中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱承载力研究

以某跨海大桥原型设计提出的一种新型中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱为背景,设计制作了4个中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱试件。通过轴心受压试验,研究中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱破坏过程,并分析混凝土强度、钢板厚度、连接件型式等参数对试件轴压性能的影响。采用ABAQUS软件进行有限元模拟,分析不同结构型式和设计参数(混凝土强度、钢板强度和钢板厚度)对组合塔柱受力性能的影响。研究表明：中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱具有优异的承载能力和延性,其承载能力和延性与内外壁钢板-混凝土组合塔柱相当,明显优于普通钢筋混凝土柱;提高混凝土强度、钢板强度和增加钢板厚度均能够提高组合塔柱承载力,但对结构刚度提高不明显。研究成果可为大跨桥梁设计提供参考。     

多塔悬索桥中塔设计的新概念

由于强大的跨越能力和良好的经济性能,多塔索结构桥梁越来越受到重视.在介绍国内外多塔缆索体系桥梁中塔设计理念的基础上,文中提出多塔悬索桥中塔设计的新概念,即框架式塔柱通过改变剪力键设置及塔柱距离调整索塔刚度,满足多塔悬索桥中塔在纵桥向水平刚度上的特殊要求,同时保持索塔在高度方向上刚度连续变化.在此概念的基础上,提出的多塔悬索桥中塔初步设计方案的计算结果表明,新型中塔在满足多塔悬索桥纵桥向水平刚度要求的同时,受力更合理.     

钢-混凝土组合结构在海洋工程中的应用研究（英文）

海洋工程建设是我国海洋强国战略实施的重要基础和保障。相比陆地工程,海洋工程面临更加复杂苛刻的建造环境和条件,其设计、建造、施工难度通常更大,因而对结构工程提出了新的挑战。钢-混凝土组合结构由于充分利用钢材和混凝土各自性能优势,扬长避短,优化组合,具有显著的性能优势和综合经济效益,在海洋工程中拥有广阔的应用前景。本文从跨海桥梁、海底沉管隧道和海上浮体平台三方面综述了清华大学组合结构研究团队近年来在海洋工程组合结构研发和应用方面的工作:1)提出了新型抗拔不抗剪连接技术,并与传统支座升降、预应力、施工工序优化等技术结合,形成跨海连续组合梁桥负弯矩综合抗裂技术,与现有预应力抗裂方法相比具有显著的施工和运维成本优势,与混凝土结构相比具有明显的抗裂性能优势。这一新技术将极大提升结构的耐久性,已经在大连湾跨海大桥的结构设计中得到应用,为组合结构跨海桥梁的推广应用提供了有效的技术支撑。2)研发了适用于跨海多塔斜拉桥的新型双钢板-混凝土组合桥塔,从界面连接和结构整体受力性能两个维度开展研究。结果表明,其在开孔板连接件的作用下可以实现钢与混凝土的协同工作,与纯钢结构和混凝土结构桥塔相比有更高的承载能力、刚度和延性。同时钢板可兼作混凝土模板,提高施工效率,混凝土对钢壳的约束作用也解决了纯钢结构易局部失稳的问题。新型组合桥塔已在南京长江五桥工程中得到应用,刚度、承载力等关键性能指标的显著优势有助于新型组合结构桥塔在未来跨海多塔斜拉桥工程中得到进一步的推广与应用。3)提出了适用于海底沉管隧道的隔舱式双钢板-混凝土组合结构,揭示了其抗弯、抗剪和型钢连接件性能,提出了相应的设计方法。结果表明,相对于传统钢筋混凝土结构,组合结构尺寸小,承载能力强,抗震适应性好。双钢板既可作为混凝土模板,也可起到受力与防水的多重作用。除此以外,该结构施工便捷,尺寸不受加工设备限制,预制厂地要求低。该成果已在深中通道沉管隧道段得到应用,是未来跨海隧道的重要发展方向。4)研发了海上超大型钢-混凝土组合结构漂浮平台,将其应用于海上超大型浮式平台的建设,基于水弹性响应及结构强度分析,对大型钢-混凝土组合箱式浮体平台进行了案例设计和分析。结果表明,其可在提高结构防火、抗爆、抗冲击性能的基础上,增强构件的稳定性及耐久性,显著减小结构用钢量,同时组合浮式平台不用设置加劲肋,设计和施工便捷,维护成本低,具有良好的发展前景。研究与实践表明,组合结构由于其灵活多样的结构形式,即使面对海洋工程复杂苛刻的荷载环境条件和使用功能需求,也能发挥其性能优势,解决工程难题。本文所提出的新型组合结构体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为海洋工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在海洋工程中的应用。目前,组合结构在海洋工程中的应用仍处于起步阶段,尚需在复杂荷载响应分析、高性能新材料应用、结构形式多样性和适用性等方面进一步开展深入研究。     

