高轴压比下小剪跨比剪力墙的抗震性能试验研究

通过5片不同轴压比下小剪跨比剪力墙构件的低周反复荷载试验,研究了高轴压比对小剪跨比剪力墙的破坏模式、受剪承载力、延性、刚度特征及耗能能力的影响,并对加载全过程中剪力墙腹板双向钢筋的受力情况及传力机制进行分析。研究结果表明:所有构件均发生了剪切破坏,并在高轴压力作用下发生了平面外的错动;高轴压比阻碍了裂缝的产生及发展,提高了构件的受剪承载力,但在构件达到峰值荷载后,强度和刚度退化剧烈,极限位移小,提高边缘约束构件配箍率可以有限地提高构件的变形能力、延性及耗能能力,但对破坏模式、传力机制的影响不大。轴压比对构件的传力机制有着显著的影响,当轴压比较小时,桁架作用明显,水平钢筋与竖向钢筋对受剪承载力的贡献相当,均能充分发挥作用;当轴压比较高时,拱作用明显,水平钢筋未能充分发挥作用,对受剪承载力的贡献有限,竖向钢筋主要对拱作用有贡献。

二次爆炸作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值模拟

为了探究钢筋混凝土梁在二次爆炸作用下的毁伤效应,开展了相关数值分析研究:利用LS-DYNA中的流固耦合算法和完全重启动技术,对钢筋混凝土梁二次爆炸试验进行了数值模拟,分析结果与试验结果基本一致,验证了模拟方法和材料模型参数的正确性;在此基础上,对二次爆炸场景进行扩展,对典型足尺钢筋混凝土梁进行建模分析,探究了爆炸场景、混凝土强度、纵筋配筋率和箍筋配筋率对二次爆炸作用下钢筋混凝土梁损伤破坏模式和动力响应的影响。结果表明:由于压力膜效应的存在,在保持爆炸总当量不变的前提下,单次爆炸对钢筋混凝土梁构件造成的损伤比连续两次爆炸造成的累积损伤更严重;提高混凝土强度可以显著提高二次爆炸作用下钢筋混凝土梁的抗爆性能;提高纵筋配筋率对梁抗爆性能的提升效果不明显;而对混凝土梁支座部位采用箍筋加密措施可以降低钢筋混凝土梁在爆炸作用下的剪切破坏程度,提高钢筋混凝土梁在二次爆炸作用下的抗爆性能。进一步计算得到了所涉及二次爆炸场景下两种不同设计参数钢筋混凝土梁的等损伤曲线,建立了相应的损伤程度分区图。

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点受剪承载力计算方法

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

基于机器学习的混凝土构件损伤模型研究

本文以双参数损伤模型为基础,提出基于机器学习的损伤模型构建方法,并使用多层感知机(人工神经网络)及多项式回归两种方法进行损伤模型的构建及横向比较,最后分析得出多项式特征组合项中对损伤模型具有影响的组合项。研究结果表明,多项式回归为较优的机器学习损伤模型获取方法,通过机器学习方法构建的损伤模型具有一定的可行性。

缓粘结预应力框架梁-钢次梁混凝土结构施工关键技术

目前,缓粘结预应力框架梁-钢次梁结构体系研究处于起步阶段,在实际工程中几乎没有应用,并且尚未制定相关规范或设计手册。若想充分发挥缓粘结预应力框架梁-钢次梁结构的性能优势,并广泛应用于实际工程中,必须对其施工工艺进行全面总结,归纳施工要点,把握施工质量,形成一套完善成熟的施工体系。该文通过调研,从缓粘结预应力技术、叠合板、混凝土主梁-钢次梁及各部分之间连接方式等几个方面进行了施工工艺研究,指出了施工过程中的注意事项。

