常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

预应力UHPC-RC无腹筋组合梁足尺模型抗弯试验及极限弯矩计算研究

为了解预应力UHPC-RC无腹筋组合梁(简称组合梁)的抗弯性能,以2座组合梁桥实际工程为背景,分别制作25 m长工字形组合梁及30 m长箱形组合梁足尺模型进行抗弯试验,研究组合梁在弯曲荷载下的裂缝发展形态、荷载~挠度曲线及不同截面高度应变等。结果表明:2种组合梁最终受弯破坏时,1条主裂缝快速发展为贯穿弯曲裂缝,组合梁裂缝细密;荷载~挠度曲线较为饱满,刚度折减较普通预应力混凝土梁明显推迟,结构性能更为优良;开裂前组合梁截面受力发展满足平截面假定,出现主裂缝后逐渐不满足平截面假定。为考虑组合梁截面在极限状态不满足平截面假定的情形,基于UHPC材料本构关系,提出采用体外预应力筋极限理论推导组合梁极限弯矩计算方法,并将该方法与平截面假定理论计算结果及试验结果进行对比。结果表明:提出的组合梁极限弯矩计算方法较平截面假定理论计算方法能更好地反映结构受力。

襄阳东站钢屋盖超多杆连接节点设计与足尺模型试验研究

襄阳东站屋盖南北向长358m,东西向最大跨度86m,采用焊接球钢网架,整体不设变形缝,南端开设瀑布造型大洞口,由于屋盖结构超长、不连续、大悬挑及瀑布造型使得钢屋盖空间受力十分复杂,特在分叉柱柱顶沿南北向设置加强杆以加强屋盖瀑布区洞口两侧边缘约束刚度及改善结构整体受力性能。钢屋盖瀑布区悬挑端分叉柱柱顶节点相连杆件达12根之多,该节点作为屋盖结构的关键节点,其受力状态尤为复杂,创新地采用了半铸造半相贯焊连接形式并采取了构造加强措施,针对该超多杆连接节点进行了足尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,并进行了有限元对比分析。结果表明有限元对比分析结果与加载试验吻合较好;该超多杆半铸造半相贯焊连接节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸造本体相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

无粘结环锚预应力衬砌张拉工艺足尺模型试验研究

针对预应力衬砌张拉过程中易出现应力集中而导致张拉裂缝的现象,通过开展洞外地面足尺模型试验,提出了分级分步张拉顺序和质量控制指标。首先根据钢绞线摩阻测试计算出摩擦系数,随后应用上述张拉顺序和质量控制方法进行自动张拉,并采用磁通量传感器和混凝土应变计分别对钢绞线和内衬混凝土的应力变化开展实测。现场张拉试验结果表明:①钢绞线沿程预应力损失约16.3%,采用的双层钢绞线在实践中可保证较高的有效预应力;②对锚具槽进行分级分步张拉,可使内衬混凝土获得较均匀的封闭环向压应力环,平均压应力达-10.9 MPa;③提出的3项控制指标可进行量化管理,结合自动张拉技术可有效地保证张拉质量。

珠江三角洲水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验关键施工工艺研究

基于珠三角水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验,针对此类衬砌结构型式的施工难点,从作业台车研制、内衬混凝土制备与浇筑、预应力实施等方面开展施工工艺研究。总结了预应力复合衬砌足尺模型的施工内容,并结合模型实施过程中的经验,对现有的作业台车提出改进;随后针对预应力复合衬砌的关键施工工艺展开研究,提出了专门的混凝土配合比、配套振捣系统和预应力分级张拉的顺序,以保证内衬预应力混凝土的施工质量。研究成果为预应力复合衬砌结构的现场施工工艺提供借鉴。

预应力混凝土T梁足尺模型抗弯加固后效果试验

为研究常见加固方式对预应力混凝土T梁足尺模型的加固效果,依托换梁工程,以更换下来的病害T梁作为试验研究对象,使用常用加固方法中的预应力碳纤维板加固、粘贴钢板加固、封缝加固以及体外预应力钢束加固并验证加固效果,对挠度、钢筋应变、裂缝发展情况进行分析。试验结果表明,相较于未加固梁,体外预应力钢束加固效果最突出,开裂荷载提升136%,屈服荷载提升84%,极限荷载提升37%,并且原裂缝基本闭合。由此表明,预应力碳板加固、粘贴钢板加固、体外预应力钢束加固对梁体刚度提升、延缓原裂缝发展、抑制新裂缝产生、承载能力提升等都有较好的效果,而体外预应力钢束加固各方面提升效果最明显。

基于足尺模型试验的泡沫轻质土加筋路堤变形研究

泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用,得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性,将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来,对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验,对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,结果表明:使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降,也更有效地减小路基土压力,同时有助于基底土压力扩散,解决基底应力分布不均匀问题。因此,采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力,增强路基的稳定性。

