拉桿預應力矩形鋼管混凝土梁承載力分析

為了獲得帶單向約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力實用計算公式,進行了試驗和分析.根據(jù)帶拉桿構(gòu)件的核心混凝土約束應力分布特點,結(jié)合現(xiàn)有的試驗結(jié)果,提出將矩形截面以約束拉桿為界線劃分為幾個子區(qū)域,并將拉桿視為等效鋼板的方法,采用已有的鋼管混凝土統(tǒng)一理論計算公式計算每個子區(qū)域的軸壓承載力,得出帶單向約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力計算公式,修正后的公式中考慮了約束拉桿的影響,拓寬了統(tǒng)一理論計算公式的適用性.采用該公式計算的帶約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力與已有的試驗結(jié)果吻合良好.

矩形鋼管混凝土桁架具有整體剛度大、抗震性能好、節(jié)點形式簡單、施工方便、節(jié)點承載力大、造型優(yōu)美的優(yōu)點,廣泛應用于我國的橋梁和空間結(jié)構(gòu)等大跨、重載結(jié)構(gòu)中。矩形鋼管混凝土t型節(jié)點常見于vier-endeel和fink桁架中,節(jié)點的合理與否對結(jié)構(gòu)的安全性與工程造價有很大影響。國內(nèi)外對其研究雖然開展相對較晚,但已經(jīng)引起多方面的足夠重視。本文應用大型有限元軟件abaqus對t型節(jié)點進行參數(shù)分析,以探究各參數(shù)影響其靜力力學性能的規(guī)律。

矩形鋼管混凝土梁柱節(jié)點域受剪承載力分析

矩形鋼管混凝土析架節(jié)點極限承載力研究

矩形鋼管混凝土內(nèi)隔板式節(jié)點抗剪承載力研究——在對方鋼管混凝土框架節(jié)點受力機理研究的基礎上，利用形狀改變比能理論和混凝土斜壓桿力學模型推導了內(nèi)隔板式節(jié)點核心區(qū)受剪承載力計算的疊加公式．并與我國《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》(cecs159：2004)中相關...

通過國內(nèi)外鋼管混凝土設計規(guī)程對有關試驗進行了矩形鋼管混凝土抗彎承載力的計算,比較了規(guī)程之間計算結(jié)果的差異。結(jié)合典型算例,分析了在不同含鋼率、混凝土強度和鋼材強度等影響因素下鋼管混凝土抗彎承載力的變化趨勢,得出了不同設計規(guī)程在進行矩形鋼管混凝土構(gòu)件抗彎承載力設計計算時的特點,結(jié)論具有一定的參考價值。

研究了偏心受壓時矩形鋼管混凝土中受壓區(qū)鋼管對混凝土的緊箍力計算方法,根據(jù)莫爾強度準則導出了受壓區(qū)混凝土強度的計算公式,并以極限平衡理論為基礎,推導了偏心受壓矩形鋼管混凝土短柱承載力的計算公式;制作了10個相同含鋼率的矩形鋼管混凝土短柱,按不同的偏心率進行加載試驗,測出其極限承載力,并將計算結(jié)果和試驗結(jié)果進行了比較,結(jié)果吻合較好.

提出一種矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算的新方法。與已有的計算方法不同之處在于,所提出的方法考慮了矩形鋼管截面長邊、短邊對核心混凝土約束作用大小不同的特點,應用基于混凝土真三軸受力試驗的破壞準則確定管內(nèi)核心混凝土的峰值強度;同時,考慮矩形鋼管截面長邊、短邊的豎向強度的差異,分別計算矩形鋼管長、短邊的豎向強度。應用新方法對56根矩形鋼管混凝土柱試件的軸壓承載力進行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合良好。

