河北邯郸客运中心主站筒体斜拉转换结构预应力施工技术研究

河北邯郸客运中心主站结构设有4跨简体斜拉转换结构，每跨内8根斜拉索直接连接悬空钢框架的底层和周边筒体，上部6层悬空钢结构荷载通过斜拉索传递至6个钢筋混凝土简体。斜拉索为大直径Galfan镀层钢绞线索，最大预张力为3792．2kN，单根长度为11．5—24．1m，且索体穿过钢梁和钢柱。根据结构特点，介绍了结构总体施工方案，分析研究了拉索张拉和楼面混凝土浇筑先后顺序及相邻跨斜拉索张拉的相互影响，并进行了结构施工全过程分析。

预应力节段预制拼装桥墩抗震性能研究综述

为进一步推动预应力节段预制拼装桥墩在高烈度区桥梁工程中的应用,从自复位能力、耗能能力、底节段容许损伤能力和基于性能的抗震设计方法4个方面系统梳理和总结了各国学者开展的相关研究,并指出了当前研究存在的问题以及未来的发展方向。结果表明:无粘结预应力筋能提供更好的自复位能力,桥墩震后残余变形很小;相对于现浇桥墩,该形式桥墩耗能能力较差,需要设置专门的耗能装置,其中外置耗能装置震后可更换,更值得推广;预应力节段预制拼装桥墩鲁棒性差,必须注意提高底节段容许损伤能力;针对预应力节段预制拼装桥墩的基于性能抗震设计才刚刚起步,需要进一步发展。

体外预应力凸块锚固区配筋设计研究

混凝土凸块锚固区是体外预应力的一种常见锚固形式,目前尚没有成熟的设计方法。本文通过有限元数值分析,揭示了产生局部拉应力集中的3种作用效应;在此基础上,提出了这3种局部作用效应合拉力的解析计算公式,作为凸块锚固区定量化配筋设计的依据。通过南京长江第四大桥引桥凸块锚固区的设计实践,表明该方法具有良好的实用性。

BIM模型编码可变性检验与自动匹配方法研究

为解决BIM元素变更导致的Web-BIM系统数据库与BIM元素无法匹配的问题,本研究首先根据各类BIM文件的特点,选择Rvt文件作为编辑BIM文件,选择Gltf文件作为Web端加载文件。对BIM模型的编码可变性进行了验证,结果表明对BIM构件尺寸修改、属性修改、位置移动等操作均不会改变构件的编码;若对BIM构件进行删除,该构件会被赋予新的编码,但其他构件的编码均不会被影响。本研究提出一种BIM模型变更前后自动匹配方法,通过建立元素识别和跟踪数据库、元素匹配算法、用户交互及确认、更新质量信息、定期检查等步骤,可以实现BIM模型变更前后Web端与BIM元素的匹配,为建筑项目的管理提供了有力的工具。

考虑预应力提高效应的混凝土梁抗剪承载力

为研究预应力对混凝土梁抗剪承载力的影响,通过分析剪跨内中性轴处微元体应力和预应力对桁架模型倾角的影响,揭示了预应力水平分量对混凝土和箍筋抗剪贡献提高机理.基于试验数据,对主要影响因素进行无量纲分析和回归分析,提出了预应力对混凝土抗剪贡献提高系数的计算方法,叠加箍筋抗剪贡献和预应力竖向直接抗剪贡献,建立了预应力混凝土梁抗剪承载力理论计算公式.结果表明,所提公式形式简单,物理意义明确,可综合考虑抗剪承载力主要影响因素.利用414片预应力混凝土梁对公式进行验证,抗剪承载力试验值与计算值的比值均值为1.016,标准差为0.193,表明该公式可较好地预测预应力混凝土梁抗剪承载力.

