新型单向拉伸土工格栅在边坡加固中的性能初步研究

单向拉伸高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅是一种具有高断裂强度和低蠕变率的拉伸格栅筋条,最大幅宽4m,最大抗拉强度可达260kN/m。本文以一典型加筋边坡工程为例,将其与常规土工格栅进行加固计算对比。通过结果分析:新型土工格栅抗拉强度和屈服强度比常规土工格栅提高约63%;在相同土工格栅布置的情况下,可有效提高边坡整体稳定系数约18%;在相同的边坡加固效果下,采用新型土工格栅可显著节省筋材用量约36%;在相同的边坡稳定状态下,采用新型土工格栅可显著增加边坡填筑高度约67%。因此,该新型土工格栅在边坡加固中具有显著的优势和广阔的应用前景。

地震与墙顶荷载作用下加筋桥台稳定性极限分析

与传统桥台相比,加筋桥台结构轻便、造价经济、抗震性能优越,然而国内规范缺少针对地震与墙顶荷载共同作用下加筋桥台稳定性的计算方法。基于极限分析上限定理,本文对地震与墙顶荷载同时作用下整体式面板加筋桥台的安全系数进行计算分析,研究地震加速度系数、筋材强度与间距、墙顶荷载等因素对加筋桥台稳定性的影响。结果表明:墙顶荷载作用下,水平地震加速度系数由0增大到0.4时,安全系数降低约10%。竖向地震惯性力向下时安全系数小于向上时的安全系数;安全系数随筋材竖向间距的增大而减小,当筋材竖向间距小于墙高的5%时减小趋势明显;当筋材长度超过墙高的70%后,长度对安全系数的影响减弱,仅当筋材设计强度超过20 kN/m、筋材竖向间距小于0.2 m时安全系数出现增大趋势;安全系数随墙顶荷载的增大呈倒V形分布,当墙顶荷载为2倍墙体自重时安全系数取得最大值。

高性能土工格栅加筋土挡墙数值仿真与参数分析研究

以西南地区复杂环境下土工格栅加筋土挡墙为工程依托,采用有限元软件进行数值模拟,研究不同设计参数与不同地震荷载作用下加筋土挡墙受力变形特征。研究表明,随着土工格栅抗拉强度、土工格栅长度的增加,挡墙的变形逐渐减小,以水平变形为例,高性能土工格栅较常规土工格栅减小量为42%,筋材长度由6 m变化为10 m,减小量为14%;随着土工格栅竖向间距的增大,结构变形逐渐增加,同样以水平变形为例,当土工格栅间距由0.6 m增大至1.2 m时,增幅约为29%。研究结果表明,土工格栅抗拉强度是影响加筋土挡墙稳定性的重要因素,筋材竖向间距的影响次之,而筋材长度对结构变形特征的影响较小。在水平与竖向地震荷载作用下,加筋土挡墙的变形量随地震加速度的增加而增大;相较于普通土工格栅,高性能土工格栅限制加筋土挡墙变形行为更显著。

聚丙烯成核剂的制备和性能

采用了氧化锌和邻苯二甲酸酐作为反应前体,通过半固态法和固态法制备出聚丙烯成核剂邻苯二甲酸锌[ZnPht,ZnPht(S)]。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪验证了反应产物;利用偏光显微镜(PLM)和X射线衍射(XRD)仪研究了结晶行为及晶体结构。结果表明,加入ZnPht,ZnPht(S)成核剂后聚丙烯(PP)球晶尺寸变小,其中加入质量分数0.2%的ZnPht(S)成核剂PP结晶后的球晶直径为13.68μm,相比纯PP球晶尺寸减少了80.9%,有β晶型生成。拉伸测试表明,相比于纯PP,添加成核剂后PP的拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率均有明显提高,其中加入质量分数0.2%的ZnPht(S)的断裂伸长率提高18.58%,拉伸弹性模量提高29.47%。

土工格室规格对加筋土剪切性能的影响

土工格室加筋结构由于抗震性好、施工简便、造价低廉,而广泛应用于公路、铁路等交通基础设施中。目前土工格室加筋结构中仅考虑了土工格室的抗拉强度,而未考虑土工格室规格的影响,使土工格室的选用主要依靠工程经验。通过对5种不同规格土工格室开展室内直剪试验,研究了条带高度、结点间距及法向应力对土工格室–砾砂剪切力学特性的影响,通过引入加筋强度系数评价了不同法向应力、土工格室规格的加筋效果,最后分析了土工格室规格对剪切强度参数的影响。试验结果表明:不同规格土工格室均可有效提高加筋结构的抗剪强度,其中抗剪强度随条带高度的增大、结点间距的减小而增大,同时条带高度对剪切强度的贡献约是结点间距的1.8倍。土工格室加筋砾砂的抗剪强度随法向应力增大而增大,但其加筋强度系数随法向应力的增大而减小。50 kPa作用下,条带高度对加筋强度系数的增幅在12.57%以上,而结点间距对加筋强度系数的增幅却不足3.80%。土工格室加筋可显著提高填料的黏聚力,其中条带高度对黏聚力的提高尤为显著,增幅约为25%,而对内摩擦角提高相对较少,增量最大为5.11°。试验结果可为土工格室在实际工程中的应用和理论研究提供实验基础。