基于帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關系,利用纖維模型法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進行數(shù)值計算,通過計算結(jié)果與試驗結(jié)果的比較驗證纖維模型法的合理性,同時討論各種因素對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏壓和雙向偏壓承載力的影響。帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓短柱的參數(shù)分析結(jié)果表明,隨著約束拉桿間距的減少和直徑的增大,偏壓短柱的極限承載力增大;隨著鋼管壁厚的增大,偏壓短柱的軸力/軸壓承載力-抗彎承載力/純彎承載力(n/nu-m/mu)曲線往內(nèi)收攏;隨著混凝土強度和截面高寬比的提高,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線向外凸出;鋼材強度對n/nu-m/mu曲線的影響不明顯;雙向偏壓矩形短柱的極限承載力在最大主慣性軸方向達到最大,隨著截面高寬比的增大,最小極限承載力的位置從α=45°(方形截面)變化到α=90°(截面最小主慣性軸方向);各參數(shù)對單向偏壓和雙向偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線的影響相類似。

介紹15個帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱和8個帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的軸壓試驗結(jié)果,分析鋼管壁厚度、拉桿直徑、拉桿水平間距等參數(shù)對其軸壓性能的影響。試驗研究結(jié)果表明,約束拉桿的設置有助于延遲鋼管的局部屈曲、提高方形鋼管混凝土短柱的軸壓承載力和延性,提高矩形鋼管混凝土短柱的延性。約束拉桿的作用主要表現(xiàn)為對核心混凝土的約束作用及通過改變鋼管側(cè)壁局部屈曲的邊界條件從而提高鋼管的屈曲強度。同時,在合理考慮拉桿作用的基礎上,應用等效側(cè)向壓力的概念和基于混凝土真三軸試驗的破壞準則確定核心混凝土的峰值強度,提出帶約束拉桿方形、矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計算方法,承載力計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

采用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關系,利用纖維模型法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進行了數(shù)值分析,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用經(jīng)試驗結(jié)果驗證的計算程序?qū)Ъs束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓和單、雙向偏壓承載力進行了較系統(tǒng)的參數(shù)分析,回歸出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土軸壓和單、雙偏壓承載力簡化計算公式,公式的計算精度高,形式簡單,便于應用,可供工程設計參考。

提出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的簡化計算方法。該方法考慮了軸壓下矩形鋼管長邊、短邊豎向強度的不同,同時考慮了約束拉桿和鋼管對核心混凝土的約束作用,且表達式簡單,方便應用。應用該方法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱試件的軸壓承載力進行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合良好。

根據(jù)鋼管混凝土構(gòu)件統(tǒng)一理論的彎矩-曲率關系,對構(gòu)件彈塑性狀態(tài)下截面的彎矩-轉(zhuǎn)角關系進行推導,提出構(gòu)件m鉸和pmm鉸特性值的計算方法。利用midas/civil軟件靜力彈塑性分析功能,輸入計算確定的塑性鉸特性值,對3個矩形鋼管混凝土桁梁進行分析,并與試驗結(jié)果進行對比。研究表明:鋼管混凝土構(gòu)件塑性鉸特性值的確定方法是合理的,對矩形鋼管混凝土桁梁承載力的分析結(jié)果是可信的,為大型鋼混組合桁架梁橋的分析提供了有效手段;3個桁梁的承載力均受到節(jié)點控制,弦桿填充混凝土能夠有效提高桁梁節(jié)點的強度和剛度,從而提高桁梁的承載能力,減小桁梁的整體變形;弦桿填充混凝土對桿件軸力和軸向應力影響較大,對整體變形影響不大。

本文研究了鋼纖維在矩形鋼管混凝土梁中的應用。給出了鋼纖維矩形鋼管混凝土梁抗彎極限承載力的數(shù)值計算方法,并進行了鋼纖維矩形鋼管混凝土梁試驗,通過摻入不同參數(shù)鋼纖維梁和末摻入鋼纖維梁的理論計算與試驗分析,得出摻入鋼纖維來提高梁的抗彎極限承載力是可行的。

基于纖維模型法非線性分析程序,利用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關系,模擬帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程,計算與實驗結(jié)果吻合.研究表明,約束拉桿間距越小,直徑越大,鋼管壁厚越大,鋼材強度越小,偏壓短柱的延性指標越大;混凝土強度和截面寬厚比越大,偏壓短柱的延性指標越小;雙向偏壓短柱的延性指標在0°和90°方向達最小,在截面角區(qū)方向達最大;各參數(shù)對雙向偏壓短柱截面延性系數(shù)-荷載角曲線的影響類似.

