钢管混凝土结构已广泛应用在一些大型工业厂房的角柱结构,高层建筑、地下铁路工程承受荷载的柱结构以及大型跨海大桥的桥桁架结构等实际建设工程中[1]。钢管混凝土具有钢与混凝土的组合作用,能够适应难度高、特殊极端条件及承受重载等现代建筑对土木工程材料的要求,因而在建筑和桥梁中的应用日益广泛。但在钢管混凝土工程的现场检测中已经发现钢管和混凝土之间存在着脱空缺陷,其脱空缺陷截面如图1所示。在钢管混凝土桁架梁或拱桥施工过程中,钢管内现浇的混凝土收缩沉降以及因施工缺陷而残留在管内的空气在钢管混凝土横向构件顶端产生一定的混凝土脱空区域,称为“球冠形脱空”。

针对这一现象,LIAO等[2-4]完成了带脱空缺陷的钢管混凝土构件在轴压、偏压以及纯弯荷载作用下的静力性能试验研究,发现球冠脱空缺陷使构件内混凝土分为全约束区、半约束区和无约束区,因而对钢管混凝土构件极限承载力、破坏模态和抗弯刚度等力学性能均有一定影响,经数值分析后提出了带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土轴压构件承载力计算简化公式。HAN等[5]介绍了14根带脱空缺陷的钢管混凝土偏压试件的试验研究,并采用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构件压弯承载力的简化计算公式。XUE等[6]完成了24根带脱空缺陷的钢管混凝土试件偏压试验。

在钢管混凝土构件长期荷载作用下的力学性能方面,李永进等[7-8]建立了考虑长期荷载作用影响时钢管混凝土构件核心混凝土的本构关系数值模型,对考虑长期荷载作用影响时的钢管混凝土构件的徐变进行了计算分析。但是,目前关于脱空对于钢管混凝土构件在长期荷载作用下的力学性能影响的研究仍十分少见。实际结构中的钢管混凝土在服役阶段其混凝土受到徐变的影响,脱空对构件力学性能的影响和一次加载的情况是否有区别尚不明确。因此本文完成了带脱空缺陷的钢管混凝土构件在长期荷载作用下的变形测试和承载力试验,研究结果可为钢管混凝土工程的检测和鉴定提供参考。

  

图1　脱空缺陷示意图

 

Fig.1　Schematic diagram of gap in CFST

1　试验概况

1.1　试件设计与制作

为了研究球冠形脱空缺陷对钢管混凝土构件长期荷载作用下性能的影响,进行了6根钢管混凝土试件在长期荷载作用下的力学性能试验。试验的主要参数为脱空率χ、长期荷载比n。

定义试件的脱空率、长期荷载比为:

从南通已经内化的风俗习惯意识理念，可以总结这里的人克己宽人，洒脱飘逸，无论顺境逆境都能坦然面对的心态，借助于特定形式加以弘扬。

 

(1)

 

(2)

LIAO等[2-4]的研究结果表明:在一次加载作用下,脱空率为2.2%时,缺陷对钢管混凝土构件承载力的影响在5%以内,用现有规范计算带缺陷构件的承载力仍能满足安全要求。而脱空率增大到4.4%时,一次加载下钢管混凝土构件的极限承载力下降了9%,无法满足安全要求。而从本文的试验结果来看,在脱空率为2.2%时缺陷对构件承载力的影响也在5%左右,长期荷载作用的影响并不显著。但脱空率增大到4.4%时,考虑长期荷载作用的带缺陷构件其极限承载力下降幅度为12%,脱空的影响较一次加载的情况更明显。因此,建议考虑长期荷载作用时仍取脱空率2.2%为钢管混凝土工程检测的最大缺陷限值,作为工程安全评价标准。

试验试件的截面尺寸均为:D×t=165 mm×3 mm,其中t为钢管壁厚,试件的计算长度为495 mm。除了带球冠形脱空钢管混凝土试件外,每组还进行相应的无脱空钢管混凝土对比试件的试验。试验测得屈服强度fy为268 MPa、抗拉极限强度fu为386 MPa、弹性模量Ec为1.93×105 MPa、泊松比μs和延伸率分别为0.305和33.48%。试验分为两个阶段进行,首先对长期荷载作用下的试件进行变形测试,最后对变形测试结束后的试件进行承载力试验,开始进行长期荷载试验时混凝土立方体试块抗压强度为62.5 MPa。

