钢管混凝土叠合格构柱高墩性能试验及非线性分析.
钢_混凝土叠合板组合梁的非线性分析
a- 混凝土 ; b - 钢梁 图1 混凝土和钢梁的应力 - 应变关系曲线
1 3
栓钉单元
表1
栓钉间距 S 1 / mm 160 200 320 连接程度 影响系数 0 83 0 67 0 42 横向配筋率
st /
组合梁构件的基本参数
钢梁屈服强度 f y / M Pa 320 320 320 钢筋屈服强度 f
( 4)
式中 , A = E 0 / E s , E 0 为 混凝 土的 初 始弹 性 模量 ; Es=
0
/! 0 为应力峰值时混凝土的割线模量 ; 0 、 ! 0 分
别为应力达到峰值时混凝土的应力、 应变; k3 = 0 / f c 为侧限对混凝土强度的影响系数, 取 k3 = 1; D 为主要 影响下降段的参数, 取 D = 0 8, 混凝土材料应力- 应变 曲线如图 1a 所示。 混凝土的破坏准则采用 William Warnker 五参 数破坏准则, 单轴受拉下混凝土达到极限拉应力, 混 凝土就开裂。考虑到计算收敛比较困难, 关闭混凝 土的压碎功能( 将其单轴受压强度设为 - 1) 。 1 2 钢梁单元 钢梁单元为空间壳单元 , 钢材本构关系采用双 线性 随 动 强 化 模 型 ( BKIN ) , 强 化 模 量 E!s = 0 01 E s , E s 为钢材弹性模量。钢材的应力- 应变曲 线如图 1b 所示。
0 0 0 0 0 0 ( 3)
[ D s ] = Es 对称
式中, E s 为钢筋的弹性模量 ;
x
、 y 、z 为沿 x 、 y、 z
方向的配筋率。 当混凝土开裂后,线性等向强化模 型 ( M iso) , 其单轴受压应力 - 应变关系采用比较常
2 A( ! /! 0 ) + ( D - 1) ( ! /! 0) 2 1+ ( A - 2) ( ! /! 0 ) + D( ! /! 0)
钢管混凝土叠合柱施工要点及技术措施分析
钢管混凝土叠合柱施工要点及技术措施分析摘要：钢管混凝土叠合柱是我国自主研发的一种新型建筑结构体系，具有优良的抗压性能和抗震性能，在我国建筑施工中被广泛的应用。
本文结合具体工程实例，对钢管混凝土叠合柱中钢管的制作、焊接、安装和钢筋绑扎以及柱模板加固、混凝土浇筑等施工要点及技术措施进行分析论述，供类似工程实践参考。
关键词：钢管混凝土；叠合柱；施工；技术措施引言在建筑施工工艺中，钢管混凝土的叠合柱施工是一项新兴的施工方法，也是近些年来我国自主研发的建筑结构体系。
钢管混凝土叠合柱是在钢筋混凝土柱中部设置钢管混凝土的一种叠合构件，与传统的混凝土施工相比，具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点，因此得到广大建筑师的欢迎和青睐。
基于此，本文对建筑施工中的钢管混凝土叠合柱技术进行了探讨，对其施工要点及技术措施进行总结。
1.工程概况某工程整体2层地下室、主楼地上12层、裙房地上4层，最大建筑高度53.7m，工程总建筑面积约37800m2。
工程主楼地下室为桩承台筏板基础，工程桩为 1400、1500嵌岩钻孔灌注桩。
主塔楼结构形式为框架－筒体结构，由筒体及四周共20个钢管混凝土叠合柱组成。
工程地下2层至地上7层框架柱为钢管混凝土叠合柱，混凝土强度为C70；钢管混凝土柱截面尺寸为1400mm×1400mm，钢管柱截面尺寸为Φ1000mm×28mm，钢管总用量约为720t。
劲性钢管柱安装于主楼地下室桩承台筏板基础顶面，上部根据楼层高度每两层一节，逐节接至第7层（31.9m）。
在楼层框架梁钢筋绑扎完成后，钢管内的混凝土浇筑至楼层结构面标高以上1000mm，钢管外侧混凝土与楼层梁板混凝土同时浇筑至楼层结构面标高。
2.工程设计特点及施工难点（1）本工程钢管混凝土叠合柱截面尺寸为1400mm×1400mm，混凝土为C70高性能混凝土，其强度高、延性大、抗震性能优异；外包普通钢筋混凝土，既提高柱的承载力和减少柱的截面尺寸，又无须再对钢管柱进行防火处理，减少了工程造价。
高墩桥梁施工过程考虑几何非线性的稳定性分析
Ｓｔ ｂ ｌｔ ａ ｙ ｉ ｆＴａ ｌＰｉｒ Ｂｒｄｇ ｓ Ｃｏ ｓｄ ｒｎ ｏ ｔ ｉ ｎｌｎ ａ ｉｙ ｉ ｏ ｅ ｓｏ ｎ ｔ ｕ ｔｏ ａ ｉｉｙ Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｌ ｅ ｉ ｅ ｎ ｉｅ ｉ ｇ Ｇｅ ｍｅ ｒｃＮｏ ｉ ｅ ｒ ｔ ｎ ｐｒ ｃ ｓ ｆＣｏ ｓｒ ｃ ｉｎ
建 ｏｎ ｓ ａ ｉ ｔ ｒ ｐｅ ｔｅ ｆｔｌ ｉｒｂｒｄｇ ｓ，ｗｈｉｅｔ ｅ ｓａ ｌ ａｅ ｆ ｃｏｒ ｎ ｏ ｇｔ ｄｉａｌｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｈｅｇｈｔｏｆｐｉｒ ｔ ｂ ｌ ｙ ｐ ｏ ｒ ｉｓｏ ａ ｌ ｅ ｉ ｅ ｉ ｐ ｌ ｈ ｔ ｂ ｅ ｓ ｆ ａ ｔ ｓ ａ ｄ ｌ ｎ ｉｕ ｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｅａ ｈ ｉ ｅ ｓ 。
２ １ 年 第 ０ 期 ０ｉ ３ 总第 １３ ５ 期
Ｎ００ ・２０１ ３ １
施 工 过 程 考 虑 几 何 非 线 性 的 稳 定 性 分 析
许 有 胜
（ 圳 市 市 政 设 计研 究 院有 限 公 司 深 广东深圳 ５８３） １０ ５
摘
要： 以某墩高为 ６ｍ 的连续刚构桥为工程背景， ０ 计算分析 了其施工过程 中最长悬臂状态几何非线性的稳定性 能， 并与线性稳
ｉ ｒ ａｓ ｓ ｎｃ ｅ ｅ ．
Ｋｅ ｎ ｄ ｏ ａｄ ｃ 筑 ＿ ｙ ｒ ｓ： ｎ ｉｕ ｕ ｉｉ － ｆａ ｒ ｇ Ｔａｌ ｉｒ Ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎｐ ｏ ｅ ｓ Ｉｉｉｌ ｅｅｔ Ｌｏ ｇｔ ｄｎ ｌｗｉｄ ｌａ Ｇｅ ｍｅｒ Ｊ ｗｏ ｄ Ｃｏ ｔ ｏ ｓｒｇｄ ｒｍｅｂ ｉ ｅ ｌ ｐｅ ｏ ｓｒ ｃｉ ｒ ｃｓ ｎｔ ｆｃ ｎ ｉｕ ｉａ ｎ ｏ ｄ ｏ ｔｉ
钢管混凝土_叠合_柱在超高层建筑结构中的应用正式版
钢管混凝土_叠合_柱在超高层建筑结构中的应用正式版文档资料可直接使用，可编辑，欢迎下载第 11 期 20 10 年 11 月广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING No． 11 NOV 20 10 钢管混凝土（叠合）柱在超高层建筑结构中的应用郭明尧国皇陈宜言（深圳市市政设计研究院有限公司深圳518029 ）摘要：钢管混凝土（叠合）柱由于具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点，适用于我国非抗震和抗震地区的建筑结构，尤其是抗震设防地区的高层建筑结构。
本文介绍了钢管混凝土（叠合）柱的相关研究成果以及典型工程实例，并提出了一些钢管混凝土（叠合）柱应用中还需要解决的关键问题。
关键词：钢管混凝土；钢管混凝土叠合柱；超高层；设计 Application of Concrete Filled Steel Tubular Column in High-rise Building Structures Guo Ming Yao Guohuang Chen Yiyan （ Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co. ， Ltd. Shenzhen 518029 ， China ） Abstract ： Concrete filled steel tubular （ CFST ） column and concrete filled steel tube in reinforced concrete （ CFST in R.C. ） olumn are cur- rently being increasingly used in the construction of modern buildings due to the high bearing capacity ， excellent earthquake-resistant and convenient construction. Correlative research results ， example projects and key issue in application of CFST and CFST in R.C. column were introduced in this paper. Keywords ： concrete filled steel tube ；concrete filled steel tube in R.C. column ； super rise ； design 合）柱的相关研究成果，简述了相关设计规程，然后 1 前言钢管混凝土由于钢管和核心混凝土“ 相互作用、介绍了相关典型工程实例，最后提出了一些钢管混凝土（叠合）柱在实际工程应用中还需要解决的关键问题，期望为同行提供参考。