成核剂对聚酯切片非等温结晶性能的影响

为了提高聚酯(PET)切片结晶速度,采用差示扫描分析仪(DSC)研究了5种成核剂对聚酯切片的非等温结晶性能的影响,并采用Jeziorny法对非等温结晶过程进行分析,发现Jeziorny法适合描述聚酯的非等温结晶过程;分析结果表明,滑石粉、苯甲酸钠、碳酸钠及碳酸氢钠均具有促进PET结晶的作用,其中苯甲酸钠的效果最理想,而硫酸钠会阻碍聚酯切片的结晶。

混杂纤维发热格栅增强砂浆/混凝土板力学性能

为了解决混杂纤维发热格栅碳纤维保护不足、固化后不易盘卷等问题,提出了一种碳纤维发热芯与玄武岩纤维格栅协同变形一致、绝缘效应良好的混杂纤维发热格栅。通过改变基体材料、埋入深度和碳混杂率,研究混杂格栅在不同基体内的黏结性能,分析了混杂纤维发热格栅增强砂浆/混凝土板的弯曲性能和电阻性能,相应的格栅截面配筋率分别为0.2%和0.1%。结果表明:格栅混凝土基体界面黏结性能优于与格栅砂浆基体界面黏结性能。界面黏结性能随着碳混杂率的增大而提升,而黏结应力随着埋入深度的增大而降低。加入格栅可大幅提升素基体板的极限承载力、极限挠度和延性。100%碳混杂率格栅增强砂浆板的极限承载力和极限挠度分别提升141.8%和90倍,而100%碳混杂率格栅增强混凝土板分别提升108.5%和23倍。砂浆增强板破坏时,碳纤维发热芯未破坏,电阻变化率保持在3.32%以内;混凝土增强板破坏时,大部分100%碳混杂率格栅碳纤维发热芯未破坏,电阻变化率保持在1.08%以内。在施加20000次往复荷载作用后,50%极限荷载水平对应的混凝土增强板跨中位移和电阻变化率趋于稳定。

导水加筋土工织物的力学和芯吸性能分析

以4DG尼龙纱线和涤纶长丝为原料,设计并制备导水加筋土工织物。为探究排水纱线和加筋纱线线密度对导水加筋土工织物抗拉强度、撕破强力、顶破强力及芯吸性能的影响,制备了6种导水加筋土工织物并测试其性能。结果表明:所得导水加筋土工织物在其排水方向上的芯吸性能良好,且结构稳定,力学性能良好;增大排水纱线线密度,织物的经向抗拉强度随之增加,但纬向抗拉强度和撕破强力下降;增大加筋纱线线密度,织物的纬向抗拉强度增加,但经向抗拉强度下降,撕破强力也相应降低。

条形荷载作用下加筋土挡墙承载力上限分析

研究目的:轻型支挡结构加筋土挡墙在铁路、公路等交通土建中被大量采用。实际工程中的加筋土挡墙墙顶常作用条形荷载,如加筋桥台等。虽然当前加筋土挡墙设计中规定了破裂面形状,却未给出墙顶条形荷载作用时墙体的承载力。准确计算条形荷载作用下加筋土挡墙的承载力,对于有效保证实际工程中结构的稳定性具有重要意义。基于规范中的失稳机制与上限定理,求解加筋土挡墙承载力上限解。研究结论:(1)计算方法可以较好地反映实测结果,具有较高的准确性;(2)加筋土挡墙承载力随条基宽度的增大而非线性减小;(3)当条基远离挡墙面板时的承载力相对更大;(4)墙体筋材长度大于墙高的0.7倍后,其对承载力几乎不产生影响;(5)当筋材竖向布置越紧密时,筋材强度对承载力的影响越显著;(6)填土强度与承载力近似呈线性关系;(7)本研究成果有助于加筋土挡墙的设计与推广应用。

拉伸速率对经编土工格栅拉伸特性的影响研究

文章通过对4种不同强度的经编聚酯土工格栅开展室内单轴拉伸试验,研究了拉伸速率对其拉伸性能的影响。试验结果表明:在单轴拉伸过程中,拉伸速率对不同标称抗拉强度土工格栅的影响不同,但4种土工格栅的拉伸曲线具有相似性,说明土工格栅经纬向纱线的拉伸失效机制具有相似性,破坏时应变均在10%以上。随着拉伸速率的增大,土工格栅的拉伸强度增加,峰值应变减小,割线拉伸模量增大。试验结果对加筋结构内部力学机制的分析具有重要的参考价值。

