钢管混凝土构件已经被广泛应用于实际工程中,但大多数都是圆形、矩形和方形截面。近些年,椭圆钢管混凝土(图1)由于其独特的建筑美学特点以及良好的受力效果,引起建筑师和结构师的关注,推动了此类新型组合构件的应用和推广。例如,瓜德罗普岛皮特尔角(Ple-Caraïbes)机场、瑞士伯尔尼火车站等建筑中较早应用了椭圆钢管混凝土柱[1]。然而,我国尚缺乏椭圆钢管混凝土应用实例。图1中，a、b分别为椭圆钢管长半轴和短半轴的长度。

  

图1　椭圆钢管混凝土截面形式Fig.1　Cross-section type of ECFST

目前国内外已有学者对椭圆钢管混凝土构件进行了部分研究,但主要集中在轴压、偏压以及受弯性能上。例如,DAI等[2]、JAMALUDDIN等[3]和沈奇罕[4]对椭圆钢管混凝土轴压性能进行了试验研究和数值分析,考虑了钢材强度、径厚比和截面面积等参数的影响。刘习超等[5]和REN等[6]研究了椭圆钢管混凝土的长柱偏压性能和纯弯性能,研究参数包括偏心距、长细比和剪跨比等。在实际工程中,某些条件下剪力对构件也有很大的影响。然而,目前尚缺乏关于椭圆钢管混凝土构件受剪性能研究的文献报道。

本文通过有限元软件ABAQUS,分别在长轴和短轴方向建立纯剪作用下椭圆钢管混凝土构件的数值分析模型,揭示了椭圆钢管混凝土受剪构件的破坏模式,系统分析了剪跨比、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面面积等参数对其受剪性能的影响。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件设计方法提供参考依据。

标定完成后，使用液压校秤系统，检验秤的标定数值，系统稳定15 min后记录液压值及称重值，见表3所列。

1　理论分析模型

1.1　材料模型

(1) 钢材的本构关系模型采用二次流塑性模型[7],其应力-应变关系如图2所示。

  

图2　钢材的应力-应变关系曲线Fig.2　Stress-strain curve of steel

(2) 椭圆钢管混凝土受剪构件的核心混凝土本构关系尚无,本文先采用ZHAO等[8]提出的方法,将椭圆形核心混凝土等效为圆形,等效直径为De,再采用雷拓等[9]提出的混凝土应力-应变关系模型,具体公式为:

De=2a[1+f(a/b-1)]

(1)

f=1-2.3[t/(2a)]2

(2)

 

(3)

式中:x=ε/ε0,ε0=εc+800ξ0.2(单位:με),εc=1 300+12.5fc(单位:με),fc为混凝土圆柱体抗压强度;y=σ/σ0,σ0=fc;对于圆钢管混凝土构件

1.2　有限元模型

剪跨比m的计算公式为:

  

图3　有限元计算模型Fig.3　Finite element models

2　试验验证

由于目前缺乏椭圆钢管混凝土构件受剪试验数据,本文对现有的圆形钢管混凝土受剪构件[10-11]以及椭圆钢管混凝土受弯构件[6]的试验结果进行了验证,以确保有限元分析模型的准确性。对比结果分别如表1、表2和图4所示。为保证比较结果的准确性,计算结果的极限荷载P相对应于文献中试验结果所取的曲线拐点,Δ为跨中位移。

 

表1　圆形钢管混凝土计算结果与试验结果比较Tab.1　Result comparison of circular concrete-filled steel tube between calculation and test

  

数据来源试件编号试件尺寸(D×t×L)/mmfy/MPafcu/MPa剪跨比mPue/kNPuc/kNPuc/Pue徐春丽[10]S21⁃C1⁃1166×4．4×23834538．70．4103010951．06S21⁃C3⁃1166×4．4×23834544．00．4105010971．04S31⁃C1⁃1165×3．0×23840838．70．47508101．08肖从真等[11]S43⁃C4⁃1161×6．5×60044544．00．5150015211．01S44⁃C4⁃1161×6．5×80044544．01．010809350．87S53⁃C4⁃1165×4．1×60038544．00．58839491．07S54⁃C4⁃1165×4．1×80038544．01．06485800．90注：D为圆管直径；t为钢管壁厚；L为试件长度；fy为钢材屈服强度；fcu为混凝土立方体抗压强度；Pue为极限荷载试验值；Puc为极限荷载计算值。