高性能双钢板混凝土结构研究与应用

钢板混凝土结构是继钢 混凝土组合梁和钢管混凝土柱之后又一项重要的组合结构形式,其主要适用于墙、板、壳等构件,具有灵活的构造形式、良好的综合性能优势及广泛的应用价值。简述了近年来双钢板混凝土组合结构的主要研究进展与工程应用情况,重点关注其在建筑剪力墙结构、沉管隧道、大跨桥梁桥塔和防护结构中的应用,分别介绍了多种钢板混凝土剪力墙结构、隔舱式钢板混凝土沉管隧道结构、钢板混凝土桥塔结构、钢板混凝土组合防冰墙结构的特点与优势、理论和试验研究成果及其在典型工程中的应用情况。相关研究和应用较为充分地论证和展示了双钢板混凝土结构在受力性能、使用功能和施工建造等方面的优势,揭示了多种类型钢板混凝土结构的面内外受力机理和破坏模式,并建立了钢板与混凝土界面连接、构件承载力和刚度等的设计方法。并对钢板混凝土结构在核电工程模块化建造、隧道工程衬砌、海洋平台等其他领域的应用前景及其在理论和实践方面仍需深入研究的问题进行了展望。     

Research and application of high-performance double steel-plate reinforced concrete structures

钢板混凝土结构是继钢 混凝土组合梁和钢管混凝土柱之后又一项重要的组合结构形式，其主要适用于墙、板、壳等构件，具有灵活的构造形式、良好的综合性能优势及广泛的应用价值。简述了近年来双钢板混凝土组合结构的主要研究进展与工程应用情况，重点关注其在建筑剪力墙结构、沉管隧道、大跨桥梁桥塔和防护结构中的应用，分别介绍了多种钢板混凝土剪力墙结构、隔舱式钢板混凝土沉管隧道结构、钢板混凝土桥塔结构、钢板混凝土组合防冰墙结构的特点与优势、理论和试验研究成果及其在典型工程中的应用情况。相关研究和应用较为充分地论证和展示了双钢板混凝土结构在受力性能、使用功能和施工建造等方面的优势，揭示了多种类型钢板混凝土结构的面内外受力机理和破坏模式，并建立了钢板与混凝土界面连接、构件承载力和刚度等的设计方法。并对钢板混凝土结构在核电工程模块化建造、隧道工程衬砌、海洋平台等其他领域的应用前景及其在理论和实践方面仍需深入研究的问题进行了展望。     

采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合梁受弯性能研究

为了解决常规双钢板-混凝土组合结构整体性不足的问题,提出了一种采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合结构。为研究该组合结构受弯性能,对6根采用增强槽钢剪力连接件的双钢板-混凝土组合梁开展四点弯曲试验。研究参数为核心混凝土种类(超高性能混凝土及普通混凝土)、剪跨比、钢板厚度及连接件间距。试验结果表明：合理控制距厚比和剪跨比,试件将呈现弯曲破坏形式,并展现出良好的延性,增加钢板厚度和核心混凝土强度,截面受弯承载力得到提升。提出了该双钢板-混凝土组合梁受弯承载力理论分析模型,与试验结果比较表明,该理论分析模型能较好计算该组合梁承载力。同时,基于ABAQUS软件建立采用增强槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁精细化有限元分析模型,与试验结果验证表明,该分析模型能精确模拟组合梁受力性能,可为该种组合结构的设计与应用提供基础。     

