煤矸石机制砂C20混凝土力学性能研究

为探究煤矸石机制砂对低强度等级C20混凝土力学性能的影响,调控煤矸石机制砂掺量和水灰比浇筑混凝土试块,开展抗压和抗折强度试验。结果表明:相同水灰比下,随煤矸石机制砂掺量增加,混凝土的抗压强度先增强后降低;相同取代率下,混凝土的抗压和抗折强度随水灰比增大而降低。相较于煤矸石机制砂取代率,水灰比对混凝土抗折强度的影响更大。取代率不超过30%时,对混凝土的抗压和抗折强度均有利,水灰比为0.55、取代率为25%时,混凝土抗压和抗折强度提高最多。

粗骨料超高性能混凝土应用研究

为满足桥梁工程中桥面板材料轻质高强的市场需求,在活性粉末混凝土中掺入粒径不大于8 mm的粗骨料,制成含粗骨料超高性能混凝土。这种混凝土具有力学性能佳、材料自重轻、早期收缩小和造价较低等特点。首先阐述含粗骨料超高性能混凝土的配制原理及各掺合料对其性能的影响,其次分析其力学性能、疲劳性能和高温性能,最后展示了其在南京江心洲长江大桥的工程应用状态,并提出了其尚待深入研究的问题和发展方向。

扩底桩竖向承载特性及群桩效应研究

为探明扩底群桩竖向承载特性,采用扩底桩筏结构,开展单桩(扩径比分别为1.5、2.0、2.5、3.0)和桩筏(扩径比为2)基础静载模型试验,分析其荷载传递规律,并建立桩间距为3.75、4.00、4.50、5.00倍桩直径时扩底桩筏基础有限元模型,研究桩间距对群桩效应影响。结果表明:扩底单桩和扩底桩筏结构荷载沉降曲线均为缓变型;扩底桩极限承载力随扩径比增大而逐渐增大,扩径比2.5~3.0时极限承载力增幅变缓,建议扩底桩扩径比取2.5~3.0;由于桩土共同沉降,桩间土压缩,桩土作用更充分,扩底桩筏基础中心桩侧摩阻力荷载分担比比扩底单桩增大了17.71%;群桩效应系数随桩间距增大而逐渐增大,桩间距为4.5~5.0倍桩直径时群桩效应系数增幅较小,群桩效应较弱,建议扩底桩筏基础桩间距取值不小于4.5倍桩直径。

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明:刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。

卷积神经网络与随机场分析桩梁基础承载力

岩土体的参数在空间上随机分布,为能更好地反应实际工程地质条件,在桩基础承载力研究中考虑土体的不确定性,并建立具有重要工程价值的承载力预测模型,将基于随机场理论的岩土参数空间变异性引入桩梁基础的研究中,采用数值方法建立桩梁基础与群桩基础的二维随机有限元模型分析承载能力,并与模型试验结果验证。随后通过卷积神经网络建立土体参数随机场图像与基础极限承载力之间的模型进行承载力预测,并基于预测模型研究不同参数的影响。结果表明:考虑土体空间变异性的基础承载力与试验结果基本吻合,随机结果均高于确定性分析;随机场下桩梁基础与群桩基础的承载力均为正态分布;采用卷积神经网络建立的基础承载力预测模型精度较高,且可以用于参数分析,基础承载力随着土体参数的增加而增加,随变异系数的增加而下降。随机条件下,桩梁基础的承载力高于群桩基础,可以充分发挥土体强度并抵御参数不确定性带来的承载力损失。

黄土地基阶梯型截面桩承载模型试验与计算

为研究黄土地基阶梯型截面桩的荷载传递机理,通过室内模型试验与有限元计算,分析阶梯型截面桩竖向静荷载下的桩身轴力、桩侧摩阻力、桩顶沉降和桩身不同深度荷载分担比,并探索了变径比对其工作性能的影响,并对其进行优化设计。结果表明:在相同荷载下,阶梯型截面桩的桩顶沉降明显小于等截面桩,当变径比在0.8~0.9时,沉降控制效果最佳,其材料利用率最高;若二者极限承载力相同时,阶梯型截面桩的最高材料利用率为等截面桩的1.06倍。阶梯型截面桩为摩擦型桩,变截面位置土体对桩体具有支承作用,其变径处底面土体能承担部分桩顶荷载。桩侧能够分担更多桩顶荷载,减轻桩端土体承载,当变径比在0.8~0.9时,侧摩阻力发挥程度更高。在桩体用料相同时,与等截面桩相比,阶梯型截面桩能大幅度提高承载能力。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

