环形钢管混凝土直杆抗弯性能研究

针对离心法生产的环形钢管混凝土桩,外径Ф400、内径Ф220,钢管厚度6mm,钢管材料Q235B,混凝土强度等级C80,运用试验和理论分析方法研究其弯曲性能.试验表明,钢管与混凝土端部界面无滑移,协同工作性能良好,弹性极限弯矩290kNm,相应的挠跨比1/450;塑性极限弯矩394kNm,相应的挠跨比1/100;在挠度达到跨度的1/30时,弯矩-挠度曲线仍然处于上升阶段,最大试验弯矩430kNm,相应的延性系数15.运用材料力学原理,忽略两种材料界面间的粘结滑移,认定受拉区混凝土开裂退出工作,推导建立其塑性抗弯承载力计算方法,计算值与试验值基本吻合.研究表明,环形钢管混凝土桩具有很高的抗弯承载力和优越的弯曲延性,具有良好的抗震性能.     

HSSTS新管幕构件受力性能数值分析研究

针对目前管幕工法应用时存在的施工步骤繁琐、抗弯刚度较弱等问题,本文提出了一种采用H型钢连接的新型管幕结构(HSSTS);基于相关构件室内试验结果,采用ABAQUS有限元软件建立了HSSTS有限元模型,探究了其受力特征和破坏规律;并详细研究了多个部件参数对结构抗弯性能的影响,同时对构件承载力和抗弯刚度进行了多元线性回归分析。结果表明:结构具有较高的横向刚度,钢管壁厚对承载力影响明显,翼缘板厚度对其影响不明显,混凝土强度对其具有一定影响,其极限荷载环比提高百分比平均值分别为5.23%、0.29%、3.94%;基于多元线性回归理论建立的承载力和抗弯刚度回归模型的相关系数分别为0.992和0.927,表明模型拟合效果较好。     

黄土地基微型桩基础上拔及下压承载性能研究

在软土地基中,微型桩常用作输电线路杆塔基础,而在黄土地区的应用相对较少。为了研究黄土地基微型桩基础的上拔及下压承载性能,本研究基于微型桩原位静载荷试验,分析了桩长、桩径及黄土湿陷性等不同参数对微型桩承载性能的影响;同时创建了三维桩土相互作用的有限元模型,对比其数值模拟结果与试验数据,验证了有限元模型的正确性,进一步分析了桩长、桩径及桩身弹性模量对其抗拔及抗压承载性能的影响。结果表明：相比其抗拔承载力而言,黄土湿陷性对微型桩抗压承载力的影响更大,且浸水后微型桩基础的破坏曲线斜率更大。黄土地基微型桩的竖向承载特性主要取决于桩侧摩阻力,桩长对抗拔、抗压极限承载力影响较桩径显著。上述研究对微型桩基础在黄土地区的应用具有较好的参考价值。     

模拟酸雨腐蚀下预应力混凝土梁的抗弯性能研究

为了探讨酸雨腐蚀环境对预应力混凝土梁抗弯性能的影响,制作了8根预应力混凝土梁,从混凝土强度等级、预应力度和钢绞线腐蚀率等方面,进行8根预应力混凝土梁的三分点静载试验。试验结果及分析表明,混凝土强度对屈服后试验梁的抗弯性能影响较大,对弹性阶段的刚度影响较小;随着预应力度的增加,试验梁的开裂荷载逐渐增大,进入裂缝阶段后,刚度下降速度逐渐加快;钢绞线腐蚀率越大,试验梁的极限抗弯承载力越低;腐蚀率在一定范围内（>3.22%）,随着腐蚀率的增大,预应力混凝土梁试件的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩明显降低。根据试验结果,提出了模拟酸雨环境下预应力混凝土梁试件抗弯承载力的计算方法,同时采用ANSYS软件对预应力混凝土梁进行非线性有限元分析,将试验梁的计算值和模拟值与试验值进行比较,均吻合较好。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