南昌市朝阳大桥通航孔桥结构体系研究与设计

朝阳大桥位于江西省南昌市,是1座跨越赣江的大型桥梁。跨江段通航孔桥采用梁支承式六塔连跨单索面斜拉桥形式,主梁为波形钢腹板-预应力混凝土组合结构。重点介绍总体结构体系研究及设计方案比选。     

武汉大道金桥主桥的设计

为探索跨铁路站场大型变宽斜拉桥的结构特点及其关健技术,对武汉大道金桥的设计和计算分析过程进行了总结。金桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,跨径组合为（138＋81＋41）m,桥面宽39-49.9 m,塔、墩、梁固结体系;主梁采用双边箱梁截面,桥塔为混凝土结构、高79.0 m,斜拉索采用扇形空间索面布置。结构分析采用有限元软件 MIDAS进行总体受力分析,并采用 ANSYS对桥塔锚索区顶部三个节段进行局部受力性能分析和优化,通过试验及计算对该桥的抗震及抗风性能开展了专题研究。结果表明该桥的强度、刚度等各项检算值均满足规范要求。     

Study on mechanical behavior of a new type of hollow composite pylon

为研究外包钢中空混凝土柱组合桥塔在轴压荷载下的受力性能,进行模型试验和有限元分析,研究了破坏形态、荷载-变形关系和传力机理等。研究结果表明：该组合桥塔能够充分发挥混凝土和钢材的承载能力,其变形能力得到提高;钢壁板荷载逐渐传递至中空混凝土,且荷载传递主要发生在桥塔上部;钢-混凝土结合面上的开孔板连接件,不仅受剪发挥传递荷载作用,其抗拉拔作用还能阻止局部屈曲破坏前钢壁板与混凝土柱的剥离;顶部开孔板刚度折减后,连接件剪力竖向分布趋于均匀;承压板构造有利于荷载传递、扩散,使底座混凝土受力均匀。     

剪力连接件在组合结构桥梁中的设计与新理念

剪力连接件是影响钢与混凝土组合结构受力性能、保证异种材料共同工作以提升综合性能的关键性构件。根据剪力连接件对钢与混凝土结合面相对滑移约束程度的不同将组合梁分类,结合典型实例,对适用于不同形式钢-混组合梁的传统与新型剪力连接件的构造与受力特点进行比较分析,探讨了剪力连接件在组合结构桥梁上的应用与钢混结合面设计的新理念。     

武汉大道金桥主桥的设计

为探索跨铁路站场大型变宽斜拉桥的结构特点及其关健技术,对武汉大道金桥的设计和计算分析过程进行了总结。金桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,跨径组合为(138+81+41)m,桥面宽39~49.9m,塔、墩、梁固结体系;主梁采用双边箱梁截面,桥塔为混凝土结构、高79.0m,斜拉索采用扇形空间索面布置。结构分析采用有限元软件MIDAS进行总体受力分析,并采用ANSYS对桥塔锚索区顶部三个节段进行局部受力性能分析和优化,通过试验及计算对该桥的抗震及抗风性能开展了专题研究。结果表明该桥的强度、刚度等各项检算值均满足规范要求。     

斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔,受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻结构重量,节省建筑材料。一般说,斜拉桥跨径300-1000m是合适的,在这一跨径范围,斜拉桥与悬索桥相比,斜拉桥有较明显优势。     

大跨径无背索斜拉桥的动力特性分析

本文结合一座跨径为223.1m的无背索斜拉桥方案,初步探讨了三座大跨径无背索斜拉桥的动力特性,并分析了斜拉索、主梁、桥塔的刚度变化及辅助措施对结构动力性能的影响,为以后同类桥梁的动力设计提供借鉴.     