基于计算机视觉技术的裂缝特征参数提取方法研究与裂缝检测系统设计

目前国内外学者针对混凝土结构所提出的裂缝图像处理算法可移植性较差,还未有较为通用的算法。对目前常用的图像预处理算法及特征参数提取算法在混凝土裂缝图像识别方面的适用性进行了研究,从相机的拍摄和校正、图像预处理、裂缝特征参数提取等方面对比了不同的算法处理效果,并自主开发了一套混凝土裂缝检测系统。

基于超声导波的钢管杆件损伤探测模拟

为研究网架结构中钢管杆件损伤缺陷检测的问题,选择在杆端施加位移的方式进行有限元分析。考虑超声导波需要具有在特定频率范围内不发生频散的特征,选择L(0,2)模态超声导波开展无损检测。分析了适用于钢管无损检测的导波信号频率和信号周期特征,利用L(0,2)模态超声导波进行了不同圆周夹角的周向缺陷和不同长度轴向缺陷的导波检测。有限元分析结果表明,考虑多模态叠加和最大反射率的影响,频率为70 kHz周期为10的Hanning正弦信号激励的超声导波适用于钢管杆件的缺陷检测;当钢管缺陷宽度与深度不变时,周向损伤占圆周的比值与信号平均反射率成线性正比关系。对于杆件的轴向裂纹检测,可以利用信号反射率与裂纹宽度的关系进行对比判断。

螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙承载力计算方法

近年来,随着国家大力推动建筑工业化的发展,预制装配式剪力墙结构得到了广泛的应用。为了减少现场施工过程中的湿作业,在保证预制混凝土剪力墙接缝连接质量可控的基础上,提出了一种新型螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙。在剪力墙构件受力核心区域(边缘构件)处的连接设计上采用“等强度替换”原则,即边缘构件处连接螺栓抗拉强度大于对应连接钢筋的抗拉强度。随后,结合国家相关现行规范,对螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙承载力进行了计算,并与有限元模拟结果进行了对比验证。结果表明:正截面承载力计算值与有限元模拟结果基本吻合;通过对比剪力墙斜截面抗剪承载力计算值与有限元模拟值发现,对小剪跨比的剪力墙来说,其最大水平推力模拟值大于其抗剪承载力,剪力墙的破坏模式为剪切破坏,并与混凝土损伤云图进行了对比验证;水平接缝处抗剪承载力的计算结果表明螺栓连接剪力墙结合面在水平方向具有很大的安全储备,构件在加载过程中不会出现水平方向的相对剪切滑移。

爆炸荷载作用下大跨预应力混凝土框架动力响应分析

为了研究预应力混凝土(prestressed concrete,PC)框架结构的抗爆性能,利用有限元软件LS-DYNA对一栋3层2跨的大跨有/无黏结PC框架结构在不同比例距离的外部远爆荷载作用下的动力响应进行了分析。分析结果表明:混凝土预应力框架在地表远爆荷载作用下,最大层间位移角与前墙所受峰值反射超压近似成线性关系;有黏结混凝土预应力框架结构层间位移角相较于无黏结混凝土预应力框架更小,损伤分布更均匀,结构抗爆性能更好;基于分析结果,给出了不同比例距离对应的损伤状态,可用于对混凝土预应力框架结构进行爆炸损伤状态快速评估。

高强混凝土收缩徐变试验及预测模型研究

通过苏通大桥连续刚构所用高强混凝土的收缩徐变试验,以及其他几组不同强度等级的高强混凝土收缩徐变试验,探讨了目前常用收缩徐变模型对高强混凝土收缩徐变的适用性。试验结果表明,高强混凝土的徐变系数一般低于常用的徐变模型预测值;而现桥规采用的CEB-FIP90收缩模型有低估高强混凝土收缩发展的危险,并且,随着混凝土抗压强度的提高,预测精度有降低的趋势。针对高强混凝土收缩徐变的特点,提出了考虑混凝土强度因素的修正收缩、徐变模型。最后运用B3变异系数法比较了这几种模型预测高强混凝土收缩徐变的精度,比较结果表明,修正收缩、徐变模型对高强混凝土收缩徐变预测的精度相对于现有模型有较大提高。