黄土区楔形桩-网复合地基承载特性

[目的]针对黄土地区中楔形桩-网复合地基的承载性能进行探究.[方法]开展以几何相似常数为第一基本量、重度相似常数为第二基本量的土工模型试验,研究了不同受荷区域基桩承载能力,并通过有限元计算方法进一步分析其承载特性.比较模型试验结果与有限元计算结果,揭示了黄土区楔形桩-网复合地基的荷载沉降、桩身轴力、侧摩阻力、桩土应力比及荷载分担比等分布与变化规律.[结果]复合地基沉降变化总体趋于均匀,荷载-沉降曲线为缓变型;不同受荷区域基桩的桩身轴力、侧摩阻力呈现明显差异性;楔形桩-土相互作用与荷载和深度呈现正相关关系,但存在一定上限;复合地基中楔形桩随荷载增大能有效分散桩身应力,并将荷载由桩体向桩周土传递、由地基中心向外围扩散.[结论]楔形桩-网复合地基表现出良好的承载能力,直接受荷区桩能更高效地发挥楔形桩承载特性,楔形桩在复合地基中很好地实现桩-网-土协同作用.

我国煤矸石山综合治理现状及零碳治理探索

在煤炭资源的开采过程中产出大量煤矸石,粉煤灰等副产品,这些副产品大量堆积引发了一系列次生灾害与环境问题。为解决煤矸石山因堆积产生的一系列灾害,基于国内重要矿区矸石山分布情况,分析其主要灾害,研究其治理经验与成果,探索生态处治煤矸石山坡面稳定的方法,探讨了现存煤矸石山治理的不足之处。结合国内外煤矸石利用与绿色治理新技术,提出1种桩-草协同护坡的零碳治理方式,可为我国煤矸石山资源化利用和生态环境保护提供参考。

竖向荷载下螺钉桩承载特性的影响因素

为了研究桩身螺纹结构参数对竖向荷载下螺钉桩承载特性的影响,开展室内模型试验与有限元分析,对比分析不同螺纹段长度、螺纹间距、螺纹内径、螺纹宽度与螺牙深度下的荷载沉降曲线与轴力分布曲线.结果表明:随着螺纹段长度的增加,螺钉桩极限承载力提升,变截面处轴向应力突变程度增加,建议长度取桩长的1/2~2/3;螺钉桩承载能力随螺纹间距增加呈先增后减的趋势,存在一个合适螺距可以最大程度发挥桩土间相互作用;改变螺钉桩变径比,将影响变截面处与桩端处土体端承作用,同时易引起螺纹段截面应力集中,建议取值0.7~0.8;螺纹宽度与螺牙深度的变化改变螺纹与土体的约束程度,进而影响其极限承载能力.螺纹宽度的变化对极限承载力的影响要大于螺牙深度变化的影响.

不同垫层下煤矸石桩网复合路基承载特性

为综合利用固体废弃物煤矸石,将其取代部分传统细骨料制备煤矸石混凝土桩。开展了土工格栅和土工格室加筋垫层下煤矸石桩网复合路基室内模型试验,分析路堤顶面荷载-沉降关系、加筋垫层传荷能力和桩身应力的差异性。同时,建立有限元计算模型,研究不同加筋材料应力和变形规律,揭示土工格室应用于加筋垫层作用机制。结果表明:在本次试验中,同土工格栅相比,土工格室加筋垫层显著减小路堤顶面沉降约29.71%。土工格室加筋垫层下桩顶和桩间处土压力衰减量分别约61.51%、56.35%,充分发挥了筏板效应和应力扩散效应。采用土工格室加筋垫层,路堤荷载能够被有效传递至煤矸石桩体,在路基中心处和沿路基横断方向桩身应力极值分别采用土工格栅加筋垫层的1.78、1.80倍。土工格室和土工格栅应力分布规律分别呈“V”型和“U”型变化特征,且土工格室的应力最大值大于土工格栅。土工格室特有的蜂窝状结构对路堤填料产生侧向环箍和肋条摩阻力作用,通过自身张拉变形有效地扩散路堤荷载。