为了研究哑铃型钢管混凝土拱肋的力学性能,基于统一强度理论和等效梁柱法,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了其极限承载力的新公式。采用梁单元建立哑铃型钢管混凝土拱肋的有限元模型,对其受力全过程进行双重非线性分析。将理论分析结果和数值计算结果与相关文献的试验结果进行比较,吻合良好,验证了本文理论分析方法和有限元计算方法的正确性。采用有限元方法,对荷载工况、长细比、矢跨比、截面形式和腹腔混凝土等参数的影响特性进行分析,研究结果表明,荷载工况对哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力影响显著,荷载越对称、均匀,拱肋的极限承载力越高,竖向变形越小;拱肋的极限承载力随长细比的增大而显著降低,随矢跨比的增大先提高后略有降低;截面形式对拱肋的强度和刚度均有较大影响,而腹腔混凝土对其强度和刚度几乎没有影响。     

模拟酸雨腐蚀下预应力混凝土梁的抗弯性能研究

为了探讨酸雨腐蚀环境对预应力混凝土梁抗弯性能的影响,制作了8根预应力混凝土梁,从混凝土强度等级、预应力度和钢绞线腐蚀率等方面,进行8根预应力混凝土梁的三分点静载试验。试验结果及分析表明,混凝土强度对屈服后试验梁的抗弯性能影响较大,对弹性阶段的刚度影响较小;随着预应力度的增加,试验梁的开裂荷载逐渐增大,进入裂缝阶段后,刚度下降速度逐渐加快;钢绞线腐蚀率越大,试验梁的极限抗弯承载力越低;腐蚀率在一定范围内(3.22%),随着腐蚀率的增大,预应力混凝土梁试件的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩明显降低。根据试验结果,提出了模拟酸雨环境下预应力混凝土梁试件抗弯承载力的计算方法,同时采用ANSYS软件对预应力混凝土梁进行非线性有限元分析,将试验梁的计算值和模拟值与试验值进行比较,均吻合较好。     

黄土地基微型桩水平承载力及群桩效应研究

为了明确黄土地基微型桩水平承载力对上部结构安全性能的影响,本研究基于黄土地基微型桩现场静载试验,研究了桩长、桩径、桩身弹性模量及桩间距对微型桩水平承载力的影响;分析了沿基础深度的桩身水平位移和弯矩变化规律。并结合有限元分析了桩间距对群桩水平承载力的影响。研究结果表明：黄土地基微型桩基础弯矩较大的位置距桩顶4d～5d;桩径对微型桩水平承载力的影响较大,而桩长超过33d～35d后对其水平承载力的影响较小;当桩间距达到8d时,可以不考虑群桩效应对群桩水平承载力的影响。上述研究成果为微型桩在黄土地基中的应用提供了参考。     

带肋方钢管混凝土短柱承载力及延性研究

为研究设置加劲肋与增加壁厚对方钢管混凝土短柱承载力及延性的改善效果,在总用钢量不变前提下对无肋、单肋、双肋6个方钢管混凝土短柱进行了轴压试验,分析试件荷载-位移曲线、破坏特征和延性性能;同时采用ANSYS有限元软件对带肋方钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线进行了计算,其结果与试验基本吻合。结果表明:设置加劲肋可延缓管壁的屈曲,增加试件的延性,但不能够提高试件的极限承载力;加劲肋宽厚比愈大,管壁的鼓屈发生越晚,对核心混凝土的约束效应愈低;同等壁厚条件下,单肋试件与双肋试件受力性能相当。     

压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度研究

焊接空心球节点在大跨度空间结构中的应用越来越广泛。为了深入研究压弯作用下焊接空心球节点的抗弯刚度,采用正交设计法设计了6组12个试件,对试件进行压弯试验,绘制节点的弯矩-转角曲线,并计算得到焊接空心球节点的抗弯刚度。运用有限元软件ABAQUS建立压弯作用下焊接空心球节点模型,采用线性强化应力-应变关系,考虑非线性影响,将试验测量和有限元模拟得到的抗弯刚度进行对比分析,验证有限元模型的准确性。再以有限元模型为基础,计算各个参数对焊接空心球节点抗弯刚度的影响,并通过回归分析提出压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度计算公式。结果表明:管径与球径之比对压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度的影响最大,球壁厚的影响次之,偏心距的影响最小;提出的压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度计算公式较为准确。     