泡沫轻质土格栅加筋路堤室内足尺模型试验研究

为了揭示泡沫轻质土格栅加筋路堤的沉降及稳定性特征,制作室内足尺模型,对路堤温度、土压力、沉降进行监测并分析,得出如下结论:(1)浇筑后24h内,泡沫轻质土路堤内部温度可升高至73℃;路基中心线处为水化热集中区域,应在48h内采取养护及散热措施降低温度;(2)路堤沉降随时间逐渐增大,但总体沉降量较小,220d累计沉降约8mm;(3)土工格栅对于平缓泡沫轻质土路堤沉降曲线具有一定作用,但对总体沉降量的影响不明显;(4)铺筑土工格栅能够降低泡沫轻质土路基的土压力值,铺设格栅的位置升高,土压力分散效果仍显著。

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。

钢结构住宅体系墙板及墙板节点足尺模型振动台试验研究

本文对山东安尔发建筑科技有限公司开发的钢结构住宅体系的墙板及墙板节点足尺模型进行了模拟地震振动台试验研究,分析了该体系的自振特性、地震反应特征和破坏现象,特别对外墙板及内墙的节点的抗震性能进行了深入研究,得出了有益的结论,为钢结构住宅体系的进一步推广提供了试验依据。

锚拉板式索梁锚固区足尺模型承载性能试验研究

为了研究锚拉板式索梁锚固结构在设计荷载下的应力分布及传力机理,对某斜拉桥锚拉板式索梁锚固区进行了足尺模型静力加载试验,得到各受力区域在不同荷载等级下的应力分布情况;利用ABAQUS建立索梁锚固有限元模型,按Von Mises强度理论分析其承载性能,并与试验结果对比。结果表明:在设计荷载作用下,该结构整体处于弹性工作状态,满足设计承载能力的要求;锚拉板与锚拉筒的侧焊缝根部圆弧区出现较大应力集中;上加劲板以上的锚拉板部分,最大应力出现在中部槽口中间位置;钢箱梁区域的整体应力水平较低;该结构各构件应力传递路径明确,设计时建议加大锚拉板与锚拉筒侧焊缝根部圆弧半径。

异形截面斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型试验研究

通过对哈尔滨绕城高速公路四方台松花江大桥索塔锚固区的节段足尺模型试验,研究了主塔预应力束的施工工艺,进行了索塔模型在环向预应力束及拉索作用下的应力和变形分析,确定了索塔锚固区的抗裂安全系数并对模型进行了计算机仿真分析;由其结果与试验实测值的比较,得到了一些有益的结论。研究的部分成果已应用于实桥结构,对主塔结构的优化设计起到了一定的指导作用。

现浇X形桩竖向承载特性足尺模型试验研究

X形桩是一种利用截面形如X形的钢模,经过沉管、浇注混凝土、养护成形之后所形成的现浇混凝土桩。该桩具有承载力高、经济适用、施工方便等优点,对于高速公路、铁路等工程中的软土地基处理具有较好的适用性。采用河海大学自行研制的大型桩基模型槽试验系统,通过竖向静载试验,研究了X形桩与圆形桩的极限承载力、桩身侧摩阻力、桩端阻力与桩侧摩阻力的荷载分担比的变化规律。结果表明:与圆形桩相比,X形桩在相同混凝土用量下能够显著提高截面利用率及承载力水平。研究成果可为进一步研究X形桩的各种工程特性提供重要依据。

高喷插芯组合桩荷载传递机制足尺模型试验研究

高喷插芯组合桩(简称JPP)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩,为了对其荷载传递机制有更深入的认识,以自行开发的大型土工试验模型槽为依托,进行了JPP桩、灌注桩和高压旋喷水泥土桩静载荷对比试验。通过埋设在JPP桩中的监测仪器对桩身轴力、桩端阻力以及桩体沉降等进行了直接量测,进而分析了JPP桩中管桩与水泥土轴力的分布和内外侧摩阻力的分布。试验结果表明,JPP桩与同桩长、同桩经灌注桩相比承载力高30%以上;JPP桩变形由芯桩控制,管桩轴力分布与水泥土轴力分布规律不一致,但同一截面上管桩和水泥土的轴力比值约为其弹性模量的比值;内外摩阻沿桩身的分布规律类似,内摩阻是外摩阻的1.62倍左右,约为JPP桩直径和管桩直径的比值;桩侧摩阻力与桩土相对位移近似双曲线分布,桩端阻力和桩端位移也近似双曲线分布。