地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

基于“互联网+”与新工科背景下的桥梁工程课程建设研究

随着新时代的发展,国际竞争趋势日益激烈,人才培养战略提升到了前所未有的高度。在“互联网+”和新工科建设的大背景下,桥梁工程课程建设得到了极大的变革。该文阐述了在“互联网+”与新工科背景下桥梁工程课程建设的改革思路。传统的课堂模式已经很难满足培养高层次复合型人才的战略需求,对于桥梁工程课程建设的信息化、智能化、全方位、多层次追求已经迫在眉睫,在新的教学模式、教学理念、教学体系下,桥梁工程课程的建设仍需不断探索,推陈创新。

纤维特征参数对HES-HDC单轴拉伸性能的影响及拉伸韧性评价方法

为探究高早强高延性混凝土(HES-HDC)在不同PE纤维直径与体积率下的单轴拉伸力学性能,设计了17组薄板试件进行单轴拉伸试验,研究PE纤维直径(22μm和25μm)及体积率(1.00%、1.25%和1.50%)对不同龄期(2 h、24 h、7 d、28 d和56 d)HES-HDC应力-应变曲线、拉伸强度和应变的影响;根据试验结果提出了HDC拉伸韧性评价方法.结果表明:在拉伸荷载作用下,HES-HDC应力-应变曲线展示出应变强化特性,破坏过程呈多裂缝开展;2 h龄期时,HES-HDC拉伸强度与应变达到3.29 MPa和0.88%以上;28 d时,HES-HDC拉伸应变可保持在1.28%以上;当纤维体积率为1.00%时,小直径纤维对试件拉伸应变有利,而大直径纤维对试件拉伸强度有利;综合大直径纤维试件拉伸强度与应变,纤维最佳体积率为1.25%.提出的拉伸韧性评价方法可评价HDC薄板受拉全过程的韧性.随龄期的增长,HES-HDC拉伸韧性指数降低,而拉伸强度系数提高;小直径纤维试件的拉伸韧性高于大直径纤维试件;纤维体积率为1.25%时试件拉伸韧性最大.

煤矸石桩-土工格室复合路基承载特性

为了研究煤矸石桩-土工格室复合路基的承载性能,以煤矸石桩、土工格室及格栅分别作为竖向、水平向加筋体,开展静载试验,分析土工格室和格栅拉伸应力、桩体轴向应力以及桩顶与桩间土压力的变化规律.研究结果表明:当施加到第8级荷载时,相较于土工格栅,土工格室上的拉应力增大67.93%,格室组中心桩与边桩中性点应力分别增大78.22%、30.95%,中性点对应截面位于桩体中部距桩顶约50 cm处;加筋垫层下方格室组的桩土应力比与格栅组相比,路基中部增大13.68%,路基边缘部分增大12.40%~13.49%,整体增大13.19%.煤矸石桩-土工格室复合结构能够有效地将荷载由桩身传递至基底;土工格室加筋垫层均匀地将荷载横向传递至加筋体,削弱桩土间的土拱效应,土工格室与垫层构成的柔性筏板效应更突显.