某工程连廊及不规则悬挑结构振动舒适度分析与控制

针对某工程连廊及不规则悬挑结构,基于MIDAS/Gen软件建立有限元仿真分析模型,按照国内外相关规范,验算结构正常使用时各人行荷载工况下的舒适度。针对不满足要求的结构,开展基于调谐质量阻尼器(TMD)的振动控制分析,并对无控制状态及振动控制后的计算结果进行对比。结果表明:连廊及悬挑结构在人行荷载激励下部分工况下竖向加速度响应超过规范限值,最大可达0.9839m/s^(2),采用TMD系统进行减振控制后,结构加速度响应得到有效降低;对于超限工况,TMD有效减振率在69%以上,最高减振率达90.82%,平均减率为85.59%。

折纸型准零刚度系统的隔振性能研究

准零刚度隔振系统因具备高静态低动态的刚度特性得到广泛研究,但是较短的准零刚度行程限制了其在低频隔振领域的应用推广。基于非线性正刚度和非线性负刚度并联的理念,由Kresling折纸构型启发设计一种新型的准零刚度隔振系统,采用有限元分析准零刚度隔振系统的可行性。建立了折纸型准零刚度系统的力学模型,研究了在正常工况下阻尼比、荷载幅值和回复力模型高阶项对幅频特性和力传递特性的影响,并扩展到过载工况下折纸型准零刚度系统隔振性能研究。开展折纸型准零刚度系统隔振试验并与有限元结果进行对比分析。分析结果表明,隔振系统随着阻尼增大和激振力幅值减小,响应幅值和传递率均会减小。具备高阶项的回复力模型使折纸型准零刚度系统在正常和过载工况下具有更低的起始隔振频率、共振频率以及振动传递率。试验验证折纸型准零刚度系统具备较为良好的隔振性能。

先张法预应力混凝土构件预拉区裂缝的控制要点

先张法预应力技术在桥梁工程中应用广泛,也有望大量应用于工业化建造的预制受弯构件中。文章在概述先张法预应力构件特点的基础上,通过截面核心的概念,阐述了防止放张时预拉区开裂的原则,即预应力钢筋应被布置在截面的核心范围内。通过采用高效率的异形截面,截面核心的范围得到扩展,而混凝土抗拉强度和自重弯矩的考虑将进一步扩展截面核心的范围。由于自重弯矩沿纵向的变化,在先张法构件中,需要通过引入失效段的方式来改变有效预应力的大小,以使截面核心与预应力钢筋的直线布置相适应。

预应力混凝土框架梁中预应力效应分析研究

针对预应力混凝土框架梁预应力效应开展理论和数值分析,指出了将预应力混凝土框架梁简化为固定翼缘宽度线性构件的方法存在局限性。建立了梁板结构实体模型,分别施加竖向荷载和轴向等效集中力,对楼板内的正应力分布情况展开分析。结果表明:在框架梁承受轴向力时,楼板承受正应力的范围沿梁长度方向存在显著的不均匀分布现象,常用的线框模型无法准确反映梁正应力分布。分别建立了梁板结构的实体模型、固定翼缘宽度梁线框模型和梁板结合模型,对模型施加预应力等效荷载,并进行预应力效应对比分析。结果表明:固定翼缘宽度梁线框模型无法考虑楼板约束引起的梁内次轴力,导致其在变形和裂缝宽度分析中存在较大误差;实体模型分析准确但时间成本过高;梁板结合计算模型可以充分考虑肋梁在板约束下产生的次轴力效应,可实现以较小的分析成本准确计算内力和变形。

碱性环境中BFRP筋耐腐蚀性能试验研究

针对玄武岩纤维增强树脂基复合筋材(BFRP筋)在碱性环境中的耐腐蚀性能和腐蚀机理进行了试验研究,试验变量包括树脂基体种类、碱性环境类别、腐蚀龄期等。碱性环境包括碱溶液浸泡和潮湿混凝土包裹两种,筋材分为环氧树脂基体复合筋(BE筋)和乙烯基酯树脂基体复合筋(BV筋),试验最长龄期为120d。为加速腐蚀效果,试验采用60℃的高温浸泡。并采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后的筋材微观结构进行分析,对腐蚀机理进行了研究。试验结果表明:BE筋腐蚀前后强度均高于BV筋,BE筋的耐碱性能优于BV筋;SEM观察发现沿筋材径向,BE筋中出现明显的腐蚀层和未腐蚀层的分界,而BV筋中没有出现明显的纤维松散层,但是出现了大量的界面脱粘和微裂缝,分析认为强度退化主要是由纤维/树脂界面脱粘导致纤维不能协同受力引起;通过对BFRP筋在直接碱溶液浸泡和混凝土包裹环境下浸泡后的退化规律的比较分析得出,两种情况下的时间转换因子为2.67。