基于双剪统一强度理论的复式钢管混凝土轴压承载力计算

考虑内、外钢管对混凝土的双重约束作用, 分析复式钢管混凝土的轴压应力状态, 采用双剪统一强度理论分析混凝土和钢管各自的极限轴压强度, 得出复式钢管混凝土轴压承载力公式; 通过推导钢管在极限状态的强度折减系数及钢管与混凝土之间的紧箍力值, 计算出的轴压承载力与试验数据进行对比, 吻合较好, 验证了双剪统一强度理论在复式钢管混凝土轴压承载力计算中的适用性; 并给出了内圆钢管的径厚比和直径与轴压承载力提高系数的关系, 为复式钢管混凝土的优化设计提供理论依据.     

模拟酸雨环境下圆钢管再生混凝土纯弯试验研究

对模拟酸雨腐蚀后的8根圆钢管混凝土试件进行纯弯试验研究,考虑混凝土骨料类型和腐蚀率2个变化参数,研究变化参数对试件纯弯力学性能的影响;在此基础上,利用有限元分析软件,分别采用壁厚折减和材性折减两种方式来考虑酸雨腐蚀对试件纯弯力学性能的影响。研究结果表明:整体上所有试件均呈现出跨中弯曲变形,可知酸雨腐蚀对试件的破坏形态无明显影响;且所有试件直至试验结束,其跨中弯矩-挠度曲线均未出现下降段,表明在该腐蚀范围内,圆钢管混凝土试件在纯弯受力过程中仍具有良好的变形能力和延性;在相同腐蚀率下,圆钢管再生混凝土与圆钢管普通混凝土的极限承载力平均比值为0.94,表明圆钢管再生混凝土的极限承载力略低于圆钢管普通混凝土;随着腐蚀程度的加深,试件的刚度和极限承载力有明显降低;对比有限元计算结果与试验结果,验证了有限元建模方法的正确性及分别采用壁厚折减和材性折减来考虑酸雨环境对纯弯试件腐蚀影响的可行性。     

输电钢管塔环板节点极限承载力的理论研究

以圆环-母线梁模型为基础,运用虚功原理,研究了无环板和四分之一环板节点极限承载力的计算方法,并给出了节点极限承载力的建议公式.通过将其与试验结果、有限元计算结果、日本铁塔协会的送电用钢管铁塔制作基准的计算结果进行对比,证明本文所提出的建议公式得到的结果较日本铁塔协会的送电用钢管铁塔制作基准的计算结果有所提高,并能较好地与试验和有限元计算的结果吻合,与试验结果的误差约为3%.本文可为超高压输电钢管塔节点设计和节点极限承载力确定提供参考.     

软土地区桩端后注浆桩承载性状对比试验研究

桩端后注浆技术是在通过预埋的压浆管对桩底压注水泥浆液,从而减少桩底沉渣和桩周泥皮的负面影响,在工程上逐渐得到广泛应用。结合宁波软土地基中某工程桩基静载荷试验,分析2根相邻后注浆和未注浆试桩的承载性状;通过对桩身预埋钢筋应力计的测试,对后注浆和未注浆桩的桩身轴力传递特性和桩侧阻力发挥特性进行比较分析研究。表明桩端后注浆不仅能提高端阻,还能提高桩端以上一定范围内土层的侧摩阻力,同时,后注浆桩的单桩极限承载力约为未注浆桩的2.5倍。根据以上研究结果表明,桩端后注浆技术能有效改善桩土界面条件,提高单桩承载力和减小桩基沉降。     

星型负泊松比多孔材料力学性能及应用研究

论文推导了星型负泊松比多孔材料的泊松比、弹性模量及相对密度的解析表达式,并通过有限元分析验证了解析表达式的准确性.星型负泊松比多孔材料具有优异的吸能与隔振性能,论文设计了一种船用星型多孔材料隔振基座.建立了不同层数、壁厚、泊松比的星型多孔L材料隔振基座对应的数值有限元模型,探究了星型多孔材料薄壁结构泊松比、层数以及壁厚对多孔材料隔振基座强度与减振性能的影响.研究表明,减少多孔材料薄壁结构的层数和壁厚,选用胞元泊松比-1.00的星型多孔材料,可以获得低频隔振效果好、强度高的多孔材料隔振基座.     