 

表2　椭圆形钢管混凝土计算结果与试验结果比较Tab.2　Result comparison of ECFST between calculation and test

  

数据来源试件编号试件尺寸(2a×2b×t×L)/mmfy/MPafcu/MPa剪跨比mMue/(kN·m)Muc/(kN·m)Muc/MueREN等[6]eb1⁃1192×124×3．82×2000439．3502．661．8590．95eb2⁃1192×124×3．82×2000439．3501．5667．6620．92注：a、b分别为椭圆钢管长半轴、短半轴的长度；Mue为极限弯矩试验值；Muc为极限弯矩计算值。

本文建立的有限元模型由端板、支座夹具、椭圆钢管和核心混凝土构成,组成部件均采用C3D8R实体单元。网格划分一般以保证在构件长度方向单元长宽比为1∶1左右的原则进行,对于较厚的钢管壁可沿钢管壁厚方向分层,计算模型的网格划分如图3所示。混凝土采用损伤塑性模型,参考雷拓等[9]的研究,膨胀角设置为32°。钢管与混凝土的相互作用采用“表面与表面接触”,法向行为定为“硬接触”,切向行为定义类型为“罚”,支座的属性设置为弹性,杨氏模量为1×106 MPa,泊松比为1×10-3,以忽略支座变形的影响,支座与椭圆钢管采用绑定接触,支座边界条件设定为铰接。

m=h/x

(4)

本文通过大量的数值分析研究了椭圆钢管混凝土受剪构件的破坏模式。

由图4可见,计算曲线与文献的试验曲线吻合较好,只是在弹性阶段刚度上计算曲线比试验曲线偏大,可能原因在于试验试件存在一定的初始缺陷,且试验得到的跨中位移值包含了支座变形,所以试验获得的位移偏大。在极限荷载上,有限元计算值与试验值的比值平均值为0.99,均方差为0.01,计算结果总体偏于保守。

图6c)和图7c)分别在长、短轴方向给出了不同混凝土强度下椭圆钢管混凝土的P-Δ关系曲线。由表2可知,在长轴方向上,混凝土强度等级为C30试件的抗剪承载力比C50降低10%,C80试件的抗剪承载力比C50试件提高7%;在短轴方向上,C30试件的抗剪承载力比C50试件降低3%,C80试件比C50试件提高4%。可见,混凝土强度对椭圆钢管混凝土抗剪承载力的影响很小,随着混凝土强度的提高,椭圆钢管混凝土的抗剪承载力会略有提高。

3　破坏模式

式中:h为加载夹具到支座边的距离。对圆钢管混凝土x=D;对椭圆钢管混凝土长轴方向,x=2a;对椭圆钢管混凝土短轴方向,x=2b。

(1) 当0.10≤m≤0.25时,椭圆钢管混凝土受剪构件破坏时受压侧凹进,另一侧凸出,椭圆钢管在剪跨处应力最大,在非受力轴方向向外鼓曲,此时构件的破坏主要是由于剪跨段处剪力过大引起的,即发生剪切破坏,如图5a)所示。由混凝土剪应力云图可以看到,核心混凝土在支座处被剪坏。

(2) 当m≥0.60时,椭圆钢管混凝土主要在跨中下部受拉区破坏,由弯曲引起,即此时构件发生弯曲破坏,如图5b)所示,此时核心混凝土主要在加载夹具处被局部压坏。

(3) 当0.25<m<0.60时,椭圆钢管混凝土的破坏介于剪切和弯曲之间,即发生弯剪破坏,如图5c)所示。

4　参数分析

图6a)和图7a)分别在长、短轴方向给出了不同剪跨比m情况下椭圆钢管混凝土的P-Δ关系曲线。可见,随着剪跨比的提高,椭圆钢管混凝土的抗剪承载力不断减小,延性不断增强。由表2可知,在长轴方向上,剪跨比m=0.10试件的抗剪承载力比m=0.15试件提高6%,m=0.20和m=0.25试件的抗剪承载力分别比m=0.15试件降低6%和10%;在短轴方向上,剪跨比m=0.10试件的抗剪承载力比m=0.15试件提高8%,m=0.20和m=0.25试件的抗剪承载力分别比m=0.15试件降低4%和12%。

Vu=Pu/2

(5)

  

图4　试验曲线与计算曲线比较Fig.4　Comparison of curves between test and FE

  

