钢管混凝土结构具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好以及施工方便等优点,能够用于现代工程结构中,以满足结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需求,符合工业化施工技术要求,因而已被较广泛地应用于现代建筑与桥梁中[1]。对于水平跨越的钢管混凝土构件,如钢管混凝土拱、桁架等结构,其施工时通常首先架设空钢管,然后采用“泵送顶升”的方式浇灌核心混凝土,因此浇灌过程中混凝土易在截面顶部出现残留空气,结合后期混凝土的沉降从而产生了“球冠形脱空缺陷”,如图1所示,图中ds为脱空值。脱空缺陷的存在会对钢管混凝土产生不利影响,从而使结构可能存在安全隐患。由于脱空缺陷的成因具有一定客观性,在施工技术层面上尚无法完全避免,而对其检测又有一定难度,因此有必要从设计方法上加以考虑。

  

图1　带球冠形脱空缺陷构件示意图Fig.1　Schematic diagram of CFST with spherical-cap gap

事实上,近年来国内外学者也开始关注脱空缺陷对钢管混凝土构件的力学性能的影响。LIAO等[2-3]以脱空率和脱空类型为主要参数进行了14根钢管混凝土构件轴心受压试验研究,通过试验结果分析了脱空率对钢管混凝土承载力的影响,并在试验研究和理论分析的基础上提出了环向脱空的脱空率限值为0.05% (对于环向脱空,脱空率χ=2dc/D;对于球冠形脱空,脱空率χ=ds/D) 和带球冠形脱空钢管混凝土构件的承载力计算简化公式。XUE等[4]进行了24根带脱空缺陷的钢管混凝土偏压试验,并以脱空弧长、脱空厚度以及约束效应系数为参数进行参数分析,提出了带脱空缺陷的钢管混凝土承载力简化计算模型。叶勇等[5]利用数值分析模型以脱空率、剪跨比、截面含钢率、钢材强度以及混凝土强度为参数进行了对比分析,提出了钢管混凝土受剪构件的脱空率限值为0.06%和不同脱空率的圆钢管混凝土构件抗剪承载力实用计算方法。HAN等[6]完成了14根带脱空缺陷的钢管混凝土偏压构件的试验研究,并通过有限元法对脱空缺陷的影响机理进行了分析,提出了考虑脱空影响的钢管混凝土压弯承载力简化计算公式。在脱空对钢管混凝土抗弯性能的影响方面,LIAO等[2]完成了7根带缺陷的钢管混凝土构件的抗弯试验。结果表明,球冠形脱空缺陷会使构件的抗弯承载力降低并随脱空率的增大影响更加明显。因此,以往的研究集中于脱空缺陷对轴压、偏压以及受剪构件的影响,而脱空缺陷对不同工况下的钢管混凝土构件影响机理也不尽相同,因而目前脱空缺陷对钢管混凝土抗弯性能的影响机理尚未可知,尤其是未见考虑缺陷影响的钢管混凝土抗弯承载力实用计算方法,无法为工程实践提供参考和依据。

如图2所示为某核电站仿真模拟器的操作员界面， 操作员界面分为页眉区和运行操作界面区，报警颜色分为绿色、橙色、红色。报警显示状态为：页眉区的“ALARM”高亮红色显示，报警面板的按钮开始闪烁。点击“Acknowledge” 按钮后:报警按钮由绿色区回到正常状态，闪烁状态结束。

因此,本文建立了带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件的有限元模型,在验证了模型准确性的基础上,通过对比有无脱空构件钢管与混凝土的应力发展和破坏模态以及接触应力明晰了脱空缺陷对钢管混凝土受弯构件的影响机理,并深入研究了不同脱空率下的钢材强度、混凝土强度、含钢率等参数对其抗弯性能的影响,提出了带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土构件抗弯承载力简化计算公式可为实际钢管混凝土工程的设计、质量控制以及验收提供参考和依据。