钢管混凝土结构材料非线性的一种有限元分析方法
ｅｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ
ｃａｎ
ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｏｆ
ｃａｎ
ｅｎｅｒｇｙ（ｅｌａｓｔｉｃ
ｍａｔｒｉｘ）ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＯ
ｔｈｅ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｆｏｒｃｅｓ ａｆｔｅｒ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
万方数据
工
程
力
学
６９
钢管混凝土结构在我国的拱桥建设中得到了 广泛的应用，稳定极限承载力作为拱结构设计理论 的核心内容之一，近年来的研究取得了一定的进 展【卜２１。 在钢管混凝土拱桥材料非线性分析方面，对其 组成材料的弹塑性性能描述已进行了大量的研究。 文献『３－５］在大量实验的基础上提出了将钢管混凝 土看成单一材料的统一理论和将钢和混凝土区分 看待的本构关系。运用这些本构关系，在目前钢管 混凝土拱的有限元计算所采用的梁单元中就分别 存在着考虑轴力．弯矩（Ｎ－Ｍｙ—Ｍｚ）相互作用的塑性铰 模型和复合梁分层的纤维模型【６＿８】。 一般的塑性铰方法均利用断面的轴力．弯矩相 互作用关系得到屈服弯矩和近似屈服条件，如文 献［６，９—１０］，但由于塑性铰模型的刚度变化是通过 ’屈服曲面来定义的，且当考虑应力硬化的影响时必 须考虑屈服曲面的变化，使屈服曲面的建立变得较 复杂；同时塑性铰模型无法直接获得断面进入塑性 后的应力或应变信息。与塑性铰模型相比，纤维模 型需要进行数值积分使计算时间较长，但是，由于 纤维模型可以直接通过组成材料的应力一应变关系 来评价单元刚度的变化及是否发生塑性变形，因此 能较容易地进行变动轴力、双轴弯矩共同作用等情 况下的分析。因此，本文在考虑梁单元的材料非线 性分析时采用了纤维单元模型。 文献［１１—１３］提出的纤维单元都是直接在结构 的弹性刚度矩阵上通过弹性模量Ｅ的变化描述弹塑 性性能，即弹性阶段时刚度矩阵中的弹性模量为 Ｅ８，进入塑性后刚度矩阵中的弹性模量为ＥＰ。这样 的处理，对不复杂的刚度矩阵而言反复计算较易收 敛，但是，对于较复杂的刚度矩阵（如考虑包括扭转 和轴向变形非线性项的梁单元刚度矩阵【１４１），据作 者的经历而言，反复计算时较难收敛，甚至无法收 敛。 对于考虑大变形的几何非线性和材料非线性 的问题，由于两种非线性的耦合，需推导出结构的 切线刚度矩阵中的载荷矫正矩阵，文献［１１一１３］根 据各自的假设推导各自的弹塑性刚度矩阵，各不相 同。所以，梁单元进行双重非线性有限元分析，将 会遇到如何选用、验证这些文献的矩阵或重新推导 相应的弹塑性刚度矩阵的问题。 如果有一种方法，可以直接利用较完整地考虑 大变形的复杂的弹性刚度矩阵，不必重新推导弹塑
钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析
钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析摘要：随着经济发展水平的不断提高，现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，人们对高层建筑使用空间的要求也越来越高，如何在保证结构安全合理的前提下，进一步实现使用空间的最大化、节约经济成本的目的。
接下来本文将对钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济进行合理的分析，为今后的建筑结构设计提供一个合理的价值参考。
关键词：钢管混凝土柱；钢管混凝土叠合柱；受力特性；技术经济；比较分析引言随着城市建设的不断加快，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，柱的轴力大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比的要求，所以柱的截面很大，甚至达到了占用过大使用面积，影响建筑功能和观感的地步。
为了解决这一矛盾，结构设计中可使用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱来代替普通钢筋混凝土柱，由于其承载力高，抗震性能好，柱的截面可以大大缩小，因此，高度较大的高层建筑很多都采用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱。
下面对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和各自受力特点，进行分析与比较。
再结合工程实例，通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。
一、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱各自的结构受力特性（一）、钢管混凝土柱的结构受力特性（1）受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高。
对混凝土来说，由于钢管的约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使构件抗压承载力提高显著。
从另一方面而言，对于同样的负荷，钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。
对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感，由于混凝土充填了钢管，保证了薄壁钢管的局部稳定，使其弱点得到了弥补。
（2）具有良好的塑性性能。
混凝土是脆性材料，混凝土的破坏具有明显的脆性性质。
钢管混凝土叠合柱在建筑工程中的应用分析
钢管混凝土叠合柱在建筑工程中的应用分析发布时间：2022-05-12T03:17:26.452Z 来源：《城镇建设》2022年第1月第2期作者：刘成勇[导读] 目前我国城市化发展水平和科技水平发展都十分快速，我国建筑行业发展也十分快速。
我国自主刘成勇天元建设集团有限公司，山东省临沂市 276000摘要：目前我国城市化发展水平和科技水平发展都十分快速，我国建筑行业发展也十分快速。
我国自主研发的新型钢管混凝土叠合柱结构体系比传统的混凝土结构有着更加优越的性能，钢管混凝土具有良好的延性、承压能力、耐久性和防火性，当前已经应用于很多高层建筑工程当中。
整个建筑工程结构都受到钢管混凝土叠合柱质量优劣的影响，为此，工作人员要明确该结构体系的特点，就其施工方法进行细致地分析，做好每个施工环节的严格控制，从而最大限度地提升钢管混凝土叠合柱的安全性。
关键词：钢管混凝土叠合柱；建筑工程；应用引言钢筋桁架混凝土叠合楼盖是目前使用较多的一种楼盖体系，该体系与传统现浇楼盖最接近，无论从设计、施工角度都可以实现较低难度的切换。
实际市场中绝大部分叠合楼盖都是先按现浇结构体系进行设计，再“拆分”成预制加现浇的叠合楼盖，底板部分在工厂预制，上半部分在现场现浇，该体系在国外一直有应用，并在多类建筑工程应用中发挥了很好的作用。
但由于我国建筑功能、抗震设防、产业配套等因素的影响，很多工程按照这种方式拆分后，实施效率反而降低，建造成本增加，效果并不理想。
而预应力技术在解决水平结构承载力、裂缝、挠度，以及建造成本等方面具有非常大的优势，已经在市政、铁路、桥梁领域广泛应用。
结合装配式建筑的发展，通过工厂化的预制预应力技术与装配式建筑叠合板技术结合，在房建领域进行技术创新，将获得极大的经济和社会效益。
1钢管混凝土叠合柱特点叠合板施工阶段设有可靠支撑，为一次受力构件，按整体受弯构件设计计算，且计算时不考虑钢管桁架的贡献。
叠合板采用密拼接缝，双向受力特征明显。
钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱受力性能与设计方法研究的开题报告
钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱受力性能与设计方法研究的开题报告一、选题背景随着建筑行业的不断发展和人们对建筑质量的不断追求，新型建筑结构材料的应用越来越广泛。
钢管-混凝土组合结构因具有高强度、高延性、耐腐蚀、耐久性好等特点，被广泛应用于桥梁、高层建筑、工业厂房等建筑领域。
在这种结构中，混凝土和钢管具有不同的优势和角色，能够充分利用两种材料的优点，达到更好的受力性能。
钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱是一组特殊的混凝土结构，钢管与混凝土之间采用粘结剂黏结，进而形成一种完美的结合方式。
钢管与粘结剂之间的黏结能力明显优于一般钢筋混凝土结构，具有更加优异的受力性能。
随着钢管-混凝土组合结构的不断发展，关于钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能和设计方法的研究也日益受到关注。
二、研究目的本研究旨在研究钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能和设计方法，具体包括以下几个方面：1.分析钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力特点，确定受力机制和应力分布规律。
2.探究钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能，分析其受力性能的优劣，并与传统钢筋混凝土结构进行比较。
3.建立钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的设计方法，提出相应的设计规范和计算方法，以保证工程质量和安全性。
三、研究内容1.混凝土材料和钢管的试验研究，对材料的力学性能进行测试。
2.对钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力特点进行理论分析和模拟计算，确定其受力机制和应力分布规律。
3.进行试验验证，进行样品的制作，进行负载试验，验证分析结果的正确性。
4.根据试验结果，建立钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的设计方法和设计规范，提出相应的计算方法和验算标准。
四、研究意义1.通过对钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的研究，可以加深人们对该结构的认识和理解。
2.可以为该结构的应用提供科学的设计方法和验算标准，保证该结构的可靠性和安全性。
3.为推动新型建筑结构材料的发展和推广应用提供一定的理论和实践依据。
钢管混凝土叠合柱高墩极限承载力影响因素分析
Ａ ｓ ａ ｔＢ ｓｄ ｎｔ ｎ ｅ ｅｒ ｎｒｔｆｌｄｓ ｅ ｔｂ ｆ ｒｆ ｓｒ ｈｎ ｈｎｏｇ， ｓ ｇ Ｂ Ｑ Ｓｅｔｂｉ ｅ ｂｔ ｃ ：ａｅ ｅｕ ｉ ｄｔ ｑｙｏ ｃ ｃｅ ｌ ｅｌｕ ｅｏ ｏ ｓｏ ｏｇＳａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｉ ｆ ｈ ｆｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ｐ ｅ Ｚ ｎ ｕｉ Ａ Ｕ ｓ ｌｈ ｄ ｎＡ ａ ｓ
第２ ８卷 第 ９ 期
２ １ 年 ９月 ０２
科 技 通 报 ＢＵＬ Ｅ Nhomakorabea ＣＩ ＮＣ Ｄ ＥＣ Ｌ Ｔ Ｎ ＯＦ Ｓ Ｅ Ｅ ＡＮ Ｔ ＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ ．８ １２ Ｎｏ９ ．
Ｓｐ ２ １ ｅ． ０２
钢 管混凝 土叠合柱高墩极 限承载力影响 因素分析
彭 卫兵 ， 熊志 洪 ， 晓 东 ， 潘 钱 波
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｏ ｃ ｅｅｆｌｅ ｔｅ ｕ ｅ； ｌｉ ａｅｂ ａ ｎｇｃ ｐａ ｉ ａ ｅ ｔｄ ｆｃｏ ｓ ｎ ｔ ｌｄ ｆｃ ｃ ｎ ｒ ｔ ｌ ｄｓｅ ｌ ｂ ｕｔｍ ｔ ｅ ｔ ａ ｃｔ ｆ ｃｅ ａ ｔｒ；ｉｉｉ ｅｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｙ； ａ
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｅ Ａｆｅ ｔ ｄ Ｆ ｃ ｏ ｓｏ ｔｍａ ｅ Ｂｅ ｒｎ ｐ ｃｔ ｆ ａ ｙ ｉ ｆＴｈ ｆ ｃｅ ａ ｔ ｒ ｆＵｌｉ ｔ ａ ｉ ｇ Ｃａ ａ ｉｙ ｏ
Ｈｉ ｈ ｅ ｆＣｏ ｒ ｔ ｌｅ ｔ ｅ ｂｕｌ ｒ Ｃｏ ｕｍ ｎｓ ｇ Ｐｉｒ ｏ ｎｃ ｅ ｅ Ｆｉｌｄ Ｓ ｅ ｌＴｕ ａ ｌ
ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｉｈ ｐｅ ｆｃ ｎ ｒｔ ｌ ｄ ｓ ｅ ｕ ｕ ￣ ｅ ｌ ｍＲ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｆ ｌ ｍａｅ ｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ｈ ｄ ｌ ｆｈｇ ｉｒ ｏ ｏ ｃ ｅｅ ｆ ｌ ｔ ｌｔｂ ｌ ｏｕ ｓ， ｎ ｈ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｔ ｔ ｅ ｔ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｉｅ ｅ ｕｉ ｉ ｙ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ａ ｅ ｔｄ ｆ ｃｏ ｓａ ｅ ｉ ｉ ａ ｄ ｆｃ ， ｏ ｉ ｎ ａ ｅ ｏ ａｅ ｕ ｅ ｏ ｌ ｕ ｅ ｏ ａｅ ｕ ｅ ｐ ｅ ｉｈ ｎ ｈ ａ ｅ ｏ ｎ ｅ ｆ ｃｅ ａ ｔｒ ｓｔ ｔ ｌ ｅｅ ｔ ｈ ｒ ｏ ｔｌ ｃ ｒ ｔｄ ｔ ｂ ， ｂ ｉ ｅ ｄ ｃ ｒ ｔｄ ｔ ｂ ， ｉｒｗｅｇ ｔ ｄ ｔ ｅ ｒｔ ｆ ｈ ｈ ｎ ｉ ｚ ｄ ｑ ａ
考虑几何非线性效应的桩柱式高墩分析
３３ ４
增量段 ，每一段 中结构 的荷载反应被近似地线性 化 ，简 单 增 量 法 将 每 一 级 增 量 荷 载 下 直 接 求 得 的 状态变量视为平衡状态 ， 算相应 的切线刚度矩 计 阵 ，进 而 做 下 一 级 荷 载 计 算 ，并 不 断 累 加 位 移 增 量 。为 了保 证 计 算精 度 ， 需要 要 对 同一 问题 在 进 一 步 细 分 增 量 区间 后 再 次 求解 ，通 过 两 次解 的 比较 判 定 是 否 收敛 。
ｒ Ｔ
２ 迭 代 法 求 解 非 线 性 方 程 ］
２ １ 直接 求 解 法 ．
直 接 求 解 法 应 用 最 多 的是 直 接 迭代 法 ， 由虚 功 原 理建 立 的非 线 性方 程 为 ： ｛ ）｛ ＝Ｐ， ［ ６｝】６｝｛】 Ｋ（ 当 （ ６｝ －Ｐ ， 个 迭代 过 程 为 ｛ ＝Ｋ ・｛ 卜 ） ｛ 。） １ ｝整 ｛ ６｝［ （ ６，｝ ｛１当迭 代 结果 满 足 收敛 准则 时 ， 得 到所 要 求 的 Ｐ， 就 节 点 位 移量 。
式 法 （ ． 式 ） Ｕ Ｌ列 。
总 体 拉 格 朗 日列 式 是 在分 析过 程 中 ，以初 始 构 形 为参 考 ， 参 考 位 形 保 持 不 变 ， 于 杆 单元 的 且 对
平 衡 方程 可 由虚功 原 理 得 ：
ｆ
如采 用 Ｕ Ｌ列 式 ， ． 平衡 方 程 中 的积 分 项 在 ｔ 时
３２ ４
科技研究
城 市道 桥 与 防 洪
２ １ 年 ７月第 ７ ０２ 期
考虑几何非线性效应的桩柱式高墩分析
刘 妍 ，魏 储 银
（． １深圳 市市 政工程 设计 研究 院有 限公司 ， 广东 深圳 ５ ８６ ２东 莞市交 业工 程质 量检测 中心 ， 东东莞 ５ ３ ２ ） １０ ０； ． 广 ２ １ ５ 摘 要 ： 该文 首先 简述 了几 何非 线性 分析 的理 论 ， 列 举 了几何 非线 性 目前求解 的主要 的方 法 ， 并 最后 用牛 顿 一拉 普 森法 对 算 例 进行 求解 。计算 结果表 明 ， 高墩 的设计 计算 ， 几何 非线性 的影 响不 可忽视 。 关键词 ： 何非线 性 ； 几 牛顿 一拉普 森法 ； 梁； 桥 高墩 中 图分 类号 ： ４ ３２ Ｕ ４ ．２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ９ ７ １ （ ０ ２ ０ — ３ ２ ０ １０ — ７ ６ ２ １ ） ７ ０ ４ — ２
钢管混凝土格构柱墩抗震性能研究综述
旦 ［４—６］
Ｏ
目前钢 管混 凝 土 柱 式 桥 墩 按 截 面 形 式 可 分 为 单 肢 柱墩 和格 构柱 墩 （以 四肢 格 构柱 为主 ），其 中格 构柱 墩按 截 面是 否变 化 可分 为 等 截 面 格 构 柱 墩 和 变 截 面 格构 柱 墩 。本 文 旨在 对 钢 管 混 凝 土 格 构 柱 墩 抗 震 性 能方 面 的研究 现状 和研 究 成果 作 一个 综 述 ，可 为钢 管 混凝 土 柱墩 的工 程 应 用 和 后 续 理 论 研 究 提 供 参 考 和
