与外层钢管含钢率比值的增大而减小。理论计算曲线与试验数据曲线的对比和分析表明：长期变形随相对湿度的减小而增大,采用不同混凝土收缩徐变模型时,相对湿度的影响程度不同,其中CEB-FIP 2010模型的吻合效果最好。建议采用CEB-FIP 2010模型并取相对湿度为100%来计算钢管约束的钢管混凝土柱的长期变形。     

纤维模型法在矩形钢管混凝土纯弯构件中的应用

归纳总结了目前钢管混凝土的计算理论.详细介绍了纤维模型法在矩形钢管混凝土纯弯构件中的应用,并利用Fortran语言编写了程序.在理论分析的基础上得到矩形钢管混凝土纯弯构件截面M-曲线的简化计算模型.该模型和数值计算的结果吻合很好.     

钢管混凝土轴压中长柱承载力研究

经过对14根钢管混凝土中长柱承载力的试验研究,发现钢管混凝土中长柱的极限承载能力与其长细比无一定的对应关系,亦即在试验的长细比范围内钢管混凝土柱的承载能力对长细比并不敏感,经分析计算给出了一种新的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实际.     

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高．通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数．计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10.0左右．从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b／t．     

纤维模型法在矩形钢管混凝土梁中的应用

通过深入分析目前的钢管混凝土的计算理论以及纤维模型法在矩形钢管混凝土纯弯构件中的应用,利用Fortran语言程序,得到矩形钢管混凝土纯弯构件截面曲线的简化计算模型,该计算模型的承载力计算结果与数值计算的结果吻合很好,可应用到框架的受力分析中．     

圆钢管高强混凝土轴压短柱性能的试验研究

通过12根圆钢管普通强度混凝土和24根圆钢管高强混凝土轴心受压短柱的试验,描述了圆钢管高强混凝土轴压短柱的试验现象和破坏过程,分析了其破坏机理;讨论了影响圆钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的主要因素,包括钢材强度、混凝土强度、含钢率和套箍系数等;比较国内设计规程在计算圆形钢管混凝土强度承载力时的差异,提出可供工程应用参考的结论．     

异形钢管混凝土轴压短柱的非线性分析

为深入了解L形钢管混凝土柱在轴压荷载作用下的力学性能,以试验为基础,参考常用的方钢管混凝土柱核心混凝土本构关系,提出采用等效约束效应系数ξDB来考虑L形钢管对混凝土的约束作用,利用有限元软件ABAQUS建模对L形钢管混凝土柱轴压时的力学性能进行了非线性分析,给出了有限元计算钢管和核心混凝土本构关系模型、钢管与混凝土间界面模型的确定方法,计算和分析了其荷载-变形关系曲线,计算结果与试验结果吻合较好。典型L形钢管混凝土轴压短荷载-变形关系曲线可以分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段,在此基础上研究了宽厚比、长宽比、钢管屈服强度和混凝土强度对L形钢管混凝土柱承载力提高系数的影响。