海洋环境下BFRP筋与混凝土黏结性能及基本锚固长度计算方法研究

本文研究了海水浸泡环境对BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋与混凝土黏结性能的影响,测试了不同温度(25℃,40℃和55℃)下极限黏结强度随浸泡龄期的变化规律。结合加速腐蚀理论,并考虑环境温度和湿度的影响,对极限黏结强度随服役年限的变化规律进行了预测。参考既有文献中的97个BFRP筋黏结强度试验数据,推导了BFRP筋短期黏结强度计算公式。依据本文理论预测得出的50年设计使用年限下的黏结强度损伤因子,推导了不同环境湿度类别下的锚固长度计算公式。试验结果表明:25℃,40℃和55℃海水浸泡60天后,极限黏结强度分别降低了5.8%、9.1%和13.0%。预测结果表明,在南海年平均温度下,服役50年后,室内环境、一般室外环境和潮湿海洋环境类别下的黏结强度损伤因子分别为0.19、0.32和0.51。本文提出的基本锚固长度设计方法可为相关规范条款的制定提供依据。

FRP筋增强混凝土结构耐久性能研究进展

一般认为在恶劣服役环境下,可利用纤维增强复合材料(FRP)筋替代普通钢筋,从而有效提升混凝土结构的耐久性能。但研究表明,FRP筋并非完全免疫于服役环境,其在腐蚀性环境下的耐久性能一直是困扰FRP筋在土木工程中应用的关键问题之一。文章从三个方面系统梳理了国内外关于FRP筋增强混凝土结构耐久性的研究进展:①在试验研究方面,从FRP筋自身、FRP筋与混凝土黏结以及FRP筋增强混凝土构件三个层次,对近几十年来国内外有关FRP筋增强混凝土结构耐久性能试验研究的进展进行系统的梳理;②在长期性能预测方法方面,对现有的各类FRP筋长期性能预测模型和理论进行梳理;③在设计方法方面,总结目前各国有关FRP筋增强混凝土结构耐久性的设计方法,比较了规范间的差异。文章梳理工作对提升我国FRP筋增强混凝土结构设计水平和推广FRP筋的工程应用,具有重要的参考意义。

体内-体外混合配束节段预制拼装箱梁足尺模型试验研究

以南京长江第四大桥引桥为背景,开展了一孔48 m跨径体内-体外混合配束节段预制拼装箱梁的足尺模型试验,以研究该类箱梁在正常使用阶段和施工状态下的结构行为。根据试验箱梁的尺寸参数以及实际约束条件确定了拼装与加载方案。本文重点研究正常使用荷载和梁上运梁两种工况下梁体应力状况与位移变化等结构静力性能,并与试验梁实体有限元模型进行对比分析。研究结果表明:在正常使用阶段,加、卸载后拼装梁体残余变形较小,基本处于弹性工作状态,整体性较好;键齿接缝两侧基本无相对滑移,接缝截面纵向应变沿梁高大致呈线性变化,力学行为基本符合平截面假定;体外预应力束在转向处基本无滑移,体内外预应力增量随跨中弯矩基本呈线性变化;在梁上运梁工况下,实测梁体下缘压应力储备充足,满足运梁安全性要求。

基于Miura折纸的蜂窝材料共面缓冲性能研究

针对当前铝蜂窝材料在共面缓冲性能方面的不足,基于已有的内凹六边形蜂窝和Miura折纸单元,提出了一种改进型内凹六边形蜂窝材料。利用有限元软件,建立了3种有限元模型并进行了共面和异面方向的准静态压缩模拟,获得了3种模型在2种工况条件下的变形模式和表征缓冲性能的平台应力值。基于所提蜂窝材料,设计了一种折纸型二级缓冲结构并进行了有限元分析。分析表明,提出的改进型内凹六边形蜂窝具有三维负泊松比特性,该性能使蜂窝在共面压缩时具有更高的平台应力;二级缓冲结构满足飞行器在正常着陆工况和特殊严苛着陆工况的不同缓冲性能要求。