钢管混凝土叠合柱抗震性能界限状态研究
地 震 工 程 与 工 程 振 动
ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＤＹＮＡＭＩＣＳ
Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１８
文章 编号 ：１０００—１３０１（２０１８）０２—０１５７—１１
ＤＯＩ：１０．１３１９７／ｊ．ｅｅｅｖ．２０１８．０２．１５７．ｈｕａｎｇｙ．０１８
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｂａｓｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌ— ｕｍｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｄｅｆｉｎｅｄ ｆｏｕｒ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｍ ｉｔ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａ— ｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｅ ｄｅｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｅａｃｈ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ ｗｅｒｅ ａｎ－ ａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｒｉｐ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ＭＡＴＬＡＢ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅｎ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｕｌａ ｏｆ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｅａｃｈ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｈｉｎｇｅ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｒｉｆｔ ｒａｔｉｏ ｕｎｄｅｒ ｅａｃｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｍ ｉｔ ｓｔａｔｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ； ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ—ｂａｓｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ； ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ；ｓｔｒｉｐ ｍｅｔｈｏｄ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔａｔｅｓ
铁路钢管混凝土格构式高墩设计与分析
铁路钢管混凝土格构式高墩设计与分析铁路钢管混凝土格构式高墩设计与分析一、引言钢管混凝土结构在铁路桥梁工程中被广泛应用，其具有承载能力强、耐久性好的优点。
格构式高墩作为钢管混凝土结构中的一种重要形式，其设计与分析显得尤为重要。
本文旨在探讨铁路钢管混凝土格构式高墩的设计与分析方法，以提高铁路桥梁工程的质量和安全性。
二、格构式高墩的基本构造铁路钢管混凝土格构式高墩由基础、柱身和横梁组成。
基础是墩身的支撑系统，起到承载和分散载荷的作用。
柱身是墩身的主要受力构件，负责承受各方向的荷载并传递到基础上。
横梁连接多个柱身，使其形成一体化结构。
三、高墩的设计思路1. 荷载计算钢管混凝土格构式高墩的设计首先需要对荷载进行计算。
这包括静荷载、动荷载和地震荷载等影响因素。
对于静荷载，需要考虑墩身自重和上部结构荷载。
对于动荷载，需要考虑列车的作用。
地震荷载则需要根据地震区域确定其大小。
2. 结构设计高墩的结构设计应满足强度、刚度和稳定性的要求。
对于柱身，应设计合理的截面形状和钢筋布置，以满足不同方向的受力要求，并保证其抗弯强度和承载能力。
横梁的设计应考虑连接柱身的刚性和稳定性，采用适当的布置形式和截面尺寸。
3. 施工工艺高墩的施工工艺也是设计过程中需要考虑的因素。
在钢管混凝土结构中，向钢管灌注混凝土是一项关键工艺。
施工中需要控制灌注速度、混凝土质量和保持钢管的纵向水平度等。
同时，施工过程中应注意保护和加固临近结构，确保施工安全。
四、高墩的力学分析采用有限元方法对高墩进行力学分析是一种常见的手段。
通过建立高墩的有限元模型，可以计算墩身和横梁在受力过程中的应力、变形和稳定性等性能。
同时，通过对不同荷载情况下的分析，可以评估结构的强度和安全性。
五、设计案例以一座具体的铁路钢管混凝土格构式高墩为例，展示高墩的设计与分析流程。
首先进行荷载计算，确定静荷载、动荷载和地震荷载大小。
然后进行结构设计，确定墩身和横梁的截面形状和布置。
最后，采用有限元方法进行力学分析，评估高墩的强度和安全性。
矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能研究
ＲＥＮ Ｑｉｎｇｘｉｎ１ꎬ２ ꎬＦＵ Ｒａｎ１ꎬ３ ꎬＷＡＮＧ Ｑｉｎｇｈｅ１
(１. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｓｈｅｎｙａｎｇꎬ Ｃｈｉｎａꎬ １１０１６８ꎻ ２. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ
１. ３. １ 单元类型和网格划分
采用八节点减缩积分格式的三维实体单
中空夹层钢管混凝土所构成ꎬ截面形式如图
元模拟端板和混凝土ꎻ采用四节点完全积分
１ 所示ꎮ
格式的壳单元模拟钢管ꎻ钢筋骨架选取两节
点格 式 的 桁 架 单 元ꎮ 模 型 的 网 格 尺 寸 为
中图分类号 ＴＵ３９８. １ 文献标志码 Ａ
引用格式:任庆新ꎬ付然ꎬ王庆贺. 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能研究[ Ｊ] . 沈阳建筑大学学报( 自
然科学版) ꎬ２０２４ꎬ４０ ( ２ ) :２１２ － ２２２. ( ＲＥＮ Ｑｉｎｇｘｉｎꎬ ＦＵ Ｒａｎꎬ ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇｈｅ. Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ￣
２０２４年３月
第４０ 卷 第 ２ 期
沈阳建筑大学学报( 自然科学版)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ( Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ)
文章编号:２０９５ － １９２２(２０２４)０２ － ０２１２ － １１
Ｍａｒ. ２０２４
Ｖｏｌ . ４０ ꎬ Ｎｏ. ２
２１３
ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ａ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ＣＦＤＳＴ ｌｏｎｇ ｃｏｌｕｍｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ
钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析
钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析
曾彦;曾勇;赵顺波
【期刊名称】《世界桥梁》
【年(卷),期】2010(000)002
【摘要】为减小桥墩阻水面积,跨南水北调中线工程主干渠的大油村北桥2号墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱.采用有限元法进行计算分析,研究叠合柱钢管壁厚与轴向应力比率、弯曲应力比率、抗剪应力比率和组合应力比率、荷载下位移及自振周期等因素的影响规律.结果表明,叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能.