混杂纤维发热格栅的力学性能及力阻效应

传统的融雪化冰方法存在耗时耗力、污染环境等问题,兼具加筋增强和电热效应的混杂纤维发热格栅布设于道路面层进行融雪化冰成为近年来一个重要的研究方向。本文研究了碳纤维发热芯、混杂纤维发热格栅的静力拉伸性能及力阻效应,试件包括三种不同基体(环氧树脂、丁苯胶乳乳液、聚氨酯树脂)和两种编织方式(无捻、有捻)共六种碳纤维浸胶纱,玄武岩纤维格栅和碳纤维/玄武岩纤维混杂纤维发热格栅。结果表明:聚氨酯树脂有捻碳纤维浸胶纱作为碳纤维发热芯与玄武岩纤维格栅之间的复合效果良好,这种混杂纤维发热格栅弹性模量为87 GPa,强度利用率可达93.6%,在0~10 000με之间电阻变化率保持在1%以内,满足工程应用的要求。

混杂纤维发热格栅增强混凝土板电热性能

为研究混杂纤维发热格栅增强混凝土板在实际工程中的升温和化冰效果,并对工程中的实际应用提出相关建议。本文研究了发热格栅增强混凝土板在不同严寒温度下的融雪化冰性能,研究参数包含输出功率、冰层厚度、外部温度和发热间隔。结果显示当输出功率增加时,化冰所需时间减少,热量利用率升高;当设置25 mm发热间隔,采用647 W/m^(2)输出功率时,发热格栅增强混凝土板可以在外界环境-16℃时融化3 mm的冰层,在-9℃时融化6 mm冰层,在此输出功率下外部温度对板件升温过程影响较小;当板面的冰层厚度增加时化冰所需时间随之增加,热量利用率升高;此外,发热间隔为50 mm的格栅升温化冰性能与发热间隔25 mm的格栅相似。在混凝土板的化冰试验中,负载电阻电阻值稳定,电阻变化率始终保持在3.6%以内。

拉伸塑料土工格栅在不同拉伸方法下的拉伸特性对比研究

拉伸塑料土工格栅是一种性能优良的土工合成材料,对其拉伸特性以及拉伸方法的研究具有重要现实意义。通过不同拉伸方法及拉伸速率下拉伸塑料土工格栅的拉伸特性来总结单肋法、多肋法对格栅各项力学性能指标的影响。最后得出:随拉伸速率的增大,拉伸方法对峰值应变的影响逐渐减小;拉伸方法对拉伸强度和中低应变时的拉伸模量影响不大,而峰值应变对应的拉伸模量受拉伸方法的影响较大。

熔接型聚丙烯土工格室拉伸特性试验研究

土工格室的强度取决于条带强度和节点强度,同时条带生产工艺和节点连接方式对土工格室强度也有一定的影响。通过对拉伸型聚丙烯(polypropylene,PP)土工格室条带和热熔焊接型节点进行室内单轴拉伸试验,研究试样形状(哑铃形、窄矩形、宽矩形)和试样宽度对PP土工格室条带强度及拉伸变形特性的影响,并比较不同受力状态下熔接节点的失效模式及强度大小。结果表明:3种形状试样的抗拉强度及伸长率从大到小均为宽矩形、哑铃形、窄矩形,试样宽度对PP土工格室条带拉伸性能的影响显著大于试样形状,熔接节点依托于PP条带下的拉伸力学性能表现良好,熔接节点在不同受力状态下的强度从大到小为剪切强度、对拉强度、剥离强度。试验结果可为土工格室的生产、应用以及加筋加固机理的研究提供参考和借鉴。

碳纤维增强中密度聚乙烯材料性能研究

将中密度聚乙烯(MDPE)及碳纤维(CF)熔融共混制备了CF增强改性MDPE复合材料。通过力学性能、差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)及流变分析等方法,研究了添加不同比例CF对复合材料综合性能的影响。结果表明:CF加入后,保持韧性同时能明显改善MDPE复合材料的屈服强度及弹性模量等力学性能,结合SEM及流变分析,CF含量为10%的复合材料的综合性能优异且易成型加工。

复杂条件下土工合成材料加筋土结构关键技术体系与应用

我国的山区(包括山地、丘陵和高原)占国土总面积的69.1%,主要分布在东北、西北、西南、华中等地区。新疆地形呈“三山夹二盆”,北部阿尔泰山,南部为昆仑山系,天山横亘于新疆中部,其中山地面积(包括丘陵和高原)约占新疆总面积的50%以上。目前,我国公路、市政、水利、铁路、民航等基础设施建设正以前所未有的速度快速发展,特别是西部山区地形陡峭,气候寒冷,不利于重力式挡墙修建,而且山区基础设施高填筑构筑物及高边坡较多。