纖維模型法在矩形鋼管混凝土梁中的應用——通過深入分析目前的鋼管混凝土的計算理論以及纖維模型法在矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件中的應用，利用fortan語言程序，得到矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件截面曲線的簡化計算模型，該計算模型的承載力計算結(jié)果與數(shù)值計算的結(jié)果吻合...

帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關系——對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土在軸壓下的受力機理進行分析，在帶約束拉桿方形鋼管混凝土本構(gòu)關系的基礎上，針對矩形鋼管截面長邊、短邊對混凝土約束作用大小不同及約束拉桿沿長邊、短邊布置數(shù)量不同等特點，應用基于混凝土...

帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的偏壓性能——通過對7個帶約束拉桿和2個不設約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏心受壓試驗，研究了偏心率、約束拉桿水平間距對矩形鋼管混凝土短柱偏壓性能的影響．試驗結(jié)果表明：約束拉桿的設置有助于提高矩形鋼管混凝土偏壓短柱的...

通過對7個帶約束拉桿和2個不設約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏心受壓試驗,研究了偏心率、約束拉桿水平間距對矩形鋼管混凝土短柱偏壓性能的影響.試驗結(jié)果表明:約束拉桿的設置有助于提高矩形鋼管混凝土偏壓短柱的延性,延遲鋼管的局部屈曲;帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的偏壓承載力隨偏心率的增大而減小;在偏心率相同的條件下,試件延性隨拉桿水平間距的減小而增大.試件承載力的數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好,而國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)程的計算結(jié)果總體上低估了帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓試件的承載力.

通過揭示鋼管管壁寬厚比對矩形鋼管混凝土柱承載力的影響,找出管壁寬厚比與軸壓承載力提高系數(shù)β之間的關系,以期對軸壓承載力提高系數(shù)β的約束作用進行評價;采用三維非線性有限元分析軟件對3組選定的矩形鋼管混凝土軸心受壓短柱進行模擬分析得出:管壁寬厚比對矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力提高系數(shù)β的影響總體上隨寬厚比的增大而減小,在10-40和85-120兩個區(qū)段內(nèi)軸壓承載力提高系數(shù)β均趨于穩(wěn)定,在40-80之間呈線性遞減。

為了探討橡膠粉取代率和橡膠粉粒徑對矩形鋼管橡膠混凝土力學性能的影響,進行了8個矩形鋼管橡膠混凝土軸心受壓短柱的試驗研究,比較了設計規(guī)程(如美國aci(2005)和aisc(2005)、日本aij(2008)、英國bs5400(2005)、歐洲ec4(2004)及中國cecs(2004))對矩形鋼管橡膠混凝土強度承載力的適用性.結(jié)果表明:橡膠粉取代率和橡膠粉粒徑均對矩形鋼管橡膠混凝土力學性能影響顯著,上述各設計規(guī)程計算獲得的強度承載力與試驗結(jié)果相比均偏于安全,可為實際工程提供參考.

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,通常采用間距較密的箍筋或螺旋箍筋來約束混凝土以提高柱的抗剪承載力和延性,防止因抗剪能力不足而引起的破壞。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的核心混凝土由于受鋼管的約束不會因剪切而崩壞和剝落,導致削弱承載力。鋼管混凝土強度的提高與很多因素有關,包括鋼管的強度、形狀、大小、混凝土的力學性能、試件的長度以及約束效應等。