  

图2　试件截面

 

Fig.2　Cross-section of specimen

 

表1　试件参数

 

Tab.1　Parameters of specimens

  

试件编号试件类型脱空率χ/%试件长度L/mm长径比L/D长期荷载NL/kN长期荷载比n极限承载力Nue/kN承载力系数SiC0⁃1无脱空04953470．90．31936．81．00C0⁃2无脱空04953941．70．61956．61．00CS2⁃1脱空2．24953454．80．31813．80．95CS2⁃2脱空2．24953909．60．61823．90．95CS4⁃1脱空4．44953441．00．31695．00．88CS4⁃2脱空4．44953882．00．61712．20．88

1.2　试验装置与测试方法

某107 m跨度的钢管混凝土哑铃形拱桥,如图9所示。拱肋截面为哑铃形断面,断面高度为340 cm,上、下钢管均采用Φ140 cm钢管,内灌注C50 补偿收缩混凝土。该桥在检测鉴定中首先采用人工敲击法和超声波法确定了管内混凝土脱空的大致位置,然后采用钻孔法检测得到脱空率约为0.8%。在鉴定过程中,业主对该桥在此脱空率下是否能保证安全怀有疑虑。最终,综合本文的研究结果,以及LIAO等[2-4]所提出的脱空率限值,判定该脱空率在允许的最大限值以内,因此脱空对该拱桥承载力无显著影响,可以满足安全要求,从而节省了加固费用。

试件的长期荷载轴向变形由安置在试件两个对角的千分表进行量测,同时还在试件钢管的表面中间位置分别粘贴纵、横向应变片,以校核千分表的测量结果。千分表和应变片的布置如图3所示。

传统教学中，教师的准备行为主要是备课。教师虽然在对学生特征分析的基础上，确定了教学目标和教学内容，并选择合适的教学策略，但对教学资源的设计相对缺乏。

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图3　长期荷载作用下变形测试装置

 

Fig.3　Test set-up for long term deformation

1.3　徐变变形

本次研究的材料主要有枸杞子、车前子、西洋参、龙眼肉、藏红花、柴胡、杜仲、乳香、麝香、黄柏、硫磺、雄黄共计12种中药材，上述每种中药材都按照相同量分成两份，分成对照组与观察组。

图7所示为试件的荷载N-轴向应变ε关系曲线。试验结果表明,无脱空试件与带球冠形脱空试件的荷载N-变形ε曲线形状总体上较为接近,在到达峰值荷载前,两种类型试件的刚度大致相同,表明球冠形脱空对试件的弹性段刚度影响较小,但带球冠形脱空试件的极限承载力和峰值点位移明显低于无脱空试件,且延性较无脱空试件较差,表明球冠形脱空降低了试件的极限承载力和延性,并随着脱空率的增大,降低程度越大。其原因可能在于球冠形脱空使钢管对核心混凝土的约束作用减小,钢管和混凝土的组合优势也随之减小,并随着脱空率的增大,钢管对核心混凝土约束作用的降低越明显,试件的承载力降低也更加明显。

  

图4　试件轴向应变

 

Fig.4　Axial strain of specimens

1.4　承载力试验

试件在恒定长期荷载NL作用下的变形测试结束后(450 d),先卸掉施加长期荷载的装置,随后进行一次加载试验。试件的承载力试验在500 t液压压力机上进行,试件上端采用固接,下端连接球铰。试验加载和量测装置如图5所示。

  

图5　极限承载力试验装置

 

Fig.5　Test set-up for ultimate capacity

在每个试件钢管中部4个对称方向上各粘贴一片横、纵应变片,同时在柱端对称设置4个位移计以测量试件的纵向总变形以保证数据的准确性。试验过程的变形数据均由数据采集系统自动采集。