1　有限元模型建立

1.1　材料模型

本文有限元模型中钢材采用等向强化塑性模型,满足Von Mises屈服准则,钢材的应力-应变关系采用二次塑流模型[1]。

因混凝土在受弯过程中受到外钢管的约束,混凝土单轴受压的应力-应变关系模型采用韩林海[1]提供的模型,根据LIAO等[3]的研究,采用约束混凝土模型能更好地描述带球冠形脱空的钢管混凝土构件核心混凝土的受荷性能。其塑性性能主要取决于“约束效应系数ξ (ξ=Asfy/(Acfck),As和Ac分别为钢管和混凝土的横截面面积;fy为钢管屈服强度;fck为混凝土轴心抗压强度标准值) ”。其表达式为:

 

(1)

基于图13参数分析结果,可知带球冠形脱缺陷的钢管混凝土抗弯承载力折减主要与脱空率和含钢率有关。LIAO等[2-3]、叶勇等[5]以及HAN等[6]研究表明:带脱空缺陷的钢管混凝土轴压、偏压、受剪构件的承载力折减系数与脱空率基本符合线性关系,和本文带缺陷的钢管混凝土抗弯承载力与折减系数的关系总体上一致。因此在分析了图14承载力系数与含钢率的关系曲线的基础上,提出承载力折减系数k的计算公式为:

因为我想把你走过的路，都走一遍，因为我不确定，你到底在想什么。程颐这次，紧紧盯着她的眼睛。满眼都是深情和期待。

采用应力-断裂能关系定义混凝土的受拉软化性能[1]。断裂能Gf (每单位面积内产生一条连续裂缝所需的能量值) 的取值参考文献[7],对于C20混凝土,Gf取为0.04 N·mm-1;对于C40混凝土,Gf取为0.12 N·mm-1,中间插值计算。采用沈聚敏等[8]提供的混凝土抗拉强度计算公式,开裂应力σt0近似按下式确定:

 

(2)

1.2　接触模型

钢管采用四节点完全积分格式的壳单元S4,壳单元厚度方向采用9点Simpson积分以满足一定的计算精度。核心混凝土和端板采用八节点缩减积分格式的三维实体单元C3D8R。模型中考虑了钢管与混凝土之间的相对滑移,以“表面对表面接触”定义两者的相互作用,法向行为采用“硬接触”,切向行为定义为“罚摩擦”,摩擦系数设为0.6[9]。钢管与端板之间的相互作用设为“绑定”。模型加载方式如图2a)所示,在构件的两个四分点处施加同步位移荷载,加载点位于脱空侧,图中L0为两铰接点之间构件的净长。网格划分如图2b)所示。

2　有限元模型验证

为了验证本文有限元模型的正确性,有限元计算结果与LIAO等[2]完成的带脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件试验结果进行了对比,其中弯矩M-跨中挠度um曲线的比较如图3所示。构件参数为:钢管外径D=180 mm,构件长度L0=800 mm,混凝土立方体抗压强度fcu=64.1 MPa,钢材屈服强度fy=345 MPa,钢管壁厚t=3.8 mm,脱空率χ取值在0～6.6%之间。由图可知,计算结果和试验结果总体上吻合较好,验证了本文有限元模型的可靠性。图4给出了无脱空构件和带球冠形脱空构件的计算与试验破坏模态对比。对于无脱空构件,混凝土的存在延缓了钢管过早产生局部屈曲变形,使得钢管的性能得到充分发挥;对于带球冠形脱空构件,构件受压时脱空侧的钢管较早发生局部屈曲,有向内凹陷现象发生,非脱空侧的破坏模态与无脱空构件相似。

  

图2　有限元模型Fig.2　FE model

  

图3　弯矩M-跨中挠度um关系曲线的计算值与试验结果对比Fig.3　Comparison of the bending moment M versus mid-span deflection um curves between predicted result and test result

3　工作机理分析

上述分析结果表明,球冠形脱空缺陷的存在会削弱钢管对核心混凝土的约束作用,因此本文的参数分析选取了和约束效应系数ξ有关的参数进行分析,ξ=Asfy/(Acfck)=afy/fck。构件参数为:外径D=180 mm,长度L0=1 800 mm,脱空率χ取值在0～6%之间,含钢率a(a=As/Ac)取值在0.05～0.2之间,钢材强度fy取值在235～500 MPa之间,混凝土立方体抗压强度fcu取值在30～90 MPa之间。参数分析的约束效应系数范围为0.387～1.722。同时引入脱空构件的承载力系数Si为:

图5所示为带球冠形脱空构件和无脱空构件弯矩M-跨中挠度um曲线对比。可以看出,两构件的弯矩-跨中挠度曲线的弹性段基本重合,表明球冠形脱空对构件的抗弯刚度的影响较小,且两构件达到极限弯矩时跨中位移相近 (如图中所示),但带球冠形脱空构件的极限弯矩值较无脱空构件降低了约5.6%。

  

图4　破坏模态的试验与计算对比Fig.4　Comparison of the failure modes between predicted result and test result

可以看出,在相同脱空率的情况下,随着含钢率的增大脱空缺陷对构件的抗弯承载力影响有减小的趋势。这是由于脱空缺陷对构件混凝土的影响程度比钢管更加显著,而含钢率的增大意味着混凝土占构件截面比例的减小,由此脱空对构件整体抗弯承载力的影响相应更小。

图6所示为带球冠形脱空构件和无脱空构件达到极限弯矩Mu时中截面混凝土纵向应力对比。可以看出,当达到极限荷载时,带球冠形脱空构件的中和轴较无脱空构件相比更靠近受压区,表明球冠形脱空会使构件的受拉区面积增大 (即混凝土开裂面积增大) 。图7所示为带球冠形脱空构件和无脱空构件达到极限弯矩时混凝土裂缝形态对比。可以看出,带球冠形脱空构件的核心混凝土受拉区开裂现象较无脱空构件更为严重,开裂区域分布范围更大。

  

图5　有无脱空构件的弯矩M-跨中挠度um曲线对比Fig.5　Comparison of M-um curves of members with or without gap

  

图6　达到极限弯矩Mu时中截面混凝土纵向应力对比(单位:MPa)Fig.6　Longitudinal stress comparison of cross-section concrete at ultimate bending moment Mu(Unit:MPa)

  

图7　达到极限弯矩Mu时混凝土开裂模式对比Fig.7　Cracking pattern comparison of core concrete at ultimate bending moment Mu

图8所示为带球冠形脱空和无脱空构件达到极限弯矩Mu时钢管纵向应力对比。可以看出,带球冠形脱空构件钢管受拉区应力差异较小,中和轴位置与无脱空构件相比有轻微变化 (更靠近受压区一些) 。另外,带脱空缺陷构件钢管的受压区 (脱空侧) 边缘处的压应力较无脱空构件大。该现象由于脱空缺陷的存在使混凝土分担的应力减小,因此导致钢管承担的应力有所增大,可能导致钢管更早发生屈曲,因而减小了钢管的抗弯模量,降低了构件的抗弯承载力。

  

图8　达到极限弯矩Mu时钢管纵向应力对比(单位:MPa)Fig.8　Longitudinal stress comparison of steel tube at ultimate bending moment Mu (Unit:MPa)

图9所示为带球冠形脱空和无脱空构件达到极限弯矩时跨中截面各特征点处的接触应力对比,分别选取了受压区、中截面、受拉区的混凝土各一点作为特征点。可以看出,带球冠形脱空构件各特征点处的接触应力均比无脱空对应位置的小,且降幅明显,表明带球冠形脱空构件降低了钢管对混凝土的约束效应。此外,脱空处 (1点) 的钢管与混凝土始终未发生接触。

  

图9　达到极限弯矩Mu时中截面接触应力对比Fig.9　Contact stress comparison of mid-section at ultimate bending moment Mu

综上所述,球冠形脱空对构件的抗弯性能的影响机理在于:一方面脱空使构件截面的中和轴向受压区移动,受拉区面积增大,导致混凝土受拉开裂现象更为严重;另一方面,脱空的存在减小了混凝土受压面积,降低了压区混凝土对构件截面抗弯模量的贡献,也削弱了压区钢管对混凝土的约束作用,同时还增大了受压区钢管的压应力,使得钢管更早地发生局部屈曲,因此也降低了钢管的抗弯模量,从而使构件的整体抗弯极限承载力有所下降。

4　参数分析

为了更好地了解纯弯荷载作用下带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土构件的工作机理,选取典型算例对带球冠形脱空构件的工作机理进行分析。典型算例参数:外径D=180 mm,长度L0=1 800 mm,钢管壁厚t=4 mm,球冠形脱空算例脱空率分别为0和5%,混凝土立方体抗压强度fcu=60 MPa,钢材强度fy=345 MPa。