正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验研究

为研究公路钢桥正交异性板的疲劳破坏行为及疲劳强度,以重庆江津中渡长江大桥为背景,选取其主跨梁段建立正交异性钢桥面板的足尺试验模型,进行疲劳试验。试验过程中对疲劳易损构造处的应力数据进行采集,观测其开裂情况,并采用热点应力法评估其疲劳强度。结果表明:加劲肋腹板与横隔板切口焊接处出现疲劳裂缝;顶板与加劲肋腹板焊接处出现纵向疲劳裂缝;横隔板切口处无疲劳裂缝产生,但存在较大拉应力;加劲肋腹板与横隔板切口焊接处的疲劳强度大于Eurocode规范中的90类细节的疲劳强度,也大于AASHTO规范中的C类疲劳强度,顶板与加劲肋腹板焊接处的疲劳强度大于Eurocode规范中的112类细节的疲劳强度,也大于AASHTO规范中的C类疲劳强度。

润扬大桥北汊斜拉桥索塔节段足尺模型试验研究

通过润扬大桥北汊斜拉桥索塔锚固区的节段足尺模型试验 ,研究了塔身U形束的预应力施工工艺 ,进行了索塔模型在U形预应力束及斜拉索作用下的应力量测与分析 ,给出了索塔的开裂及破坏荷载。对足尺模型进行斜向加载模拟斜拉索作用、借助于辅助模型研究孔道摩阻、全方位布置传感器测点等做法构成本次试验研究的特色。

冻土路基温度场室内足尺模型试验

取用多年冻土地区代表性土类进行冻土路基室内足尺模型试验,建立伴有相变的路基非稳态温度场的控制方程,在空间域内用采用混合单元的有限元网格划分,在时间域内用有限差分格式划分的混合解法进行有限元分析。通过对观测结果进行数值模拟,验证了数学模型的正确性。进一步分析路基温度场的变化规律与野外观测结果的变化规律,其一致性说明了室内模型试验可以模拟野外冻土路基的真实情况,为研究冻土路基温度场的变化规律提供了可靠依据。

地铁高架槽形梁足尺模型破坏试验与空间分析研究

通过某城市地铁高架试验段槽形梁桥足尺模型破坏试验,测定结构的极限承载能力,研究其空间受力变形特性及破坏特征。试验结果表明,结构在正常使用和极限状态下的极限荷载分别为设计荷载的1.68和3.0倍,具有足够的安全系数。三维有限元数值计算结果表明,底板存在剪力滞后现象,越接近梁端愈明显。底板纵向剪应力最大值出现在梁端附近截面底板与腹板相交处,支座脱空效应对脱空支座位置的底板应力影响较大,设计中需对梁端进行局部加强处理。跨中截面腹板出现拉应力,最大可达0.91 MPa,设计中应考虑设置一定的竖向抗拉钢筋,防止裂缝产生。

S350冷弯薄壁型钢住宅足尺模型振动台试验研究

设计了两栋二层S350冷弯薄壁型钢龙骨体系住宅结构的足尺模型,其外墙覆面板分别采用OSB板和带肋波纹钢板,内墙覆面板均采用石膏板。分别对两个模型进行了振动台试验,试验选取3条实测地震波记录和1条人工合成波,加载工况按照峰值加速度的大小,从7度多遇到9度罕遇的烈度水平。试验结果表明,结构的破坏均发生在连接部位和墙板的局部区域,主要破坏模式表现为螺钉的脱落、石膏板的局部破裂、带肋波纹钢板的脱离以及模型底层墙体的交叉钢带屈服破坏,钢龙骨基本完好。在9度罕遇地震作用下,整体结构的水平刚度虽然有大的削弱,但建筑物无倒塌危险,表明采用此两种双面覆板构造复合墙体的模型结构在试验的地震烈度水平下能够符合我国抗震设防"大震不倒"的要求。建议在结构设计时要关注门、窗部位的局部加强和螺钉连接的可靠性。

插槽结构装配式桥墩足尺模型拟静力试验研究

为研究插槽结构高强度装配式桥墩在地震作用下的力学性能及可靠性,制作2个桥墩足尺模型进行拟静力试验,结合Ucfyber专业抗震软件,分析该桥墩结构受震时的破坏形式、刚度、承载能力及延性系数。结果表明:在地震作用下,插槽结构装配式桥墩承台位置以上80 cm高度范围内的墩柱为主要破坏区,150 cm高度范围内的墩柱为主要开裂区域,结构呈现塑性破坏特征。插槽结构并未破坏,说明其可以有效传递荷载。在拟静力加载过程中桥墩结构刚度持续降低,在破坏过程中有明显的屈服阶段,承载力随施加水平位移加大而缓慢下降。该插槽结构装配式桥墩承载能力和延性系数理论值及试验值均满足规范设计要求,说明其具有较好的抗震性能。