图5　破坏模式(单位:MPa)Fig.5　Failure modes(Unit:MPa)

 

表3　有限元计算参数Tab.3　Parameters of FE models

  

受力方向试件编号钢管尺寸(2a×2b×t×L)/mm钢材强度混凝土强度含钢率α剪跨比m极限荷载Pu/kN抗剪承载力Vu/kN长轴S⁃A11200×100×5×1000Q345C500．170．101340670．0S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A13200×100×5×1000Q345C500．170．201189594．5S⁃A14200×100×5×1000Q345C500．170．251138569．0S⁃A15200×100×5×1000Q345C500．170．301058529．0S⁃A16200×100×5×1000Q345C500．170．401011505．5S⁃A17200×100×5×1000Q345C500．170．60767383．5S⁃A18200×100×5×1000Q345C500．171．00525262．5S⁃A21200×100×5×1000Q235C500．170．15912456．0S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A23200×100×5×1000Q420C500．170．151414707．0S⁃A24200×100×5×1000Q550C500．170．151714857．0S⁃A31200×100×5×1000Q345C300．170．151132566．0S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A33200×100×5×1000Q345C800．170．151349674．5S⁃A41200×100×3×1000Q345C500．100．15901450．5S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A43200×100×8×1000Q345C500．290．151651825．5S⁃A44200×100×12×1000Q345C500．500．1523281164．0S⁃A51284×71×4．2×1000Q345C500．170．15973486．5S⁃A52246×82×4．6×1000Q345C500．170．151071535．5S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A54180×112×5．2×1000Q345C500．170．151342671．0S⁃A55142×142×5．4×1000Q345C500．170．151437718．5S⁃A61120×60×3×1000Q345C500．170．15434217．0S⁃A62160×80×4×1000Q345C500．170．15748374．0S⁃A12200×100×5×1000Q345C500．170．151263631．5S⁃A63240×120×6×1000Q345C500．170．151545772．5S⁃A64280×140×7×1000Q345C500．170．1521801090．0短轴S⁃B11200×100×5×1000Q345C500．170．101414707．0S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B13200×100×5×1000Q345C500．170．201262631．0S⁃B14200×100×5×1000Q345C500．170．251153576．5S⁃B15200×100×5×1000Q345C500．170．301098549．0S⁃B16200×100×5×1000Q345C500．170．40952476．0S⁃B17200×100×5×1000Q345C500．170．60749374．5S⁃B18200×100×5×1000Q345C500．171．00505252．5S⁃B21200×100×5×1000Q235C500．170．15996498．0S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B23200×100×5×1000Q420C500．170．151630815．0S⁃B24200×100×5×1000Q550C500．170．1520341017．0S⁃B31200×100×5×1000Q345C300．170．151269634．5S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B33200×100×5×1000Q345C800．170．151368684．0

 

续表

  

受力方向试件编号钢管尺寸(2a×2b×t×L)/mm钢材强度混凝土强度含钢率α剪跨比m极限荷载Pu/kN抗剪承载力Vu/kN短轴S⁃B41200×100×3×1000Q345C500．100．15818409．0S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B43200×100×8×1000Q345C500．290．151975987．5S⁃B44200×100×12×1000Q345C500．500．1521781089．0S⁃B51284×71×4．2×1000Q345C500．170．151078539．0S⁃B52246×82×4．6×1000Q345C500．170．151230615．0S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B54180×112×5．2×1000Q345C500．170．151391695．5S⁃B55142×142×5．4×1000Q345C500．170．151437718．5S⁃B61120×60×3×1000Q345C500．170．15405202．5S⁃B62160×80×4×1000Q345C500．170．15685342．5S⁃B12200×100×5×1000Q345C500．170．151314657．0S⁃B63240×120×6×1000Q345C500．170．1520161．0080S⁃B64280×140×7×1000Q345C500．170．1530681534．0

  

图6　长轴方向参数分析Fig.6　Parameters analysis of long axis direction

4.1　剪跨比

为研究椭圆钢管混凝土的受剪性能,本文分别在长轴和短轴方向系统地分析了剪跨比、钢材强度、混凝土强度、径厚比、长短轴比和截面面积等参数对椭圆钢管混凝土构件荷载P-位移Δ曲线的影响。参数计算范围:剪跨比0.1≤m≤1.0,钢材强度范围为Q235～Q550,混凝土强度范围为C30～C80,长短轴比1≤β≤4,含钢率0.1≤α≤0.5,截面尺寸在(120 mm×60 mm×3 mm)～(280 mm×140 mm×7 mm)之间。本文取椭圆钢管外边缘最大切应变达到0.01ε时对应的荷载Pu为极限荷载,因为此时对应的点为P-Δ曲线斜率开始变缓的拐点。对应的椭圆钢管混凝土抗剪承载力Vu的计算公式为:

4.2　钢材强度

图6b)和图7b)分别在长、短轴方向给出了不同钢材强度下椭圆钢管混凝土的P-Δ关系曲线。可见钢材强度对椭圆钢管混凝土的抗剪承载力影响显著。由表2可知,在长轴方向上,钢材强度为Q235试件的抗剪承载力比Q345试件降低28%,钢材强度为Q420和Q550试件的抗剪承载力比Q345试件分别提高12%和36%。;在短轴方向上,钢材强度为Q235试件的抗剪承载力比Q345试件降低24%,钢材强度为Q420和Q550试件的抗剪承载力比Q345试件分别提高24%和55%。所以随着钢材强度的提高,椭圆钢管混凝土的抗剪承载力不断增大。

  

图7　短轴方向参数分析Fig.7　Parameters analysis of short axis direction

经过对托架螺栓折断原因的详细分析，认为方案一并不能彻底的解决问题，经过长时间的运营，还会出现折断情况；方案二通过增加托架分担人行道的重量，可以有效防止托架螺栓的折断。最终确定采用方案二来处理田家石畔特大桥托架病害，设计如图1所示。

4.3　混凝土强度

培养学生创造性思维是数学教育的重要目标之一，但学校数学教学中，数学表达的统一性、简洁性，数学题解法和答案的唯一性，往往又制约着学生“创新思维”的形成。对“探索”过程的经历，能够激发学生正向的学习情感，能够培养学生的积极数学精神，已经是大家的共识。课堂上，教师也注意到了要让学生经历“探索”的过程，但由于课堂时间、教学任务和教学内容所限，课堂上的探究往往成了“走过场”式的假探究。是否可以适当地将教学内容设计成实验课，真正让学生经历“探索”答案的过程，以增加学生与“创造性思维”相关的隐性知识呢？

4.4　含钢率

图6d)和图7d)分别在长、短轴方向给出了不同钢材强度下椭圆钢管混凝土的P-Δ关系曲线,显然含钢率对椭圆钢管混凝土的抗剪承载力影响显著。由表2可知,在长轴方向上,含钢率α=0.10试件的抗剪承载力比α=0.17试件降低28%,含钢率α=0.29和α=0.50试件的抗剪承载力分别比α=0.17试件提高31%和84%;在短轴方向上,含钢率α=0.10试件的抗剪承载力比α=0.17试件降低38%,含钢率α=0.29和α=0.50试件的抗剪承载力分别比α=0.17试件提高50%和66%。可见椭圆钢管混凝土的抗剪承载力随着含钢率的提高而增大。

4.5　长短轴比

本文在保证钢材强度、混凝土强度、含钢率和截面面积相同的情况下,分别在长、短轴方向研究了不同长短轴比对椭圆钢管混凝土受剪构件的影响。由图6e)和图7e)可知,在长轴方向上,长短轴比β≥3.0的试件的延性比β<3.0的试件大。由表2可知,在长轴方向上,长短轴比β=4.0和β=3.0试件的抗剪承载力比β=2.0试件分别降低23%和15%,长短轴比β=1.5和β=1.0试件的抗剪承载力比β=2.0试件分别提高6%和14%;在短轴方向上长短轴比β=4.0和β=3.0试件的抗剪承载力比β=2.0试件分别降低18%和6%,长短轴比β=1.5和β=1.0试件的抗剪承载力比β=2.0试件分别提高6%和9%。可见,椭圆钢管混凝土抗剪承载力随着长短轴比的减小而增大。

3.毛蚴孵化 （miracidium hatching）：毛蚴在日本血吸虫虫卵内完成胚胎发育后破壳而出的现象。

据产品负责人介绍，该平台包含设备管理、项目管理、分析统计、健康管理、配件销售、服务管理、还款管理等多个功能模块，适用于各类工程机械设备。该平台突破性地解决了多个工程机械行业管理痛点的同时帮助中联重科解决了“最后一公里”管理难题，并凭借其技术创新和模式创新跑在了行业前列，成为我国装备制造业有效集合大数据、物联网等前沿技术进行智能管理的第一梯队成员。

