基于IWOA-LSTM算法的预应力钢筋混凝土梁损伤识别

为准确识别桥梁结构的损伤程度,制作了桥梁的关键构件——预应力钢筋混凝土梁,进行三点弯曲加载试验.收集了损伤破坏全过程的声发射(AE)信号,通过AE信号参数分析,将梁的损伤破坏过程划分为4个典型阶段.构建了长短时记忆神经网络(LSTM)模型,根据经验设置LSTM模型的超参数容易导致网络陷入局部最优而影响了分类结果,提出采用Sine混沌映射和自适应权重来改进鲸鱼优化算法(WOA),对LSTM进行超参数寻优.设计了IWOA-LSTM算法模型,训练识别试验梁各损伤阶段的AE信号特征参数.定型网络结构,并识别同种工况下其他梁的AE信号.结果表明:IWOA-LSTM算法模型识别准确率均超过或接近92%,相较于普通LSTM模型,IWOA-LSTM模型识别准确率提高了约7%.

折线先张预应力混凝土梁钢绞线锚固区疲劳受力性能试验研究

探索提高折线先张预应力混凝土梁锚固区疲劳受力性能的策略与方法,分析锚固区的受力特性和常见疲劳问题,提出了多项优化策略,包括材料选择、结构设计、施工工艺改进和疲劳性能监测等方法。策略实施能够有效延长锚固区的疲劳寿命,减少应力集中和裂缝扩展速率,提高结构整体的安全性和耐久性。优化材料性能、创新结构设计方案,探索智能监测技术的集成应用,全面提升预应力混凝土结构的长期性能。

预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析

在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。

PC箱梁桥火灾爆炸联合作用下损伤效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA建立了预应力混凝土(prestressed concrete,PC)箱梁桥三维有限元模型,采用隐式分析方法对PC箱梁桥进行单独火灾分析,得到其在不同时刻下的温度及热应力的分布特征,采用显式分析方法对PC箱梁桥进行单独爆炸分析,得到其在不同爆炸当量下的局部破坏特征以及整体位移情况.随后,对综合考虑高温和高应变率效应的混凝土本构模型和钢材本构模型进行试验验证,在得到可靠性结果的基础上对PC箱梁桥进行火灾爆炸联合作用分析.结果表明:发生桥上火灾时,桥面板的热应力重分布现象应该得到关注,桥上火灾热应力随着燃烧时间的推移,顶板和翼缘板应力下降程度要大于腹板上方混凝土应力下降程度,桥面板的热应力使得在爆炸的过程中会出现小当量炸药也能造成箱梁顶板严重局部损伤的现象.发生小当量爆炸时,若燃烧持续时间较短,材料产生的高热应力起主导作用,从而在后续爆炸过程中对顶板造成严重的局部损伤,但整体位移与常温爆炸相似;若燃烧持续时间较长,材料的高温软化效应起主导作用,顶板损伤情况有所减小,但整体位移会增大.发生大当量爆炸时,无论是材料产生的高热应力还是材料的高温软化均会造成箱梁顶板的严重破损,冲击波在箱梁的聚集作用下冲击底板与腹板交界处,最终底板坍塌.从热应力分布现象和爆炸局部破坏特征来看,单箱多室的箱梁桥可以适当提高抗爆性.

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明:局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%~14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%~21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷载较为敏感,当试件初始荷载值提升20%时,三分点位移量约增大60%。研究成果可以为实际锈蚀桥梁的防火设计和灾后应急提供理论依据。

体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析

随着服役时间的增长和车辆荷载的增加,老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题,采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析,其中,根据不同的CFRP预应力筋的直径(31 mm、43 mm、61 mm)和预应力大小(250 MPa、500 MPa、750 MPa、1000 MPa、1250 MPa),获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。将《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现两者吻合良好,误差在15%以内,从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性,为实际工程加固设计提供参考。

火灾下活性粉末混凝土梁斜截面承载性能研究

为探明火灾下活性粉末混凝土(Receative power concrete,RPC)梁斜截面承载性能退化规律,设计制作了六根RPC简支梁试件,开展了恒载下ISO834标准火灾试验,获得了时间-位移曲线、荷载-位移曲线、内部温度变化、裂缝开展、破坏形态、高温爆裂等数据,分析了剪跨比、荷载水平、配箍率、纵筋配筋率对火灾下RPC梁斜截面承载性能的影响规律。结果表明:剪跨比、荷载水平是影响RPC梁斜截面耐火极限的关键因素,剪跨比由2.5增至3.5,荷载水平由0.25增至0.45,RPC梁耐火极限可降低30 min以上;配箍率对RPC梁的斜截面承载力和耐火极限影响显著;纵筋配筋率对RPC梁耐火极限影响甚微。火灾高温、爆裂削弱了RPC梁的斜截面承载性能,爆裂导致内部材料直接受火,加速其力学性能劣化,使梁斜截面承载力降低33.5%以上。该研究可为火灾下RPC梁斜截面承载安全及火灾后加固修复提供参考。