 

(3)

式中:Mu,gap为带球冠形脱空构件的极限弯矩;Mu,no gap为相应的无脱空构件的极限弯矩。

闫宇（1990-），女，山西长治人，山西师范大学地理科学学院，2016级硕士研究生，研究方向：旅游规划与开发。

4.1　钢材强度

图12给出了不同脱空率下含钢率分别为0.05、0.10、0.15和0.20的带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件承载力系数对比。

急性化脓性中耳炎是由于感染细菌所引起，因此在治疗方面以抗感染为主，既可选择口服或静脉输注等方式以全身给药，亦可采用外用滴耳法局部给药。本研究即采用盐酸洛美沙星滴耳液进行局部治疗，并与氧氟沙星滴耳液进行效果比较。氧氟沙星属于喹诺酮类抗生素，其可抑制局部细菌繁殖，快速清除致病菌。

可以看出,随着脱空率的增大,承载力系数逐渐减小,基本呈线性关系,但在相同脱空率下,在本节分析的约束效应系数范围内(图中的约束效应系数分别为0.546、0.801、0.905、1.161),不同的钢材强度对构件的承载力系数影响较小,表明钢材强度在一定范围内对带脱空的钢管混凝土受弯构件的承载力的影响基本相同,在此范围内考虑脱空影响的承载力降低幅度只与脱空率有关。

  

图10　钢材强度对承载力系数的影响Fig.10　Effect of fy on Si

4.2　混凝土强度

图11所示为不同脱空率下混凝土强度分别为30 MPa、60 MPa和90 MPa的带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件承载力系数对比。

可以看出,随着脱空率的增大,承载力系数Si近似呈线性降低,而在相同脱空率下,不同的混凝土强度对构件的承载力系数影响较小。

4.3　含钢率

图10所示为不同脱空率下钢材强度分别为235 MPa、345 MPa、390 MPa和500 MPa的带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件承载力系数Si对比。

鼻内镜手术后，术后护理主要包括填塞护理、健康教育、饮食护理、出院指导。患者鼻腔烧灼创面敷以涂好金霉素眼膏的明胶海绵，嘱咐患者明胶海绵可以保护创面，防止鼻腔粘连。明胶海绵可以自行吸收，患者无需将其取出。告知患者出院后需要规律服药，控制血压，根据心内科医生的建议积极治疗高血压，预防并发症。保持良好心情，避免心情波幅太大[5]。健康合理饮食，建议低脂低盐饮食，富含维生素及纤维素清淡易消化的软食。保持大便通畅，避免用力排便而引起再次出血。戒烟戒酒，不剧烈运动，注意休息[6]。由于老年患者记忆力较差，我们制作了鼻出血出院指导手册，增强患者的依从性，提高手术疗效。

（3）非机动车左转受影响，部门非机动车会在该路口与下一个路口之间选择“操近路”逆行，存在安全隐患，特别是上下班高峰时间段，该区域非机动车流较大。

  

图11　混凝土强度对承载力系数的影响Fig.11　Effect of fcu on Si

  

图12　含钢率对承载力系数的影响Fig.12　Effect of a on Si

基于以上分析,本文引入承载力折减系数k用于带球冠形脱空的钢管混凝土受弯构件极限承载力计算公式,其表达式为:

  

图13　约束效应系数对承载力系数的影响Fig.13　Effect of ξ on Si

5　极限承载力计算折减公式

基于以上分析,图13给出了不同脱空率下带脱空的钢管混凝土受弯构件的承载力系数与约束效应系数的关系曲线。可以看出,线性关系可分为3段,约束效应系数在0.513～1.161范围内时 (改变的分析参数为钢材强度和混凝土强度),相同脱空率情况下,随着约束效应系数的增大,构件的承载力系数Si基本保持不变。在此范围之外(改变的参量为含钢率),随着约束效应系数增大,构件的承载力系数亦增大。因此可知,改变钢材强度与混凝土强度对承载力系数Si影响较小,而改变含钢率对承载力系数的影响较为显著;并且随着含钢率的增大,脱空对构件的抗弯承载力影响有降低的趋势。