【总页数】4页(P52-54,58)
【作者】曾彦;曾勇;赵顺波
【作者单位】华北水利水电学院土木与交通学院,河南,郑州,450011;河南世纪博通工程咨询有限公司,河南,郑州,450008;华北水利水电学院土木与交通学院,河南,郑州,450011
【正文语种】中文
【中图分类】U443.22
【相关文献】
1.钢管混凝土叠合柱式桥墩考虑桩土作用的地震效应分析 [J], 曾彦;曾勇;赵顺波
2.预制节段拼装连续刚构桥墩梁固结处受力性能分析 [J], 陈亮
3.预制节段拼装桥墩受力性能分析与模拟 [J], 杜青;张森博;卿龙邦
4.洪水作用下桥墩受力性能分析方法对比研究 [J], 蒋键锆
5.钢管混凝土叠合柱式桥墩弹塑性抗震分析 [J], 曾彦;潘丽云;赵顺波
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钢管混凝土轴压管柱限制效应的非线性分析03
钢管混凝土轴压管柱限制效应的非线性分析Hsuan-Teh Hu, M.ASCE1; Chiung-Shiann Huang2; Ming-Hsien Wu3;and Yih-Min Wu4摘要:钢管混凝土柱的适当材料本构模型是根据非线性FINIT元素程序ABAQUS（有限元分析）构建而成．在实验数据的基础被提供且已经被证实。
（混凝土填充管本构模型所使用的合适的填充材料是运用有限元程序ABAQUS对实验数据进行非线性分析而提出并被认证的。
）钢管混凝土柱的横截面在数值分析中的分类可以分成圆截面，矩形截面和被强化关系加筋的矩形截面等三类。
通过数值分析，结果表明，对于圆形混凝土填充管柱，管会给混凝土提供一个很好的限制作用，尤其是在其宽度和厚度的比值D/T 很小时（当D/T<40）。
对于矩形混凝土填充管柱，外管并不会给混凝土一个大的限制作用尤其是宽厚比很大的时候(当B/T>30时)。
在强化关系下的矩形混凝土填充管截面的密闭效应被强化关系的作用加强,尤其是在这些捆绑作用关系的间距很小时或强化关系的程度(捆绑作用直径)很大时。
分类号:10.1061/(ASCE)0733-9445(2003)129:10(1322)关键词:柱非线性分析轴向载荷限制参量论文简介:混凝土填充管柱能够提供相当好的抗震结构性能，比如高强度、高延展性和大的能量吸收能力。
除了结构性能方面的加强之外，在永久模板预防上的建设时间可以被大量减少，因此，近年来在钢管混凝土柱的各种研究已经做的比较完善。
（Furlong 1967; Knowles and Park 1969;Furlong 1974; Ge and Usami 1992; Ge and Usami 1994; Boyd,Cofer, and McLean 1995; Bradford 1996; Hajjar and Gourley1996; Shams and Saadeghvaziri 1997; Uy 1998; Morino 1998;Schneider 1998; Zhang and Shahrooz 1999; Liang and Uy 2000;Bradford, Loh, and Uy 2002; Huang et al. 2002）钢管混凝土柱结构性能的提高是由于复合材料的构成要素之间的复合作用。
钢骨-钢管高强混凝土偏心受压柱非线性分析
钢骨-钢管高强混凝土偏心受压柱非线性分析关萍;陈兰响;刘晴晴【摘要】为研究钢骨-钢管高强混凝土偏心受压柱的力学性能，采用ABAQUS有限元软件分析偏心距、长细比、材料强度等因素对压弯柱力学性能的影响，并对数据回归分析以建立承载力公式。
结果表明：基于ABAQUS软件所模拟的荷载-变形曲线与试验曲线吻合良好；偏心矩、长细比对偏心受压构件的受力性能影响较大，套箍率影响次之，材料强度和型钢截面形状对其影响相对较小；偏心受压承载力公式计算结果与试验结果吻合良好。
%To analyze the mechanical properties of steel tube filled with steel-reinforced high-strength concrete (STSRHC)column under eccentric loading,analysis of eccentricity,slender ratio,material strength on eccentrically com-pression were conducted by the finite element software ABAQUS,and the formula of bearing capacity were establish by regression.The ABAQUS calculation results agree well with and experimental ones.Slender ratio and eccentricity influ-ence significantly the eccentrically compressed mechanical properties,the influence of stirrup ratio is less than the influ-ence of slender ratio and eccentricity,and influence of the material strength and the shape of steel is the smallest;the cal-culation results by the formula are in good agreement with the experimental results.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P332-337)【关键词】钢骨-钢管高强混凝土;偏心受压;ABAQUS软件;力学性能;承载力【作者】关萍;陈兰响;刘晴晴【作者单位】大连大学建筑工程学院，辽宁大连 116622;大连大学建筑工程学院，辽宁大连 116622;沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳 110168【正文语种】中文【中图分类】TU398钢骨-钢管高强混凝土组合柱(STSRHC)充分利用了钢管混凝土和钢骨混凝土各自的力学性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、构件截面尺寸小等优点，有望在高层房屋、高耸结构、桥梁结构、地下结构等中得到应用.2003年,赵大洲等[1-3]相继对这种组合柱进行了理论和试验研究，并取得了一定的成果.目前，对钢骨-钢管混凝土柱的力学性能理论研究和实际应用研究还处于研究阶段.实际工程中的组合柱大多处于压弯受力状态，为满足工程设计的需要，本文拟利用有限元软件ABAQUS对钢骨-钢管高强混凝土偏心受压柱的力学性能进行研究.1.1 应力-应变关系模型核心混凝土本构模型在ABAQUS软件中采用塑形损伤模型[4-5]，拟采用王连广[6]的受压应力-应变关系式,并考虑偏心距对核心混凝土本构的影响[7]，最终提出的受压应力-应变关系模型，即式(1)中：x=ε/ε0;σc为混凝土压应力；fc,c为核心混凝土抗压强度；β,q和a为待定参数.各参数的取值为上式中：θ=Atft，y/Atft为套箍率；θ′为修正套箍率；e为偏心距；ke为径向应力梯度函数；ρ=Asfs，y/Acfc为配骨指标；At,As和Ac分别为钢管、钢骨和混凝土的面积；ft，y,fs，y,fc和分别为钢管屈服强度、型钢屈服强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土圆柱体抗压强度；εc，c为fc，c所对应的混凝土压应变.混凝土受拉的应力-应变关系模型及钢材的材料模型采用文献[8]提供的模型.1.2 单元选取和网格划分考虑到收敛性和准确性，加载板、钢管、钢骨和混凝土均采用8节点减缩积分格式的三维实体单元(C3D8R).拟采用细化网格的方式对网格的收敛性进行分析，当计算停止时，重新调整网格密度以提高收敛性.各部件的单元划分示意图，如图1所示.1.3 接触面处理和边界条件钢管与混凝土之间的法向接触采用“硬”接触，界面切向力模型采用库伦摩擦模型[9]，摩擦系数为0.6；其他部件的接触采用“Tied”接触，并采用位移加载方式，利用增量迭代法求解方程；构件的边界条件如图1(d)所示.