采用后张预制板技术的组合梁负弯矩段长期抗裂性能研究

组合梁负弯矩区在受拉的不利作用下容易出现混凝土开裂、挠度过大等病害,混凝土长期收缩徐变作用会进一步加重这些病害,严重影响组合梁桥的受力性能。该文提出一种后张预制板抗裂技术,在考虑收缩徐变作用的情况下,基于依托案例进行有限元数值模拟分析,验证该技术的有效性。为考虑收缩徐变作用,该文基于AAEM法的收缩徐变计算原理,编写了适用于ABAQUS显/隐式的时变效应程序,并基于组合梁长期试验验证时变效应程序及有限元建模方法的可行性。研究结果表明:基于AAEM法编写的收缩徐变预测模型及有限元建模方法有较好的适用性,与试验结果较为吻合,误差较小;后张预制板抗裂技术有效降低了因收缩徐变引起的挠度增加、预应力损失,提高了桥梁受力性能。该文可为组合梁负弯矩区开裂问题提供技术参考,也为有限元模拟考虑收缩徐变效应提供一定理论基础。

冻融循环作用下锈蚀预应力混凝土梁受弯性能数值分析

利用ABAQUS软件建立预应力混凝土梁三维有限元模型,对冻融循环以及锈蚀后的预应力混凝土梁分别进行了受弯性能非线性数值模拟分析和试验研究,模拟分析所得荷载⁃跨中挠度曲线与试验研究所得吻合良好,验证了模拟分析结果的合理性。在此基础上,建立冻融循环与锈蚀共同作用下的预应力混凝土梁有限元模型,分析不同参数下预应力混凝土梁的受弯性能。结果表明,冻融循环与锈蚀共同作用下预应力混凝土梁的抗裂能力与抗弯承载力相对于单一环境作用下明显减小;冻融循环与锈蚀共同作用下预应力混凝土梁出现了两种典型的破坏方式:混凝土压碎与预应力筋拉断;随着混凝土强度降低、冻融循环次数增多、锈蚀率增大,预应力混凝土梁的极限承载力与对应下的跨中极限挠度呈现不同程度衰减趋势;冻融循环次数和预应力水平对构件刚度影响较大。

碱式硫酸镁水泥早期水化和力学性能的电阻抗法试验研究

针对碱式硫酸镁水泥的早期水化行为和力学性能关系的研究尚不充分,本文主要采用电阻抗法结合抗压强度测试、X射线衍射、扫描电镜和压汞法进行了研究。根据实测电阻率曲线将碱式硫酸镁水泥早期水化过程分为诱导期、加速期和减速期3个阶段。利用获得的电阻率微分曲线上的特征点A(电阻率开始增长的时间)和特征点B(电阻率增长达到最大值的时间)求得BMSC的初凝和终凝时间。此外,建立碱式硫酸镁水泥水化24 h电阻率与28 d抗压强度的拟合直线方程,通过实测水化后24 h的电阻率能准确预测碱式硫酸镁水泥的28 d抗压强度,为BMSC水化早期性能监测提供一种可行、准确的方法。

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

CFRP板加固RC梁预应力损失试验研究

针对目前预应力CFRP板加固RC梁预应力损失大、预应力损失不易控制及预应力张拉工艺复杂等问题,利用自己设计的两套锚固装置对6根RC梁进行预应力CFRP板加固后的预应力损失研究。研究锚具类别、开槽与否和施加预应力大小对加固构件预应力损失的影响。试验结果得知:锚具MJ1比锚具MJ2总预应力损失小;随着张拉预应力的增大总预应力损失增大;与不开槽的锚具相比,开槽嵌入式锚具的总预应力总损失减小;预应力损失分为3种:锚具张拉变形引起的预应力损失、CFRP板与锚具滑移引起的预应力损失、CFRP板应力松弛引起的预应力损失;采用一次超张拉方法可以有效控制预应力损失,锚具MJ1锚固过程中对CFRP板的二次超张拉显著减小了预应力损失。