混杂聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能

目前配置ECC(engineered cementitious composites,ECC)的聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol,PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高.国产PVA价格合理,但国产PVA-ECC的拉伸延性有限,为了进一步提高水泥基复合材料的拉伸延性,兼顾应用成本,将国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC,为实际工程结构性能提升提供更多的材料选择.首先基于微观力学模型,确定混杂PVA-ECC中PVA纤维的体积分数,对设计的5组不同配合比的混杂PVA-ECC试件进行四点弯试验、单轴拉伸试验及单轴压缩试验,确定混杂PVA-ECC的较优配合比.最后对典型配合比ECC进行性能和成本对比分析,提出了低成本、较低拉伸性能的配合比M7,中等成本、较高拉伸性能的配合比M17和高成本、高拉伸性能的配合比M21等3个具有代表性的配合比,供实际工程根据结构性能的需要进行选择.采用混杂PVA纤维配置ECC,可降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能.

配筋对高强混凝土收缩徐变影响的试验研究

针对苏通大桥辅桥主梁采用的C60高强混凝土,通过室内标准环境下的混凝土徐变试验,将试验结果与现有5种徐变预测模型(ACI209-82、CEB-FIP90、GZ1993、B3和GL2000)进行比较,得到适用于苏通大桥辅桥高强混凝土的徐变模型,并根据高强混凝土的特点对其中的某些参数进行了修正。根据素混凝土和三种配筋率混凝土试件的收缩徐变试验,得出配筋对混凝土收缩徐变的影响规律。考虑混凝土收缩、徐变和松弛三者共同影响,推导了非预应力筋重心和预应力筋重心位置在不同截面高度时配筋对收缩徐变的影响系数计算公式,和试验结果吻合较好。最后根据大跨度预应力梁桥采用的混凝土特性和非预应力筋的布置状况,给出了大跨梁桥中配筋对混凝土收缩徐变影响系数的实用公式。

装配式板桥的横向预应力设计

基于摩擦抗剪的概念,提出一种确定横向预应力张拉设计值的方法.计算表明:在考虑板间铰缝及混凝土桥面板纵向开裂的情形下,装配式板桥的横向联结性能随着横向预应力的增大而增加;但是当横向预应力水平达到一定的程度(如Np0)之后,其横向联结性能基本不变,横向预应力的设计张拉值应大于Np0.通过美国马里兰州的一座装配式实心板桥的车载试验,研究了横向预应力对桥梁横向联结性能的影响.理论及试验表明,当桥面板及铰缝没有纵向开裂时,板间具备了足够的荷载横向传递能力,横向预应力对桥梁的横向联结性能影响不大.但横向预应力的存在,保证了铰缝和铺装层开裂后桥梁具有良好的横向联结性能,可以有效地抑制纵向裂缝病害的发展,确保桥梁的使用性能和安全性.

大跨径连续刚构桥主跨底板合龙预应力束的空间效应研究

对大跨径连续刚构桥中跨底板混凝土在底板预应力筋作用下可能纵向开裂的现象进行了分析,阐述了产生这种现象的力学机理。根据一座跨径布置为140 m+268 m+140 m的单箱单室预应力连续刚构桥的结构与设计特点,对该桥在底板预应力作用下的空间效应不利影响进行了分析,提出了避免跨中箱梁底板纵向开裂、底板混凝土向下崩出和腹板竖向拉应力过大的建议,可为大跨度连续刚构桥的设计提供参考。