选用文献[1]中的试件HL、文献[10]中的SE1，SE2和SE5和文献[11]中的LE1为参考构件，构件的参数、试验结果值和有限元计算结果，如图2所示.图2中：D 为钢管直径；t为钢管壁厚度；L0为构件计算长度；λ为长细比，λ=4L0/D.由图2可知：计算值与试验值整体吻合良好.出现误差的主要原因是试验中构件的实际边界条件和材料很难与有限元模型完全符合.选用试件HL为参考构件，分别改变偏心距(e)、长细比(λ)、套箍指标(θ)、配骨(ρ)和混凝土强度(fc,u)，分析各参数对其压弯力学性能和承载力的影响，结果如图3所示.当分析钢骨截面指标(Is/Ic)对其压弯力学性能和承载力的影响时，选取的构件参数为D×t×L0=308 mm×4 mm×3 850 mm,θ=0.381,ρ=0.722，结果如图3(f)所示.图3中：Is为钢骨截面惯性矩;Ic为混凝土截面惯性矩.由图3可以得到以下5点主要结果.1) 偏心距对偏压柱的力学性能和承载力影响最为明显.随着偏心距增大，承载力下降幅度较大，侧向挠度在承载力一定情况下明显增大.这主要是由于随偏心距的增加，全截面由全部受压逐渐变为部分受拉，而核混凝土的抗拉作用较小，受拉部分混凝土提前破坏，承载力逐渐降低.因此，钢骨-钢管混凝土并不适合作为大偏心受拉构件使用.2) 长细比对偏压柱的力学性能和承载力的影响也相对较为显著.随长细比增加，偏压柱的挠度增长较快，承载力下降也较为明显,这主要是由于组合柱的失稳导致的.3) 套箍率和配骨率对偏压组合柱的力学性能和承载力有一定程度影响.承载力随着这两个指标的增大而增大，且套箍率的影响幅度相对配骨率较为明显.这主要是由于钢管对混凝土有一定程度的约束，混凝土受约束后，其承载力得到提高，且钢管的截面惯性矩较大，钢管的抗弯承载力相对钢骨较高.4) 混凝土强度在偏心距相对较小时，对组合构件的力学性能和抗弯承载力有一定影响，极限承载力和抗弯刚度随混凝土等级的提高而逐渐变大.5) 钢骨的截面形式对偏压柱的影响幅度相对较小，但随着其截面惯性矩的增加，组合构件的承载力也相应提高.这主要是由于惯性矩增加可以提高抗弯承载力，延缓混凝土受拉破坏，构件整体受压承载力得到提高.《钢管混凝土结构设计与施工规程》采用经验系数法给出钢管混凝土柱偏心受压承载力公式，《钢-混凝土组合结构设计规程》采用了轴力-弯矩相关关系法给出钢管混凝土的偏压承载力公式.文中采用钢管混凝土承载力计算方法，推导钢骨-钢管混凝凝土组合柱偏压承载力公式.4.1 经验系数法采用经验系数法[8]得出组合柱的压弯承载力式Nu，有式(2)中：N0为钢骨-钢管混凝土轴压短柱承载力计算值;φl为长细比影响系数；φe为偏心率影响系数；K为偏心率对紧箍力的影响系数.短柱轴压承载力公式和各系数的取值分别为式(3)～(6)中：rc为钢管的内径；长细比限制在120以内，满足工程中柱的长细比范围(一般为20～80);α为与长细比大小有关的参数.各参数取值，如表1所示.为验证公式的正确性，选取文献[10-11]的试验值与经验公式法计算值进行对比，结果如图4所示.比较结果可知，简化公式计算值与试验值吻合良好(计算值与试验值比值的平均值为0.958，均方差为0.058)，且偏于安全.4.2 轴力-弯矩相关关系法从安全和实用的角度出发，可将N/N0(η)-Mu/M0(ξ)曲线关系简化为二折线模型[11]，模型如图5所示.图5中：N为实测压弯承载力，Mu为构件在偏心荷载下的抗弯承载力;η和ξ分别为N/N0和Mu/M0的简化值.模型方程为式(7)中：为弯矩； M0为构件纯弯承载力[12]， M0=rmWs，c，sfs，c，s， rm 为塑形发展系数，为构件的截面抵抗矩， Ws，c，s=πD3/32，fs，c，s为构件的屈服强度，fs，c，s=(1.392+Bθ+Cθ2+Eρ)fc， D为钢管的直径; B,C,E为与材料强度的有关参数， B=0.175 9ft，y/235+0.974， C=0.030 9-0.103 8fc/20，E=0.156fs，y/235+0.479.为了验证公式的正确性，选取文献[10]中试件SE1，SE2和SE3，以及文献[11]中试件LE1和LE2为参考构件，验证结果如图6所示.由图6可知：试验结果、有限元结果和基于相关关系法建立的简化公式计算结果整体吻合良好.综上研究，可得出3点结论.1) 通过选择合理的力学模型，利用ABAQUS有限元软件对钢骨-钢管高强混凝土偏压柱的力学性能和承载力进行分析，所得计算结果与试验结果整体吻合良好. 2) 对影响偏压柱的力学性能和承载力的因素进行分析，偏心距和长细比是影响其力学性能和承载力的关键因素.3) 通过有限软件进行的数值分析和参考以往的研究成果，基于经验系数法和轴力-弯矩相关系数法，分别建立钢骨-钢管混凝土偏压柱极限承载力简化公式，其计算结果与试验结果吻合较好.【相关文献】[1] 赵大洲.钢骨-钢管高强度混凝土组合柱力学性能研究[D].大连:大连理工大学,2003:1-46.[2] 关萍,王清湘,赵德深.钢骨-钢管混凝土组合柱压弯性能试验研究[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版,2003,22(3):329-332.[3] 王连广,刘晓,常江.钢管钢骨高强混凝土偏心受压承载力试验研究[J].工程力学,2010,27(2):124-129.[4] LEE J,FENVES G L.Plastic damage model for cyclic loading of concretestructures[J].Journal of Engineering Mechanics,1998,124(8):892-900.[5] LUBLINER J,OLIVER J,OLLER S,et al.A plastic-damage model forconcrete[J].International Journal of Solids and Structures,1989,25(3):299-329.[6] 王兵,王连广,刘晓.钢管钢骨轴压短柱受力全过程分析[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版,2009,25(1):128-132.[7] SUSANTHA K,GE H,USAMI T.Uniaxial stress-strain relationship of concrete by various shaped steel tubes[J].Engineering Structures,2001,23(10):1331-1347.[8] 韩林海.钢管混凝土结构:理论与实践[M].北京:科学出版社,2007：1-300.[9] 张岩,张安哥,陈梦成,等.圆钢管混凝土轴压长柱有限元分析[J].哈尔滨工业大学学报：自然科学版,2007,39(增刊1):94-98.[10] 杨山波.钢骨-钢管混凝土偏压短柱承载力试验研究[D].长沙:湖南大学,2009:1-52.[11] 澎丽纯.钢骨-钢管混凝土偏压长柱承载力试验研究[D].长沙:湖南大学,2009:1-60.[12] 陈兰响,关萍.基于分层组合法推导钢骨-钢管高强混凝土纯弯承载力[J].水利与建筑工程学报,2015,13(1):51-55.。
钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型
钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型黄志堂;强士中;崔圣爱【摘要】为评估钢管混凝土叠合柱高墩的抗震性能,以曲率为性能指标,采用拉丁超立方抽样方法,对截面样本偏心受压进行了全过程数值模拟.根据破坏形态,将叠合柱截面损伤划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全损伤4种极限状态并进行量化.将曲率指标的统计特征值与轴力进行三次多项式回归分析,建立了以轴力为变量的钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型.结果表明:以外围箍筋约束混凝土破坏为分界,叠合柱分别表现出钢筋混凝土和钢管混凝土的破坏特征;不同轴力作用下4种极限损伤状态的曲率指标均服从对数正态分布,其均值随轴力增大而减小.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2015(050)005【总页数】6页(P852-857)【关键词】钢管混凝土叠合柱;高墩;性能指标;概率抗震能力【作者】黄志堂;强士中;崔圣爱【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;四川省交通运输厅交通勘察设计研究院,四川成都610017;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U442.55由于地面运动和结构本身的不确定性，用概率方法研究基于性能的地震工程(PBEE)和基于性能的抗震设计(PBSD)已经成为地震工程领域的发展趋势. 确定与性能目标相对应的抗震能力是PBSD 的主要内容，国内外许多学者从概率角度对构件和结构整体的抗震能力进行了研究.主要研究思路是，选定模型的部分参数作为随机变量，根据其概率分布函数，通过抽样方法生成一定数量的样本，再对模型进行截面层次的弯矩-曲率分析，或构件与结构层次的静力推覆(pushover)分析和增量动力分析(IDA)，以获得结构抗震能力的概率特性.目前的研究对象主要是钢筋混凝土结构［1-2］、钢框架结构［3］和砌体结构［4］.钢管混凝土叠合柱(以下简称叠合柱)由钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土组合而成，是我国特有的一种组合结构型式，近年来已成功用于西部地区的桥梁高墩.已有对叠合柱抗震能力的研究主要以试验为主，且没有基于性能和概率的角度进行研究，难以指导基于性能的叠合柱高墩抗震设计.本文根据基于性能的抗震设计思想，分析了叠合柱高墩的合理性能指标，对50 个叠合柱随机截面样本进行偏心受压全过程数值模拟，根据破坏形态定义了叠合柱截面不同损伤极限状态并对性能指标进行量化，建立了以轴力为变量的叠合柱高墩截面的概率抗震能力模型，以期为叠合柱高墩的抗震性能评估和地震易损性分析提供参考.1 叠合柱高墩合理的性能指标迄今为止，在结构试验基础上已提出混凝土结构的多种损伤准则，主要有强度损伤准则、变形损伤准则、能量损伤准则、变形和能量双重损伤准则等［5-6］.在基于性能的抗震研究中，以曲率和位移(变形)损伤准则应用最广泛，曲率性能指标是截面层次的，位移性能指标是构件或结构层次的.对钢筋混凝土构件的已有研究中，建筑框架结构用位移作为性能指标［7］，而桥墩、桥塔则位移和曲率都有采用［8-11］.钢管混凝土性能指标的研究主要针对钢管混凝土框架结构，以顶点位移和层间位移作为性能指标［12-13］，目前未发现叠合柱结构性能指标的相关报道.对桥墩而言，中、低墩主要以第一振型为主，地震破坏主要发生在墩底，在墩底达到最大曲率的同时，墩顶产生最大位移，墩底曲率和墩顶位移存在明确的对应关系，墩底最大曲率和墩顶最大位移均可以作为性能指标. 而对于高墩，由于受高阶振型的影响，墩身中部和墩底均可能发生破坏，墩底最大曲率和墩顶最大位移不同时出现，两者之间无明显的对应关系，墩顶最大位移不能作为高墩的性能指标.而控制截面的曲率与结构损伤状态一一对应，采用截面曲率作为性能指标比采用墩顶位移更为合理［14］.因此，研究叠合柱高墩的性能指标时，本文以截面曲率作为其性能指标.2 叠合柱截面及材料强度统计特征如图1 所示的叠合柱高墩截面，外围是普通钢筋混凝土，核心是钢管高强混凝土. 截面直径为172 cm，外围混凝土强度等级为C30，厚度20 cm;钢筋等级为HRB335，全截面均匀布置46 根直径28 mm 的钢筋;钢管采用Q345 钢，壁厚1.8 cm，钢管高强混凝土强度等级为C80.以C30 混凝土、C80混凝土、HRB335 钢筋和Q345 钢材4 种材料的强度作为确定抗震能力的随机变量，其统计特征值见表1［13，15-16］.图1 叠合柱截面及纤维Fig.1 Section and fibers of CFST composite column 表1 材料强度的统计特征值Tab.1 Statistical characteristics of materials strength材料均值/MPa 变异系数对数均值对数标准差分布类型C30 混凝土26.1 0.14 ——正态分布C80 混凝土 60.1 0.10 ——正态分布Q345 钢管389.9 0.07 5.963 4 0.069 9 对数正态分布HRB335 钢筋 378.0 0.07 5.932 5 0.069 9对数正态分布3 叠合柱截面偏心受压全过程模拟根据表1 的统计特征值，用拉丁超立方抽样方法随机抽取50 个材料强度，组合成50 个叠合柱随机截面样本，进行偏心受压全过程数值模拟并获得不同轴力下的弯矩-曲率(M-φ)曲线. 根据材料不同损伤状态的应变确定截面曲率作为性能量化指标，不同损伤状态的应变取值见表2.表2 截面材料不同损伤状态的应变Tab.2 Strains of materials in section vs. damage state注:ρs 为约束箍筋的体积配筋率;fyh为约束箍筋的屈服强度;fy 为主钢筋和钢管的屈服强度;Es 为弹性模量.材料类型应变类型应变值无约束混凝土峰值压应变images/BZ_312_379_687_416_723.png0.002极限压应变 0.004箍筋约束混凝土极限压应变［17］0.004+0.9ρsfyh/300钢筋、钢管屈服应变 fy/Es钢管初始强化应变 12fy/Es钢管约束混凝土极限应变按Saenz 模型［18］取11倍峰值应变用OpenSees 平台的零长度单元(zero length element)进行模拟，单元边界为一端固结，一端铰接.管外混凝土分别采用修正的Kent-Park 非约束混凝土和约束混凝土本构模型［19］，纵向钢筋和钢管采用考虑屈服后刚度的双线性本构模型，管内混凝土采用Saenz 本构模型［18］. 施加轴力的范围为20 ～130 MN，增量为2 MN，共56 级轴力.每级轴力加载时，采用逐渐增大弯矩的方式模拟样本的偏心受压全过程，根据不同损伤状态的应变(表2)确定其在M-φ 曲线上映射的位置，即可获得与应变对应的不同损伤状态的曲率值，见图2(限于篇幅，仅列出1 个样本在部分轴力作用下的M-φ 曲线;P 为施加的轴力).整个加载过程中，叠合柱受力过程可分为外围混凝土开裂前的弹性阶段、混凝土带裂缝工作的塑性阶段和之后的下降阶段或强化阶段.当纵向钢筋屈服时，屈服应变对应的位置基本上位于弹性阶段末期.当保护层混凝土达到极限压应变时，裂缝扩展已非常明显，截面需要修复以抑制裂缝的扩展.当M-φ 曲线后期有明显下降段时，外围箍筋约束混凝土极限应变对应的位置基本上位于曲线最高点，说明箍筋约束混凝土破坏后，截面刚度开始明显下降，截面承载能力降低，实际结构已很难修复.可见，钢管混凝土叠合柱的破坏过程既有钢筋混凝土的破坏特征，也有钢管混凝土的破坏特征. 在外围箍筋约束混凝土破坏前，叠合柱的破坏特征以钢筋混凝土为主;箍筋约束混凝土破坏后，破坏特征主要以钢管混凝土为主，截面延性主要由钢管混凝土提供.图2 不同损伤状态曲率的位置Fig.2 Curvature location vs. damage state4 叠合柱损伤极限状态及其量化根据叠合柱截面偏心受压数值模拟的破坏过程，将叠合柱划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全损伤4 种损伤极限状态.轻微损伤定义为弹性与非弹性状态的界限，以纵向主筋首次屈服或保护层混凝土达到峰值压应变时的曲率作为性能指标，记为φ1;中等损伤定义为结构需要修复与不需要修复的界限，以保护层混凝土达到极限压应变时的曲率作为性能指标，记为φ2;严重损伤定义为结构可以修复与不可以修复的界限，以箍筋混凝土达到极限压应变时的曲率作为性能指标，记为φ3;完全损伤定义为结构倒塌与不倒塌的界限，以钢管达到初始强化应变时的曲率作为性能指标，记为φ4.不同损伤极限状态的定义见表3.因此，根据损伤极限状态、应变与曲率三者之间的对应关系，即可获得每种损伤极限状态的曲率值，实现以曲率为性能指标的损伤极限状态量化.表3 叠合柱截面损伤极限状态Tab.3 Damage limit states of section of CFST composite column注:εs 和εg 分别为钢筋和钢管应变;εy 为钢筋屈服应变;εc 为混凝土压应变;εc0、εc1和εc2分别为混凝土保护层峰值压应变、极限压应变和箍筋约束混凝土极限压应变;εst为钢管初始强化应变;截面材料不同损伤状态的应变取值见表2.