波形钢腹板组合刚构桥墩-梁结合部受力性能试验研究

由波形钢腹板组合梁和钢筋混凝土桥墩所构成的组合刚构桥,可以综合组合结构与刚构桥的优势,具有跨越能力强、长期性能好和施工方便等优势,是适用于高烈度地震区大跨桥梁的一种新型结构形式。本文对波形钢腹板组合梁刚构桥墩梁结合部以及墩顶位置组合梁负弯矩区的受力性能进行了试验研究。试验表明,此类墩-梁固结节点具有良好的承载力、刚度、耗能能力、延性以及变形恢复能力,抗震性能良好;波形钢腹板组合梁负弯矩区开裂荷载较高,裂缝分布较均匀,抗剪连接件性能可靠,正应力横向分布均匀。同时,还分析了腹板内衬混凝土对截面正应变分布的影响以及波形钢腹板在不同荷载水平下对组合梁抗剪强度的贡献,并建议了波形钢腹板在节点区混凝土内的锚固深度。     

低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了2片低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙和1片低剪跨比钢筋混凝土剪力墙试验,研究了高轴压比剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力、破坏模式,得到了试件滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化、承载力退化和耗能能力等,分析了不同形式连接件对抗震性能的影响。试验结果表明：与钢筋混凝土剪力墙相比,低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力显著提高,具有良好的延性和耗能能力,抗震性能良好。     

张家界澄潭大桥钢-混塔柱设计

湖南省张家界澄潭大桥是国内跨径最大的钢-混组合塔的独塔斜拉桥,主跨为253 m,桥塔结构形式美观、设计新颖、受力复杂。为实现交通功能和桥梁景观的双重功能,巧妙构思主塔,拓展独塔斜拉桥的布置。通过优化索力减小索塔根部弯矩,利用钢锚箱锚固斜拉索,增强桥梁连接强度。     

世界第一大跨径高墩多塔混凝土斜拉桥合龙

正2016年6月3日,世界第一大跨径高墩多塔混凝土斜拉桥——湖南汝(城)郴(州)高速公路赤石特大桥7#、8#主墩次中跨合龙口最后一车混凝土浇筑完成,至此大桥全桥顺利合龙,计划于今年10月建成通车。赤石大桥位于郴州宜章县赤石乡,主桥设计为四塔双索面预应力混凝土斜拉桥,主梁一联全长1470m,桥最大跨径380m,为同类型桥梁中世界第一大跨径高墩多塔混凝土斜拉桥。该桥共有4个主塔,最大塔高286.63m,     

大跨多塔斜拉桥动力特性及抗震性能研究

结合一座大跨多塔斜拉桥工程设计实例,分析了桥塔与主梁之间不同约束形式的大跨多塔斜拉桥体系动力特性,对比研究了不同塔、梁间纵向约束方式对结构关键位置地震反应的影响.分析表明,桥塔与主梁间纵向约束方式的设置对结构的动力特性影响很大;在水平和竖向地震作用下,不同桥塔主梁约束形式的结构体系,各桥塔关键位置的内力差异也较大;释放各桥塔、主梁之间的纵向约束,可以减小塔底、承台底的弯矩以及塔底剪力,但会增大由于承台振动对承台底剪力的贡献.     

钢板-轻骨料混凝土空心组合板受力性能试验研究

对5块钢板-轻骨料混凝土组合空心组合板试件进行两点对称集中加载静力试验研究,考虑到空心组合板在顺管方向和垂直管向的两个正交方向弯曲刚度比较接近,因此在试验中同时对空心组合板这两个方向的受力性能进行研究,分析了组合板中钢管布置方向、名义剪跨比对其破坏形态和承载能力等受力性能的影响,研究了5块空心组合板的破坏形态、钢板与混凝土应变发展情况、裂缝发展情况、组合板刚度及组合板承载能力。根据试验研究结果,提出了空心组合板承载能力和弯曲刚度计算方法,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明：空心组合板中钢管可以有效提高组合板承载能力和弯曲刚度;与普通钢板 混凝土组合板相比,钢板-混凝土空心组合板具有自重轻、强度高、刚度大、施工方便和双向受力的性能优势。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。