摘要: 外包钢板、内填混凝土的钢管混凝土型高性能钢-混凝土组合桥塔内部设置隔板将其分割成多个格室并设置PBL剪力连接件，在轴心受压情况下，受力较为复杂。本文依托国家重点研发计划项目（2016YFC0701202）：“城市桥梁、停车设施钢结构体系及工程示范”和... 展开 外包钢板、内填混凝土的钢管混凝土型高性能钢-混凝土组合桥塔内部设置隔板将其分割成多个格室并设置PBL剪力连接件，在轴心受压情况下，受力较为复杂。本文依托国家重点研发计划项目（2016YFC0701202）：“城市桥梁、停车设施钢结构体系及工程示范”和中国交通建设股份有限公司科技研发项目（2014-ZJKJ-PTJC03）：“高性能钢-混凝土组合桥塔关键技术研究”，为了研究单、多格室组合桥塔轴心受压极限承载力之间的关系，选取相同尺寸格室组成等格室单、双、三格室 I 形、三格室 L形的模型，采用数值分析方法研究单、多格室试件钢材对混凝土的约束效应。具体研究工作包括以下四个部分： ①采用ABAQUS 2016有限元软件对文献[56]中单格室PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴心受压试件建模分析，计算所得极限承载力和关键点荷载-应变曲线与试验结果进行了对比，有限元计算结果与试验结果吻合较好，验证有限元模拟方法的正确性。分析了单格室试件轴心受压全过程中开孔钢板加劲肋的受力情况，提出了横向变形最不利处开孔钢板加劲肋开孔的设置方法。 ②采用经过验证的有限元建模方法，建立了设置开孔钢板加劲肋的等格室单格室、多格室钢-混凝土组合桥塔模型，以格室数量、格室尺寸、约束条件为参数，对多格室钢-混凝土组合桥塔模型在轴心受压下的极限承载力、破坏模式、变形特征、外包钢板与混凝土之间的约束作用以及格室间的约束作用进行了分析。研究结果表明：在轴心受压工况下，单格室试件外包钢板对核心混凝土的约束作用最强，随着格室数量增加，外包钢板对核心混凝土的约束作用减弱；在三格室试件中，L 形试件外包钢板对核心混凝土的约束作用更强。外包钢板的宽厚比k越大，试件的轴压刚度越大，外包钢板对核心混凝土的约束作用越弱。格室间的隔板上某一点只能向同一方向变形，不能同时起到约束两侧格室的作用，多格室的试件虽然承载力不能成倍增加，但其中间隔板仍能起到对壁板局部屈曲的缓解和对混凝土的约束作用，其承载力大于钢材与混凝土简单叠加得到的承载力。 ③以某小型多格室高性能钢-混凝土组合桥塔为例，采用经验证的有限元模拟方法进行数值计算，结果表明：该组合桥塔在轴心受压承载力作用下，峰值承载力比钢、混凝土简单叠加承载力提高了 25%，核心混凝土承载力提高系数也达到了1.94。 ④本文将有限元计算的单格室、多格室试件和多格室高性能钢-混凝土组合桥塔极限承载力结果，与相关规范进行了对比。结果表明：美国规范（ASI/AISC341-10）与欧洲规范 EC4（2004）结果相近最为保守；中国规范《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）相对保守；文献[56]提出PBL加劲型方钢管混凝土柱轴心受压承载力的计算方法，计算结果与有限元结果对比较为吻合，但出于实际工程中的安全考虑，可依据工程情况需要，结果乘以相应的安全系数。 本文的创新点为： ①以格室为单位对多格室钢-混凝土组合桥塔进行轴心受压性能的研究。 ②分析了单格室试件轴心受压全过程中开孔钢板加劲肋的受力情况，提出了横向变形最不利处开孔钢板加劲肋的设置方法。 ③以格室数量、格室尺寸、约束条件为参数，分析单格室、多格室模型轴心受压性能及格室间的约束作用。 ④讨论可应用于实际工程中多格室高性能钢-混凝土组合桥塔轴心受压承载力设计中的合理计算方法。 收起