极限状态功能界限曲率状态曲率值轻微损伤弹性与非弹性εs =εy 或εc =εc0时对应的曲率状态φ 1中等损伤需要修复与不需要修复εc =εc1时对应的曲率状态φ2严重损伤可以修复与不可以修复εc =εc2时对应的曲率状态φ3完全损伤倒塌与不倒塌εg =εst时对应的曲率状态φ 45 概率抗震能力模型获得50 个截面样本在不同轴力作用下4 种损伤极限状态的曲率量化指标φ1、φ2、φ3 和φ4 后，绘制曲率指标的频数直方图，其形状与对数正态分布函数形状接近.将不同轴力下的曲率指标在显著性水平α=0.05 下进行χ2 拟合优度检验，(部分)结果见表4(检验统计量χ2 大于临界值χ2(k -1)时(k-1 为χ2 分布的样本自由度)，拒绝对数正态分布假设，反之，则接受对数正态分布假设).表4 曲率指标的χ2 拟合优度检验Tab.4 Goodness of fit test of curvature indicators轴力/MN φ 1 φ 2 φ 3 φ 4 χ2 χ2(k-1)χ2 χ2(k-1)χ2 χ2(k-1)χ2 χ2(k-1)815 60 4.545 9.488 2.948 7.815 0.916 9.488 0.029 7.815 100 1.867 9.4882.921 9.488 2.302 9.488 0.030 7.815 130 9.831 9.488 2.505 9.488 1.4817.815 0.030 7.815 20 2.056 9.488 6.458 9.488 4.208 7.815 0.029 7.检验结果表明，除轴力P =130 MN 时曲率指标φ1 拒绝对数正态分布假设外，其余轴力下曲率指标均接受对数正态分布假设. 因此，可以认为不同轴力下4 个性能指标均服从对数正态分布，即式中:φi 为曲率指标;μi 为曲率指标的对数均值;σi 为曲率指标的对数标准差.图3 φ1 的对数回归曲线Fig.3 Logarithmic regression curves of curvature φ1将ln P 作为横坐标，ln φ 作为纵坐标，可以得到一系列数据，将每列数据的均值和标准差进行回归分析，可以建立钢管混凝土叠合柱截面的概率抗震能力模型.在概率抗震能力模型中，曲率指标的对数均值、对数标准差与轴力对数的关系均采用三次多项式回归，表达式分别为:图3 ～图6 为曲率指标对数均值和对数标准差的回归曲线，回归系数见表5.图4 φ2 的对数回归曲线Fig.4 Logarithmic regression curves of curvature φ2图5 φ3 的对数回归曲线Fig.5 Logarithmic regression curves of curvature φ3图6 φ4 的对数回归曲线Fig.6 Logarithmic regression curves of curvature φ4表5 曲率指标对数均值和对数标准差的回归系数Tab.5 Regression coefficientsof logarithm mean value and standard deviation of curvature系数φ1 φ2φ3 φ 4 011 95 B 4.858 53 2.948 07 0.275 71 0.491 38 C -77.932 36 -50.359 29 -3.249 25 -6.720 81 D 408.426 62 283.437 57 7.577 76 28.105 69 a 0.075 48 0.021 76 0.002 03 0.000 01 b -3.929 52 -1.143 01 -0.106 28 -0.000 55 c 68.153 08 20.015 29 1.859 54 0.009 63 d -393.751 97 -116.782 85 -10.829 23 0.A -0.100 52 -0.057 90 -0.007 41 -0.013 026 结论通过对钢管混凝土叠合柱高墩进行概率抗震能力分析，得到以下结论:(1)钢管混凝土叠合柱的破坏过程既有钢筋混凝土的特征，也有钢管混凝土的特征，2 种特征以外围箍筋约束混凝土破坏作为分界，截面延性主要由钢管混凝土提供. (2)不同轴力作用下叠合柱截面在轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全损伤4 种损伤极限状态下的曲率性能指标均服从对数正态分布.(3)4 种损伤极限状态下曲率指标的对数均值基本上随轴力增大而减小，实际应用时应将最大轴力组合作为模型的输入轴力.参考文献:【相关文献】［1］王建民，朱晞. 圆截面RC 桥墩曲率极限状态和延性的概率分析［J］. 土木工程学报，2006，39(12):88-94.WANG Jianmin，ZHU Xi. Probability analysis of the curvature limit state andductility of circular RC bridge piers［J］. China Civil Engineering Journal，2006，39(12):88-94.［2］邹中权. 桥梁结构抗震性能概率性分析方法研究［D］. 长沙:中南大学土木工程学院，2010. ［3］ KAZANTZI A K，VAMVATSIKOS D，LIGNOS D G.Seismic performance of a steel moment-resisting frame subject to strength and ductility uncertainty［J］.Engineering Structures，2014，78:69-77.［4］ PARISI F， AUGENTI N. Uncertainty in seismic capacity of masonry buildings［J］. Buildings，2012，2(3):218-230.［5］范立础，卓卫东. 桥梁延性抗震设计［M］. 北京:人民交通出版社，2001:85，113-117. ［6］张国军，刘伯权，李应斌，等. 抗震结构破坏准则的研究进展［J］. 四川建筑科学，2002，28(3):68-71.ZHANG Guojun，LIU Boquan，LI Yingbin，et al.Research progress of damage criteria of earthquake resistant structures［J］. 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钢管混凝土叠合格构柱高墩性能试验及非线性分析
随着我国高速公路建设的蓬勃发展,桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。
在山岭重丘区高等级公路跨越深沟峡谷时经常会出现高桥墩的情况。
随着
桥梁跨径的不断增大,桥墩高耸化,结构的整体和局部刚度下降,过高的桥墩带来较强的非线性效应,对桥梁的抗震性能造成不利影响。
在建的雅泸高速公路穿越高山峡谷众多的地震高烈度区,地质、地貌极为复杂。
在综合考虑各种因素之后,设计人员提出了一种新型叠合格构柱高墩。
这种结构形式融合了钢管混凝土格
构柱和钢管混凝土叠合柱两种结构的特点,在国内是首次采用,目前还没有设计
规程和工程经验可以参考、借鉴。
论文对钢管混凝土叠合格构柱高墩在正常使
用极限状态下的结构行为和最大悬臂状态施工阶段的几何非线性效应进行了较
为系统的研究,主要工作及成果包括以下几个方面：1)本文对国内钢管混凝土格构柱在单层工业厂房、设备构架和桥梁结构中的应用进行了总结；介绍了钢管
混凝土格构柱和钢管混凝土叠合柱的研究现状和研究成果。
2)以在建的雅泸路
黑石沟特大桥3号主墩为研究对象,对其开展了正常使用极限状态下的模型荷载试验。
考察钢管混凝土叠合格构柱高墩的结构行为,钢管对核心混凝土的套箍效应,二者共同工作情况,柱肢与腹板之间荷载的传递情况以及横隔板的工作情
况。
3)基于大型有限元程序ANSYS对黑石沟大桥3号主墩建立了数值计算模型,将试验结果与理论计算值进行对比分析,验证并完善了试验结果,进一步深入的
研究了钢管混凝土格构柱高墩的结构行为,为今后类似桥梁的设计计算工作奠定基础。
4)介绍了几何非线性理论和建立、求解几何非线性平衡方程的方法。
简
述了大跨连续刚构桥梁几何非线性的大位移效应和P-△效应的影响因素及处理
方法。
5)结合黑石沟大桥3号主墩和腊八斤大桥10号主墩,借助有限元程序ANSYS,讨论了不同墩高、结构几何属性和横向联系对最大悬臂施工阶段几何非
线性效应的影响,为工程实际提供参考。
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