新型换热式铝电解槽的结构设计技术主要以挪威海德鲁公司(Norsk Hydro A.S)和法国彼施涅公司(Pechiney)的技术为代表[3,5] (图3、图4)。海德鲁公司在电解槽钢壳内侧直接采用碳化硅成型冷却装置，用于回收电解槽侧部散失的热量；彼施涅公司是在槽壳外部安置一定数量的多孔性材料层，在多孔性材料层中通入空气、金属蒸汽等，以此为介质回收电解槽侧部散失的热量。

Mu，gap=kMu，no gap

(4)

式中:Mu，gap为带球冠形脱空构件极限弯矩计算值;k为承载力折减系数;Mu，no gap为相应无脱空构件极限弯矩计算值。

式中:(单位:MPa),为圆柱体抗压强度;η=2;β0=0.5×(2.36×10-5)[0.25+(ξ-0.5)7]()0.5≥0.12。

k=1-f(a)χ≤1

(5)

f(a)=1.77-5.44a

(6)

式中:χ为脱空率;a为含钢率。

采用式(5)和式(6)对LIAO等[2]所做的试验构件以及本文有限元计算结果进行预测,如图15所示,得到kformula/kFE的平均值为0.998 0,方差为0.002 0,kformula/ktest的平均值为1.012 0,方差为0.000 1。kformula为式(5)计算得出的折减系数,kFE/test为有限元模型计算或试验实测的带脱空构件的极限弯矩和无脱空构件的极限弯矩比值。表明本文提供的简化计算公式具有良好的预测精度。

8月份以来，我国部分省份发生非洲猪瘟疫情，各地畜牧兽医部门全力做好防控工作，强化关键措施落实，已发生的疫情均得到有效处置。但在疫情防控工作中，也存在个别畜牧兽医工作人员不依法履职甚至严重失职、渎职的现象，造成疫情处置不及时、跨区域传播等严重后果。为进一步严明纪律，切实做好非洲猪瘟疫情防控工作，日前，农业农村部制定了《非洲猪瘟疫情防控八条禁令》（以下简称“八条禁令”）。

  

图14　承载力系数与含钢率关系曲线Fig.14　Si-α relation curves

  

图15　公式计算结果和实测有限元计算结果的比较Fig.15　Comparison of the results by simplified model with the test and FEA ones

6　结论

通过本文的研究可得到以下主要结论:

(1) 在合理考虑了材料本构模型、接触模型以及材料和几何非线性的基础上,本文建立了带球冠形脱空的钢管混凝土受弯构件的有限元模型,计算结果与试验结果总体吻合良好。

取出冰柜冻存的待试验菌株，分别接种于相应培养基中，置于恒温箱37℃培养48 h；其中大肠埃希和金黄色葡萄球菌接种于牛肉蛋白胨培养基，停乳链球菌和无乳链球菌接种于THB培养基；取出培养物，选取典型菌落转种3代备用。保证菌液的浓度在1×106～6×106 cfu/mL。

(2) 球冠形脱空的存在一方面使构件截面的中和轴向受压区移动,增大了受拉区面积,导致混凝土开裂现象更为严重;另一方面也减小了混凝土受压面积,降低了压区混凝土对构件截面抗弯模量的贡献,并使钢管更早地发生局部屈曲,降低了钢管的抗弯模量,从而使构件的整体抗弯极限承载力有所下降。

(3) 带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件极限弯矩的受钢材强度和混凝土强度影响较小,而随着含钢率的增大,球冠形脱空对钢管混凝土构件抗弯承载力的削弱程度有降低的趋势。

(4) 在参数分析结果的基础上，本文提供了考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土受弯构件的极限承载力实用计算方法,可为实际工程设计提供参考,也为相关规范的制定和修订提供了依据。

另外，版权产业逐渐成为中国经济发展的新引擎。《2016年中国版权产业经济贡献》的调研结果显示，2016年中国版权产业的行业增加值为54551.46亿元人民币，版权产业实现了产值增长和结构优化。同时，《中国网络版权产业发展报告（2018）》显示，2017年中国网络版权产业的市场规模达6365亿元，但现阶段，数字报纸版权保护依然面临障碍。2017年，仅《新京报》一家发布的反侵权公告就有13条，全年通过反侵权公告等进行版权维护的媒体至少有15家。为了维护报业健康有序发展，2017年6月，首届中国报业版权大会通过了《中国报业版权自律宣言》。

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