隧道钢管混凝土支护构件承载力对比研究

钢管混凝土拱架支护作为地下工程的高强支护形式,具有广阔的应用前景。故应明确钢管混凝土支护构件与传统支护构件承载机制及承载力大小进行工程类比设计,但目前少有针对该领域的研究。为对比钢管混凝土(CFST)与工字钢构件承载力,基于钢管约束效应,建立了钢管混凝土构件简化计算模型,推导了构件承载力计算公式;进行了CFST构件、工字钢构件轴压室内试验和数值试验,深入分析了不同构件变形过程及破坏形态,基于构件承载力,验证了上述计算方法的合理性。在超大断面隧道开展了CFST拱架现场应用试验,提出了CFST构件在地下工程中应用的类比设计方法,研究结果可为相关工程设计提供理论依据。     

钢管初应力对钢管混凝土节点力学性能影响研究

钢管混凝土结构中的钢管在施工期间首先作为施工支撑和混凝土浇筑模板,因此钢管中已存在初始的应力.基于ABAQUS软件,对有初应力的钢管混凝土构件进行了数值分析,理论计算结果与试验结果吻合良好.在此基础上对有钢管初应力的钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能进行了数值模拟和参数分析.结果表明:钢管初应力的存在使得钢管混凝土节点极限承载力有一定程度降低;参数分析结果表明,钢管初应力对节点承载力的降低随柱轴压比和长细比的增大而趋于更加明显,而梁柱强度比和梁柱线刚度比的变化对其影响不明显.     

钢管高强混凝土应力-应变全曲线试验研究

通过 2 2根钢管高强混凝土柱的轴压试验 ,验证了高强混凝土结构技术规程有关钢管高强混凝土构件初始压缩刚度的算式。研究给出套箍指标为 0 2 8～ 1 1的钢管高强混凝土峰值应力、峰值应变、平台应力 (即残余应力 )、平台初始应变的算式 ;给出了钢管高强混凝土应力 应变全曲线方程及曲线参数的建议公式     

钢管初应力对钢管混凝土构件轴压刚度和抗弯刚度的影响

钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度是对钢管混凝土结构进行抗震分析的重要指标。利用数值方法计算了考虑钢管初应力影响时的钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载 -变形关系曲线 ,分析了初应力系数、截面含钢率、钢材和混凝土的强度等因素的影响规律。最后推导了考虑钢管初应力影响时钢管混凝土构件弹性抗弯刚度简化计算公式     

圆中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究

以空心率为变化参数,对5个纯弯构件进行试验研究,同时考察圆中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下的力学性能。在确定了钢材和混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值方法对圆中空夹层钢管混凝土纯弯构件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。最后在参数分析的基础上,提出构件抗弯承载力的简化计算公式。     

方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究

以长细比和偏心率为变化参数 ,共进行了十二个方中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究。在确定组成方中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载 变形全过程关系进行了分析 ,理论分析结果与试验结果吻合较好。最后 ,提出了方中空夹层钢管混凝土压弯构件承载能力实用验算方法     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。     

钢管混凝土轴心受压构件徐变分析

在对钢管混凝土轴心受压构件的轴压力学特性和核心混凝土徐变分析的基础上,从变形协调条件出发,通过引入混凝土换算弹性模量,推导了钢管混凝土轴压构件应力重分布计算方法。此方法较好地考虑了钢管混凝土构件徐变因素(含钢率、应力级别、材料等级)的影响,并分析研究了不同影响因素条件下钢管混凝土结构的徐变特性。针对钢管混凝土受力特点,研究表明,运用该方法计算在轴心受压状态下徐变所引起的钢管混凝土截面应力重分布是合理的。     

钢管混凝土拱肋设计若干问题研究

通过推导钢管混凝土结构构件在极限状态和正常使用状态下钢管与核心混凝土之间的本构关系,明确了两种材料之间的应力应变关系。同时,对收缩徐变的应力重分布影响、钢管混凝土结构的平截面假定探讨等方面进行了分析,提出对钢管混凝土拱肋这类压弯构件应适当增设剪力键,以保证构件的整体受力性能。     

方钢管混凝土构件弯矩-曲率滞回性能研究

应用钢材和混凝土应力 -应变关系滞回模型 ,采用数值方法计算方钢管混凝土构件的弯矩-曲率滞回关系 ,通过对大量计算结果的分析 ,研究构件在往复荷载作用下的工作机理 ,并给出构件弯矩 -曲率关系的恢复力模型及模型中各参数的简化计算公式 ,可为进一步进行方钢管混凝土结构体系的弹塑性分析提供参考。     

圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

分别进行了十四个轴心受压构件和十二个偏心受压构件的试验研究 ,二种构件的试验参数分别为钢管径厚比和空心率 ,构件长细比和偏心率。在确定组成圆中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件的荷载 -变形关系进行了全过程分析 ,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上 ,提供了圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件承载力实用验算方法。     

钢管初应力对钢管混凝土压弯构件承载力的影响研究

钢管初应力对钢管混凝土力学性能影响一直是众所关注的问题之一。首先进行了钢管初应力对方钢管混凝土压弯构件力学性能影响的试验研究 ,然后对考虑钢管初应力影响时 ,圆形和方形钢管混凝土压弯构件的荷载 变形关系曲线进行了理论分析 ,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上 ,分析了初应力系数、构件长细比、截面含钢率 ,荷载偏心率、钢材和混凝土的强度等因素的影响规律 ,最终提出考虑初应力影响时 ,圆形和方形钢管混凝土压弯构件承载力的实用验算方法     