4.6　截面面积

本文在保证钢材强度、混凝土强度、含钢率和长短轴比相同的情况下,分别在长、短轴方向研究了不同截面面积对椭圆钢管混凝土受剪构件的影响。由图6f)和图7f)可知,椭圆钢管混凝土的截面面积对其抗剪承载力影响很大。由表2可知,在长轴方向上,与截面尺寸为200 mm×100 mm×5 mm的试件相比,截面尺寸为120 mm×60 mm×3 mm和160 mm×80 mm×4 mm的试件抗剪承载力分别降低了66%和41%,而截面尺寸为240 mm×120 mm×6 mm和280 mm×140 mm×7 mm的试件抗剪承载力分别提高了22%和73%;在短轴方向上,与截面尺寸为200 mm×100 mm×5 mm的试件相比,截面尺寸为120 mm×60 mm×3 mm和160 mm×80 mm×4 mm的试件抗剪承载力分别降低了69%和48%,而截面尺寸为240 mm×120 mm×6 mm和280 mm×140×7 mm的试件抗剪承载力分别提高了53%和133%。可见,椭圆钢管混凝土的抗剪承载力随着截面面积的增大而显著增大。

由图8可知,椭圆钢管混凝土构件截面面积的增加与抗剪承载力的增大近似成线性关系。图中，A0表示截面尺寸为120 mm×60 mm×3 mm试件的截面面积,A表示其余4个截面的截面面积。

  

图8　截面面积与承载力关系曲线Fig.8　Relationship between section area and bearing capacity

5　结论

(1) 本文分别从长轴和短轴方向建立了椭圆钢管混凝土受剪构件的有限元分析模型,结合采用了椭圆等效截面法和钢管混凝土本构关系模型,考虑了钢管与混凝土之间复杂接触问题以及支座边界条件等。

按树龄分，全县1493.3hm2为幼树，1706.7hm2为初果期，盛果期为1066.7hm2。2773.3hm2挂果树占全县核桃种植总面积的65%。

(2) 根据剪跨比的不同,椭圆钢管混凝土受剪构件的破坏模式可分为:当0.10≤m≤0.25时为剪切破坏;当m≥0.60时为弯曲破坏;当0.25<m<0.60时为弯剪破坏。

生态环境问题是制约我国农业发展的重要原因。目前，农业已成为生态破坏和环境污染的行业，正制约着其自身的持续发展。近年来，随着社会经济的发展，环境保护工作也取得了可喜的成绩。绿色战略纵深推进，绿色理念深入人心，生态文明建设得到加强。农村生态治理工程取得实效。强化农村清洁能源建设，农村面源污染得到有效治理。但环境保护和经济社会未能协调发展的矛盾仍然存在，一些既存的环境资源问题还没有得到解决，环保工作体制机制和能力建设仍然滞后，重经济增长轻环境保护的意识较浓，综合运用法律、经济、技术和必要的行政办法，解决环保问题的意识淡薄。

(3) 本文分别从长轴和短轴方向研究了剪跨比、钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、长短轴比和截面面积对椭圆钢管混凝土抗剪承载力的影响。剪跨比和长短轴比越小、钢材强度越高,截面面积和含钢率会越大,抗剪承载力也越大。

参考文献:

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[2]　DAI X,LAM D.Numerical modelling of the axial compressive behaviour of short concrete-filled elliptical steel columns[J].Journal of Constructional Steel Research,2010,66(7):931-942.DOI:10.1016/j.jcsr.2010.02.003.

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产妇在进行剖宫产手术时,由于腹壁以及子宫肌壁的创面容易发生细菌感染,且诱发感染的原因较多。其中常见的感染因素包括宫腔感染、盆腔感染、腹腔感染、泌尿系统感染以及剖宫产术后腹壁切口感染等。为了有效的避免上述感染情况的发生,患者在围手术期需采用抗菌药物进行干预,进而有效的减少术后感染的发生。相关文献研究指出,剖宫产产妇在围手术期不采用任何抗生素进行抗感染治疗,产妇术后感染的发生率较高,且会导致患者的住院时间延长,影响临床疗效[3]。而给予抗生素进行抗感染治疗的产妇,可以有效的减少术后感染的发生,且有效的缩短住院时间。