基于显式MCFT的钢筋混凝土梁受剪承载力计算方法研究

受剪承载力计算是钢筋混凝土结构中最基本的理论和工程设计问题,但由于其机理复杂、影响因素众多,目前仍没有一种被普遍接受的抗剪理论和计算方法。基于修正斜压场理论(MCFT),考虑了斜裂缝之间混凝土拉应力对受剪承载力的影响,通过合理简化,得到混凝土斜压杆角度的显式计算公式。考虑了斜向开裂后混凝土斜压杆在拉压双轴受力状态下的本构关系,编制了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的计算程序。最后推导了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的简化计算公式,相比MCFT,无需查表或迭代计算。建立了209根钢筋混凝土矩形梁的剪切试验数据库,采用统计特征值法和影响因素分析法,对提出的显式MCFT、GB 50010—2010、JTG D62—2004、ACI318-08和CSA-04规范中的抗剪计算方法进行评估,结果表明显式MCFT的计算精度较高。

基于不确定性分析的大跨径PC箱梁桥后期备用束设计

介绍了大跨径PC箱梁桥时变效应的不确定性分析方法,在数值模拟中采用了拉丁超立方抽样(LHS)方法,减少了抽样次数,对实桥的长期变形进行了预测,并给出了具有一定置信水平的长期变形区间。对体外备用束的布置方案进行了对比,并根据长期变形置信界限值与确定性计算值的差值确定后期备用束的数量。结果表明:布置体外顶板束和折线束对改善长期下挠病害比较有效。

考虑收缩、徐变和松弛相互影响的预应力长期损失计算

由于混凝土的收缩、徐变和预应力筋松弛的影响,会产生截面应力重分布,使得混凝土的预压应力减少,预应力筋的拉应力降低。若对预应力长期损失预测得不准确,会引发桥梁运营后工作状况的劣化,如混凝土的开裂和过大的下挠或上拱。文章考虑混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛三者相互影响,考虑了非预应力筋重心和预应力筋重心不重合的一般情况,推导了预应力长期时变损失的计算公式,并与试验结果及现桥规进行了比较,最后对桥规中计算预应力长期损失的方法提出了改进建议。

ECC/RC组合梁受弯性能试验研究与分析

工程用水泥基复合材料(ECC)具有超高的韧性与优异的裂缝控制能力,提出采用ECC制作U型永久性模板,与混凝土形成外包式ECC/RC组合梁,以提高构件的力学性能和耐久性能.给出了ECC/RC组合梁受弯非线性分析方法,并开展了3种不同界面处理方式的ECC/RC组合梁的弯曲性能试验研究.结果表明,相比RC梁,ECC/RC组合梁的承载力和延性均有所提高;当荷载低于极限承载力的80%时,组合梁的最大裂缝宽度小于100μm;不同的界面处理对组合梁的极限承载力影响较小,但对延性系数有影响.试验结果验证了组合梁受弯非线性分析方法的正确性.基于ACI规范所采用的有效惯性矩法,提出了ECC/RC组合梁正常使用极限状态下挠度的简化计算方法,得到基于内力平衡的组合梁完全开裂截面的惯性矩公式,利用该简化方法计算得到的预测值与试验值吻合较好.

混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC,Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。

大跨径预应力混凝土箱梁桥设计中的几个问题

预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构性能和简洁优美的外形,在世界各地得到了广泛应用。但近年来,一些大跨径预应力混凝土箱梁桥在运营一段时间后,普遍出现箱梁腹板开裂和跨中下挠等病害,这些病害影响了桥梁结构的使用性能和耐久性,而导致这些病害的原因还没有完全明确。针对这些病害,从箱梁纵向预应力设计、竖向预应力设计、竖向预应力损失、结构构造设计、箍筋配置、混凝土材料特性等方面对箱梁进行了研究分析,得出了一些具有实用价值的结论。重点比较了两种纵向预应力配束方案,结果表明,设置下弯束是抵抗腹板主拉应力过大的有效方式。对导致箱梁结构长期下挠的主要成因在机理上进行了解释,剪切变形与斜裂缝发展对薄壁箱梁的长期变形影响不可忽视,并对开展控制跨中长期下挠等方面的研究提出了建议。