钢管混凝土柱梁穿筋节点的温度场分析

为研究钢管混凝土柱-工字钢梁穿筋节点的耐火极限,基于ABAQUS有限元分析软件分析了钢管混凝土柱梁穿筋节点的温度分布。并分析了有无钢筋、钢筋直径以及保护层厚度等参数的影响规律,分析证明,有无钢筋和保护层厚度是影响节点温度分布的主要因素,钢筋直径和构件尺寸影响较小。     

初应力对方钢管混凝土轴压性能的影响研究

考虑钢管初应力的影响，采用通用有限元分析软件对方钢管混凝土轴心受压构件进行了受力全过程的分析，并以此为基础，分析了不同钢管初应力系数对钢管混凝土构件轴压工作性能的影响，为其进一步的研究提供了基础。     

界面缺陷对钢管混凝土受弯构件抗弯性能影响研究

钢管与核心混凝土之间的界面缺陷在很多在役钢管混凝土结构中普遍存在,是影响结构工作性能的重要原因之一。文章进行不同界面缺陷范围的圆钢管混凝土抗弯构件的抗弯性能试验研究,分析缺陷范围对试件的破坏模式、承载能力、跨中挠度、钢管表面应力等参数的影响;采用声发射技术监测了试件在加载过程中核心混凝土的内部损伤情况,分析界面缺陷范围对混凝土损伤以及试件抗弯刚度的影响规律。基于试验结果的修正,建立有限元分析模型,研究截面含钢率、核心混凝土强度、界面缺陷范围等参数对钢管混凝土构件抗弯刚度的影响规律。结果显示,含钢率与界面缺陷范围变化对抗弯刚度作用相反,即含钢率越高时,界面缺陷范围对构件的抗弯刚度折减影响越低;核心混凝土强度与界面缺陷范围变化对抗弯刚度作用一致,即核心混凝土强度越高,界面缺陷范围对构件的抗弯刚度折减影响也越高;最后,根据数值分析结果,得到不同缺陷范围下抗弯刚度折减系数的经验表达式。     

多边形钢管混凝土短构件在防护工程中的应用

本文首先阐述了钢管混凝土的一些优点,其次应用仿生学原理提出了一种新型抗冲击、抗爆炸防护结构,该防护结构以钢管混凝土短构件为基本构件,通过一定的组合方式组成一种新型的遮弹结构;同时,对构成该新型遮弹层结构中的单个构件-钢管混凝土短构件抗侵彻的机理进行了研究,最后应用LS-DYNA程序进行了数值模拟分析;通过研究表明钢管混凝土短构件比同强度的素混凝土构件的抗侵彻能力有较大提高。因此,由钢管混凝土短构件构筑的遮弹层其抗力等级将大大增加。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱的强度计算

将CFRP(碳纤维复合增强塑料)应用于钢管混凝土结构,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了简要的理论分析;应用塑性全量理论的Hencky应力应变关系来确定钢管进入塑性后CFRP-钢管混凝土构件的极限承载力,推导出碳纤维拉断时构件极限承载力的解析计算式;并将解析分析结果与试验数据比较。     

波纹腹板工字钢与混凝土组合梁抗弯承载力的理论分析与试验研究

波纹腹板工字钢与混凝土组合梁是一种新型的组合构件。设计了两种不同截面的组合梁进行试验研究,并对其抗弯承载能力进行了理论分析。分析结果表明,抗剪连接件在波纹腹板工字钢梁与混凝土翼缘板共同工作时起到了重要的作用;波纹腹板工字钢与混凝土组合梁受弯时,波纹腹板弯曲正应力几乎为零,弯矩主要由混凝土板和工字钢梁翼缘承担;波纹腹板工字钢与混凝土组合梁较普通的波纹腹板梁具有较大的延性,在达到弹性范围的屈服强度之后仍具有一定的承载能力,并且其抗弯承载力也较普通波纹腹板工字钢梁有较大的提高。     

圆端形钢管混凝土构件纯弯力学性能

为研究圆端形钢管混凝土构件的纯弯力学性能,对4个构件进行了纯弯试验,分析了高宽比和含钢率对纯弯曲作用下圆端形钢管混凝土构件破坏形态、挠度曲线、截面应变、抗弯承载力的影响。基于ABAQUS建立有限元模型对圆端形钢管混凝土构件纯弯性能进行模拟,试验结果与模拟结果吻合良好,利用验证后的模型对圆端形钢管混凝土构件进行了受力全过程分析以及参数分析。最后基于ABAQUS参数分析结果提出了圆端形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合良好。结果表明:圆端形钢管混凝土构件在纯弯曲作用下发生了明显的挠度变形,当跨中挠度达到L/25(L为试件长度)时,试件仍能承受较大的荷载,表现出良好的延性; 圆端形钢管混凝土构件的挠度曲线可假设为正弦半波曲线,其跨中截面基本保持为平截面; 当构件达到抗弯承载力时,钢管承受了大部分弯矩,圆弧段钢管相较于平直段钢管对混凝土的约束作用更强; 圆端形钢管混凝土构件的抗弯承载力随钢材强度的增大而增大,而混凝土强度的改变对其抗弯性能影响较小。