试验采用分级加载制度,每级加载值为预计极限荷载的1/10,当外钢管屈服并进入塑性段后,每级加载值为预计极限荷载的1/15,每级荷载的持荷时间约为1～2 min。接近破坏时采用慢速连续加载,同时记录各级荷载所对应的变形值,直至试件荷载下降至峰值荷载的50%或者出现严重破坏时卸载停止试验。

图4所示为带脱空缺陷试件和无脱空的轴向应变εtotal随时间t的变化曲线,图中轴向应变由试件角部的两块千分表所测得轴向变形的平均值除以试件长度得到。

2　试验结果与分析

2.1　破坏模态

承载力试验试件破坏模态如图6所示。无脱空试件在达到峰值荷载时其整体无明显破坏现象,当荷载值下降到约峰值荷载的85%时,试件钢管跨中区域出现鼓屈现象并随着轴向变形的增大,鼓屈现象越明显,如图6a)所示。球冠形脱空试件的破坏模态分别如图6b)～c)所示,球冠形脱空试件的破坏过程总体上和无脱空试件较为接近,在达到峰值荷载时也未有明显破坏现象,而在其承载力下降到85%时,试件脱空侧钢管沿试件长度方向出现2～3个半波形屈曲,并随着轴向变形的增大,该现象越明显。随着脱空率的增大,试件破坏时其脱空侧钢管局部内凹屈曲现象越发严重。

  

图6　试件破坏模态

 

Fig.6　Failure modes of specimens

2.2　荷载-变形关系曲线

为了便于分析带脱空缺陷钢管混凝土柱承载力的试验结果,采用定义带脱空缺陷构件的承载力系数Si为:

 

(3)

式中:Nue为经长期荷载作用后带球冠形脱空试件的极限承载力实测值;Nue,no gap为经长期荷载作用后无脱空试件的极限承载力实测值。计算结果列于表1。由表1可知,球冠形脱空缺陷降低了试件的承载力系数Si,且Si降低幅度随脱空率的增大而有所增大。长期荷载比n对试件的承载力系数Si的影响较小。

长期荷载的加载方式为对称均等变化加载,加载过程如下:首先,先将试件在加载装置内几何对中,然后依次在对称方向拧紧各钢拉杆上的螺母,同时观察设在试件对角两端的千分表和纵向应变片读数的变化以保证试件在加载过程中始终处于轴心轴压的状态,当对称加载的荷载达到控制荷载NL时,结束加载。随着试验时间的累加,长期荷载作用下的试件将产生纵向变形,螺栓会松弛,所施加的荷载会逐渐下降,为了保持试件所受荷载在长期荷载阶段是恒定的状态,需在试验过程中不断拧紧拉杆上的螺母进行补载。试验方法参照以往钢管混凝土徐变试验的方法进行[9],即在试验起初阶段,由于试件的轴向变形较大,需1～2 d进行一次补载,随着变形量的逐渐减小,补载频率也随之降低。试验两个月后,只需10 d左右补载一次。长期荷载持荷时间为450 d。

可以看出,长期荷载作用下带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土试件在纵向变形试验初期发展很快,由于脱空缺陷的影响,长期荷载作用下带球冠形脱空缺陷试件的徐变变形量较无脱空试件大。球冠形脱空试件在持荷1个月的变形量为持荷4个月变形量的80%左右,试验后期试件徐变发展趋于平缓。需要说明的是,以往对于钢管混凝土的长期荷载试验结果表明，试件在持荷3个月后其长期变形趋于平稳,基本不再增加[9],因此本文持荷450 d的长期荷载试验基本可以反映带缺陷的钢管混凝土的徐变性能。

  

图7　轴向荷载N-轴向应变ε关系曲线

 

Fig.7　Curves of axial load N-axial strain ε

图8给出了试件的极限承载力比较。可以看出,带球冠形脱空试件的极限承载力低于无脱空试件,随着脱空率的增大,试件的承载力相应降低,而长期荷载比对于带脱空缺陷的试件承载力的影响并不明显。当脱空率为2.2%时,长期荷载比分别为0.3和0.6试件的极限承载力均降低了5%左右,当脱空率为4.4%时,长期荷载比分别为0.3和0.6试件的极限承载力均降低了12%,表明长期荷载作用后试件的极限承载力因球冠形脱空而降低得较为明显,且随着脱空率的增大,降幅较大,对结构安全已造成威胁。

