一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法技术

一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法，以准确模拟桥梁用钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度，从而准确计算模拟结构内力和变形，为该类型结构设计提供理论依据，满足实际工程需要。该方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法


[0001]本专利技术涉及建筑工程技术，特别涉及一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法。

技术介绍

[0002]钢管混凝土拱桥属于钢管与混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。
[0003]目前，国内文献和规范均仅对钢管混凝土结构的刚度进行了介绍，如下所示：
[0004]一、国标《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923
‑
2013)中对钢管混凝土拱结构抗弯刚度计算公式为：
[0005](EI)
SC
＝E
S
I
S1
+0.6E
C
I
C1
ꢀꢀꢀ
(式1)
[0006]二、论文《铁路桥梁钢管混凝土结构基本设计参数研究》(徐升桥..铁道标准设计2011(03):52
‑
55.DOI:10.13238/j.issn.1004
‑
2954.2011.03.017.)中对钢管混凝土拱结构抗弯刚度计算公式为：
[0007]EI＝E
S
I
S
+0.5η
I
E
C
I
C
ꢀꢀꢀ
(式2)
[0008]其中η
I
与钢管及混凝土材质有关，取值范围为0.23～0.96，详见该论文。
[0009]钢管钢纤维混凝土结构的力学性能与钢管混凝土拱结构有所不同，其钢纤维混凝土的抗拉性能比普通混凝土的抗拉性能好得多，钢纤维混凝土的弹性模量也不同于普通混凝土，若还采用普通的钢管混凝土结构的抗弯刚度计算方法，将无法体现钢纤维混凝土结构的力学性能优势，无法精确模拟结构的变形，使得设计误差变大，造成工程结构的浪费，甚至影响结构的安全。另外，钢管混凝土结构通常是偏心受压构件，即除了承受轴向压力的同时，也承担了弯矩。假设该弯矩从零开始慢慢增大，钢管内混凝土从全截面受压过渡到轻微受拉，最后演变为严重受拉(导致开裂)三种受力状态。传统普通钢管混凝土结构的抗弯刚度计算方法无法模拟管内混凝土在全截面受压、轻微受拉和严重受拉三种状态下钢管混凝土抗弯刚度的变化，对于受拉性能优于普通混凝土的钢纤维混凝土，若不加以区别计算，将使得结构计算误差更为明显。如果全部按严重受拉计算，将造成工程浪费，或者全部按全截面受压计算，又会导致结构不安全。进一步分析可知，目前国内文献和规范中仅针对普通钢管混凝土结构按严重受拉来确定其刚度计算方法。
[0010]因此，该领域存在技术不足，迫切需要提出一种能体现钢管钢纤维混凝土力学性能的抗弯刚度计算方法，为工程设计提供理论依据。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度
的计算方法，以准确模拟桥梁用钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度，从而准确计算模拟结构内力和变形，为该类型结构设计提供理论依据，满足实际工程需要。
[0012]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0013]本专利技术一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法，包括如下步骤：
[0014]①
通过钢纤维混凝土试件试验，得到钢纤维掺入体积百分比为α的钢纤维混凝土压缩弹性模量E
CF
，其中α为钢纤维混凝土所掺入的钢纤维体积所占的百分比；
[0015]②
通过以下公式确定钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度(EI)
CF
：
[0016](EI)
CF
＝E
S
I
S
+β(E
C
+E
X
·
α
μ
)I
C
[0017]式中，E
S
、E
X
分别为钢管材料和钢纤维材料的弹性模量，通过相关标准查得；E
C
为未掺入钢纤维的同种配合比混凝土弹性模量，有试验数据时可取试验数据，无试验数据取同等级强度的混凝土弹性模量；I
S
、I
C
分别为钢管截面惯性矩、钢纤维混凝土截面惯性矩，通过数学公式计算得到；μ为钢纤维影响因子；β为管内钢纤维混凝土受拉影响系数；
[0018]其中，钢纤维影响因子μ利用公式E
C
+E
X
·
α
μ
＝E
CF
，通过步骤
①
弹性模量试验得到的钢纤维混凝土压缩弹性模量E
CF
反算得到，试验数据表明，在α小于2％时，μ取值范围为1.02～1.05，当无试验数据时，据经验取1.035；
[0019]其中，钢管内钢纤维混凝土受拉影响系数β按如下方法确定：
[0020]当即钢管内钢纤维混凝土混凝土轻微受拉或全截面受压时，取β＝1.0；
[0021]当时，钢管钢纤维混凝土存在较严重受拉时，取
[0022]当时，钢管钢纤维混凝土严重受拉时，取β＝0.5。
[0023]式中，σ
tk
为钢纤维混凝土极限抗拉强度，σ
t
为钢纤维混凝土的计算名义拉应力。
[0024]本专利技术的有益效果是，在本专利技术的计算方法中，其组成部分“E
C
+E
X
·
α
μ”可体现不同钢纤维掺量对钢管钢纤维混凝土刚度的贡献，而钢管内钢纤维混凝土受拉影响系数β可区分管内钢纤维混凝土受拉、压程度导致结构刚度的变化。和传统钢管混凝土刚度计算方法相比，该方法能充分利用管内钢纤维混凝土力学性能优势，更接近真实的模拟钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度，避免了传统钢管混凝土刚度计算方法不能区分管内混凝土受拉严重程度导致刚度变化的缺点，使用该方法计算出的结构内力和变形更加真实准确，从而保证安全，节省工程造价，是一种值得推广的钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法。
具体实施方式
[0025]下面实施例对本专利技术进一步说明。
[0026]本专利技术一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法，包括如下步骤：
[0027]①
通过钢纤维混凝土试件试验，得到钢纤维掺入体积百分比为α的钢纤维混凝土压缩弹性模量E
CF
，其中α为钢纤维混凝土所掺入的钢纤维体积所占的百分比。为便于钢纤维均匀分散在混凝土中，充分发挥钢纤维作用，α一般不宜超过2％；
[0028]②
通过以下公式确定钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度(EI)
CF...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法，包括如下步骤：
①
通过钢纤维混凝土试件试验，得到钢纤维掺入体积百分比为α的钢纤维混凝土压缩弹性模量E
CF
，其中α为钢纤维混凝土所掺入的钢纤维体积所占的百分比；
②
通过以下公式确定钢管钢纤维混凝土结构的抗弯刚度(EI)
CF
：(EI)
CF
＝E
S
I
S
+β(E
C
+E
X
·
α
μ
)I
C
式中，E
S
、E
X
分别为钢管材料和钢纤维材料的弹性模量，通过相关标准查得；E
C
为未掺入钢纤维的同种配合比混凝土弹性模量，有试验数据时可取试验数据，无试验数据取同等级强度的混凝土弹性模量；I
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，张志勇，陈克坚，戴胜勇，刘忠平，李恒，韦远征，罗伟元，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：