装配式混凝土结构体系研究进展

装配式混凝土结构具有跟传统现浇结构截然不同的施工工艺及节点构造,并能方便地与预应力、新材料等技术有机结合,突破了现浇结构的一些局限,因而能带来良好的结构体系性能、乃至新颖的结构体系形式,符合我国产业升级和绿色发展的要求,已经成为目前建筑业结构调整和转型升级的必然途径。但现阶段装配式混凝土结构体系繁多,发展应用缓慢等突出问题在一定程度上限制了其理论发展和工程应用。本文从体系形式、优缺点、试验研究等方面论述了装配式混凝土框架结构、装配式混凝土剪力墙结构、空间盒式结构与模块建筑结构等几类适用于多高层工业与民用建筑的装配式建筑结构体系,聚焦于体系层面、尤其是装配式混凝土抗侧性能的特点,重点介绍并梳理了最新研究进展,以期为后续装配式混凝土结构的理论研究及发展应用提供相应参考。

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法:根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明:为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。

绍兴山水馆弦支穹顶结构施工技术

绍兴山水馆C馆为钢桁架弦支穹顶组合网壳结构,通过对中心弦支穹顶结构的施工过程进行张拉分析,提出了逐环分批次循环张拉径向钢拉杆的施工方案,在结构中建立设计预应力的同时可以有效控制结构形态,并且减少了张拉设备的投入。通过对铸钢索夹节点进行抗滑移模型试验,得出索夹抗滑承载力为350kN,大于节点最大不平衡力200kN,可以满足工程要求。

考虑摩擦滑移拉索的张拉过程研究

拉索在施工过程中的受力与工作状态有明显的区别,施工过程中拉索可能处于可变结构状态或机构状态,柔性索结构最终的形状及结构刚度是与张拉过程密切相关的。在张拉过程中,包含了弹性变形和刚体运动的耦合。该文对考虑弹性变形索结构的运动过程进行了数值仿真分析,并且考虑了摩擦滑移在索结构运动过程中的影响。在给出拉索变形协调方程的基础上,采用静力方法来模拟索结构的运动过程,将运动驱动独立于形态变量,即将索结构的运动过程看成由一系列离散的受荷机构平衡形态组成。随后推导了悬链线索单元在支撑点处的滑移刚度和摩擦滑移刚度,给出了索结构运动过程中考虑索滑移的计算方法。最后对广州珠江新城西塔预应力拉索的张拉过程进行了数值模拟分析,较好地将该文的方法应用于实践中。

一种求解索杆张力结构整体自应力模态的能量方法

索杆张力结构通过预应力来获取刚度和承载能力,因此预应力态的确定是进行其他分析的基础。针对这种柔性结构体系,提出一种求解整体自应力模态的能量方法,通过特征值分析获取使结构初应变能取驻值的自应力模态。分析表明,这其中包含了结构各个线性独立的满足整体对称性要求的自应力模态,其实质是求得整体自应力模态解空间的一组满足初应变能驻值条件的标准正交基。该方法无需预先根据结构的对称性人为对杆件分组,降低了工作难度和出错的可能性,可作为整体可行预应力法的补充,应用于拓扑复杂的结构。算例分析结果显示,对于单整体自应力模态的结构,该方法与整体可行预应力法的找力分析结果一致。而对于多整体自应力模态的情况,初应变能取驻值这一约束条件的引入使求得的多组整体自应力模态中更易包含可行解,从而有利于将索杆张力结构的预应力设计问题转化为相对简单的单变量(预应力水平系数)优化问题进行求解。

约束优化理论和动力松弛技术在张拉整体结构找形分析中的联合应用

在诸多具有代表性的张拉整体结构找形方法中,一个有效的思路是将其归结为约束优化问题,从而运用非线性规划的方法进行求解。文中首先证明了约束优化问题的最优性条件与张拉整体结构平衡方程的等价性。随后,在优化模型的求解问题上,利用目标函数的梯度向量即为节点不平衡力这一重要关系,在梯度法的基础上引入动力松弛思想,让非平衡形态下的质点系在不平衡力的作用下开始运动,并通过"运动阻尼"使结构收敛至平衡位形。计算实践表明,引入动力松弛技术可确保迭代点在无需步长调整的情况下稳定而迅速地逼近极小点的邻域,改善梯度法在极小点附近收敛缓慢,须逐步减小步长以提高收敛精度的不足。由于目标函数中幂指数的取值对找形的成败影响较大,文中对此进行了重点探讨,建议其合理取值为3或4。在幂指数取定的情况下,通过调整权重系数和目标杆长控制结构位形,从而获取理想的找形结果。对于存在固定节点的索杆体系,还给出边界条件的处理方法,为开发新型空间结构提供有效的工具。