复合砂浆钢绞线网加固RC梁受弯性能计算研究

分析了复合砂浆钢绞线网加固钢筋混凝土梁的受弯性能, 不同材料加固梁的受弯性能可采用同一公式进行计算, 研究表明加固梁受弯性能受本体梁的初始受力状态和是否采用三面U型加固影响较大. 采用正截面极限平衡法, 推导出复合砂浆钢绞线网加固钢筋混凝土梁极限抗弯承载力计算公式; 在混凝土结构设计规范公式基础上, 提出加固梁裂缝宽度和裂缝间距计算公式, 加固梁公式计算值与试验值吻合较好.     

基于统一强度理论的钢-混凝土复合桩承载力计算

针对目前钢-混凝土复合桩承载力理论计算值与实际测量值存在较大差异的问题,基于统一强度理论,分析外钢管、核心混凝土、内嵌工字钢各自的极限轴向抗压强度;考虑水压力影响,推导出钢-混凝土复合桩轴向承载力公式,并结合工程实例对其进行了验证。结果表明:理论公式计算值与现场测量值之比的平均值和方差分别为0.95和0.0001,吻合良好;在轴向荷载及水压力作用下,外钢管、核心混凝土、内嵌工字钢三者协同受力,荷载传递性能良好;内嵌工字钢在钢混段与嵌固段交界处出现应力集中现象。     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

基于统一理论的改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压承载力计算

为了研究改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法,结合改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压试验和有限元计算结果,分析了改进的组合式L形钢管混凝土短柱受力机理和轴压组合强度f_(sc)影响参数,在对比了已有的L形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法的基础上,采用钢管混凝土统一理论,提出了改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:约束效应系数ξ对试件名义压应力σ_(sc~-)平均压应变ε关系曲线影响较大,当ξ4.8时,曲线具有下降阶段,且ξ越小,下降趋势越明显;当ξ≥4.8时,曲线没有下降阶段,且ξ越大,强化段增长趋势越明显;钢管厚度对轴压组合强度f_(sc)影响最大,提高幅度约为84.82%(t由5mm→16mm),矩形钢管长宽比对轴压组合强度f_(sc)影响相对较小;所提轴压承载力计算公式具有更高的准确性和可靠性,总均值和总均方差分别为0.989和0.0432。     

新型波纹缀板-方钢管混凝土组合柱轴压性能研究

提出一种新型波纹缀板-方钢管混凝土组合(CSTCB)柱,是在柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹缀板形成钢骨架,向腔体内灌注混凝土而成。为研究CSTCB柱的轴压性能,对两个不同缀板间距的试件进行了轴心受压试验,并采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。在比较试件破坏形态的基础上分析了试件受力机理,探讨了钢管壁厚、混凝土强度、钢材屈服强度和缀板间距对CSTCB柱承载力的影响。研究表明:CSTCB柱具有较高的承载力和延性,波纹缀板与钢管形成的钢骨架对混凝土有较强的约束作用,破坏形态为方钢管屈服及混凝土压碎;有限元计算结果与试验较为吻合,且增大钢材强度、钢管壁厚以及混凝土强度均能有效提高试件的承载力,但试件的延性随着混凝土强度的增大而降低。基于相关规范公式,建议了CSTCB柱的轴压承载力计算公式。本文研究对新型组合柱的工程应用具有一定参考价值。     

初始缺陷对任意边界板极限承载力的影响分析

板钢结构承载力分析最终可化简为对一任意边界的矩形板在面内荷载作用下的极限承载力分析.从含初始弯曲的大挠度方程出发,以板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,根据实用板与理想板的比较,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程.通过与非线性有限元方法和已有试验数据的验证分析,表明折减厚度法适用范围广、安全、精度高,可作为非线性有限元方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性.