式中:D为试件钢管的外径;ds为球冠形脱空值(图1);NL为施加在试件上的长期荷载;Nue为试件的极限承载力。图2给出了试件截面示意图,表1列出了试件参数。

  

图8　极限承载力比较

 

Fig.8　Comparison of ultimate capacity

3　工程实例

试件在混凝土养护到28 d后通过如图3所示装置加载长期荷载NL。长期荷载加载装置上、下两端设置厚度为30 mm的承力板,并在其上焊接高度为100 mm、厚度为20 mm的井字形加劲肋以保证承载力和能够承受较大的刚度。每块承力板上有8个直径为45 mm的螺丝孔用于对穿螺纹杆,施加荷载通过拧紧与螺纹杆相连的螺母进行。

在全部异位妊娠中，剖宫产后瘢痕妊娠的占比6.1%[1]，虽然剖宫产后瘢痕妊娠是一种罕见的异位妊娠，但是却为严重危害孕产妇的生命安全，如果处理不及时则会导致一系列严重并发症，如大出血、子宫破裂等[2]。宫腔镜手术在临床外科中的应用也越来越广泛。本研究主要分析了剖宫产后瘢痕妊娠Ⅰ-Ⅱ型清宫术中宫腔镜监护治疗的效果和预后，具体情况如下。

本研究主要通过设定短期目标，遵循具体化、个体化、循序渐进原则，帮助病人体验康复行为实施后的健康效果，有利于增强病人健康行为的实施信心，提高病人自我效能水平；采用分组讨论的方法，每组≤5例，利于病人在讨论过程中有效进行经验总结和分享；健康教育内容具有针对性和实用性，通过具体技巧的示范，如在课堂上演示预防骨质疏松的对抗阻力操，鼓励病人参与练习，避免了健康教育内容因空洞、抽象不易被病人接受的缺点，提高了病人对健康教育内容的掌握程度，促进其生活方式改进；护士通过鼓励病人说出造成不良生活方式的原因及改善过程中遇到的阻碍，与病人共同分析原因，努力找出解决问题的办法，有利于保证病人康复行为的科学性。

  

图9　某检测中的钢管混凝土拱桥

 

Fig.9　A CFST arch bridge in inspection

4　结论

本文进行了6根钢管混凝土试件在长期荷载作用下的试验研究,长期荷载的持荷时间为450 d。在本文试验参数和条件范围内可得到以下主要结论:

(1) 长期荷载作用下带球冠形脱空缺陷钢管混凝土试件在纵向变形试验初期发展很快,且球冠形脱空试件在长期荷载作用下的徐变变形量较无脱空试件大。

9月26日下午，中荷水管理研讨会召开，水利部副部长胡四一出席并致辞。荷兰驻华使馆杜安德公使、荷兰基础设施与环境部公共工程与水管理总司副总司长德波尔出席会议。

(2) 带球冠形脱空试件达到破坏荷载时,试件脱空侧钢管沿试件长度方向出现半波形屈曲,且随着脱空率的增大,试件破坏时其脱空侧钢管局部内凹屈曲现象越严重。球冠形脱空的存在使试件的极限承载力和峰值点位移均降低,且随着脱空率的增大降低程度越明显。

(3)脱空率在2.2%以内时缺陷对考虑长期荷载作用的钢管混凝土构件的极限承载力没有显著影响。随着脱空率的增大,缺陷对长期荷载作用下构件的影响程度较一次加载下的情况更为明显。

13号线推荐采用最高运行速度为100 km/h的列车。当列车过站速度为100 km/h时，在不同的站间距条件下，快车少停1站所节约的时间约为25～30 s。另外，考虑在城市轨道交通中，平均停站时间为30～35 s。综上所述，13号线快车若少停1站，可节省时间55～65 s。

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