煤矸石混凝土性能与资源化应用研究评述

煤矸石是一种煤炭共伴生矿物生产的副产品,属于大宗固废弃物,煤矸石混凝土是其资源化应用的重要实践。碳中和碳达峰要求各行业为绿色生态的可持续发展做出相应规划,在建筑材料资源化利用方面,将煤矸石用作集料研制高性能混凝土开始了建筑与土木工程行业的新兴材料革新,同时将其作为不可或缺的低碳化资源处理的中坚力量能够为碳中和进程加速。国内外学者对煤矸石混凝土的力学性能与工程应用等方面进行了很多理论和实验研究,在改善煤矸石混凝土性能、工程实际应用及生产技术革新等方面取得重大进展,构建了较为完整的研究体系。基于不同地区煤矸石化学矿物特性和物理性质的差异性,阐述了煤矸石作为不同集料制备的煤矸石混凝土的力学性能与耐久性能,分析了煤矸石在土木工程领域应用的可行性和目前研究局限性,展望了煤矸石作为集料制备新型混凝土在道路工程和建筑结构中的资源化应用前景,为煤矸石大宗化再生利用和煤矸石混凝土进一步研究提供新的视角和参考。

梅花型混凝土桩截面几何特性

为便于梅花型桩设计计算,基于梅花型桩截面的外切圆半径和开弧弧度2个控制变量,研究梅花型桩的截面面积、周长以及截面惯性矩特征,分析2个控制变量对截面几何特性的影响规律,将梅花型桩与圆形桩进行了对比分析。结果表明:梅花型桩的截面面积、周长随截面外切圆半径、开弧弧度的增大而增大,面积增大比周长显著,其中截面外切圆半径对截面面积和周长的影响最为显著,当截面外切圆半径从0.1 m增加到1.0 m时,截面面积从0.02 m^(2)增加到3.22 m^(2),面积增大了161倍,截面周长从0.79 m增加到7.85 m,周长增大了9.94倍;相同截面面积梅花型桩与圆形桩截面周长比为1.15~1.16,所以相同混凝土用量时梅花型桩的周长比圆桩大15%~16%;梅花型桩存在2个截面惯性矩Ix和Iy,且Iy恒大于Ix,2个截面惯性矩随截面外切圆半径的增大而增大。相较于等截面圆形桩,梅花型桩的截面惯性矩呈指数增长趋势。

高韧性纤维混凝土特性及工程应用

高韧性纤维混凝土具有高强、高韧、高耐久性、良好的环保性能及裂缝无害化分布等特点,能显著改善传统混凝土强而不韧、脆性易裂的根本缺陷。针对影响纤维混凝土性能的主要因素,主要从抗压强度、抗折强度等方面分析其力学性能,并从微观角度探索纤维混凝土中纤维发挥增韧作用的机理及工程应用状况,最后指出了高韧性纤维混凝土研究存在的问题并展望其研究与发展前景。

基于OBE-CDIO理念的土木工程新工科人才培养

随着我国工业化进程的不断推进,土木工程领域迎来蓬勃发展,对理论研究、工程设计、施工技术和管理水平提出更高要求,实践教学是新工科背景下培养土木工程领域人才的重要方法,具有新的内容和具体要求。应对传统实践教学体系在新时代背景下暴露出的问题,需要对实践教学方法提出创新改革:将土木工程专业学生创新精神与实践能力培养同OBE教育理念实施方法论相结合,制定合理教学方案和评价指标;转变教育思想,更新教育观念,积极引导学生主动参与教学环节,激发学生的创新潜力,在教学过程中应该更加重视实训环节;更新实践教学体系,结合CDIO工程教育模式进行改革,构建以项目教学为核心的实践教学体系;顺应新时代发展趋势,积极对教育体系提出优化改革,培养创新意识强,实践能力高的新工科人才。

群桩基础后压浆地震动力响应研究

针对黄土与砂土在地震作用下发生液化、丧失承载力的问题,将后压浆用于土体抗液化,建立3×3群桩三维模型,研究群桩基础在不同峰值加速度El Centro地震波与上部均布荷载共同作用下的动力响应,并分析了后压浆对黄土与砂土抗震性能的影响。研究结果表明:在0.3 g El Centro地震波作用下,黄土与砂土层大部分区域土体液化。黄土与砂土层经压浆加固后,群桩基础承载力提高4.87%;土体在地震波作用下以整体平动位移为主;土体加速度得到不同程度的降低;土体加固范围内的桩身动弯矩峰值较压浆前增大;桩身弯矩最值点上移;桩土应力分担比改变。