再生混凝土梁受弯性能试验研究

对再生混凝土梁进行受弯性能试验后发现,当再生粗骨料(RCA)取代率(质量分数)为40%,70%和100%时,再生混凝土梁极限承载力较普通混凝土梁分别降低了1.5%,4.1%和10.6%;随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土梁下部根状裂缝数目增多、间距减小.研究表明:平截面假定适用于再生混凝土梁,再生混凝土梁的破坏形态及承载力-挠度曲线与普通混凝土梁相似;现行规范中开裂弯矩公式、极限承载力公式和挠度计算公式不适用于再生混凝土梁,建议将挠度计算值乘以1.3,开裂弯矩和极限承载力计算值乘以与再生粗骨料取代率相关的修正系数.

弯曲荷载与氯盐侵蚀共同作用下的预应力混凝土梁耐久性能研究

当前在进行海工混凝土结构受氯盐侵蚀的耐久性研究时往往忽略了混凝土力学损伤的影响,这可能会导致高估结构的耐久性能。该文提出了在数值分析中引入损伤因子实现综合考虑结构损伤影响及氯盐侵蚀共同作用的分析方法,通过干湿循环的氯盐侵蚀试验与数值模拟分析,研究遭受氯盐腐蚀且受到长期荷载作用的预应力混凝土梁的耐久性能。结果表明,数值分析结果和试验结果吻合良好。参数分析结果表明:0.2mm宏观裂缝的出现对氯离子浓度有着较为显著的影响,未出现宏观裂缝时,拉应力对氯离子输运的影响较为有限;荷载比的大小影响结构的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输;梁构件施加预应力后,在15%和30%两种低荷载比状态下延缓其力学损伤(裂缝)的开展,减小荷载作用对氯离子扩散系数的增大效应,有效提高构件的抗氯盐侵蚀性能,当荷载比增加到45%以上,普通钢筋混凝土梁相对于预应力梁的氯离子浓度增比降至10%以内,这表明较高应力比下预应力对梁抗氯盐侵蚀能力的影响减弱。

预应力混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

分析预应力混凝土(Prestressed Concrete,PC)梁抗剪机理表明,预应力既可提高混凝土抗剪贡献,亦可提高箍筋抗剪贡献,而中国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》和美国ACI 318-18规范均未考虑预应力对箍筋抗剪贡献的提高。基于中性轴处微元体应力状态分析,推导了预应力对混凝土和箍筋抗剪贡献的提高系数,提出了基于GB规范和ACI规范的预应力混凝土梁抗剪承载力修正计算公式。利用国内外509片预应力混凝土梁对建议方法进行验证,修正公式将GB规范计算结果与试验结果之比的均值从1.041降低为0.903,标准差从0.413降为0.353;将ACI规范计算结果与试验结果之比的均值从0.791提高到0.914,标准差从0.233升为0.247。

预应力高强混凝土梁延性性能分析与试验研究

介绍了24根预应力混凝土梁的延性性能试验结果,试验梁的混凝土强度等级为C40~C80、预应力比率为0.6~1.0、配筋指数为0.17~0.32、钢绞线的延伸率为5.0%和3.6%.结合试验梁的荷载~挠度全曲线分析计算结果,研究了混凝土强度等级、钢绞线延伸率、预应力比率、配筋指数等因素对预应力混凝土梁位移延性系数和极限承载破坏形态的影响规律,提出了设计建议.

预应力碳纤维板加固T梁的试验与理论研究

针对已有研究成果中试件尺寸偏小的不足,对3根预应力碳纤维板加固的大尺寸T形受弯构件实施静力破坏试验,并比较预应力加固与传统加固两种加固方式的技术效果,考察预应力技术对碳纤维加固效率的影响,分析采用预应力碳纤维加固对构件截面性能的影响,在此基础上推导及提出预应力碳纤维加固受弯构件的界限补强率以及极限承载力的计算公式。试验结果表明:预应力碳纤维加固可显著地提高受弯构件的承载能力,有效增大碳纤维材料的强度利用效率,改善构件的正截面应力分布,从而使构件具有较传统加固技术更优越的受力性能。

预应力碳纤维布加固混凝土梁锚固方式试验研究

预应力碳纤维布加固混凝土结构技术是一种加固效果明显、应用前景广阔的加固技术,在这项技术中对锚固方式的研究是一个至关重要的问题。通过对两组试件共7根混凝土梁布置不同的U形箍加载试验,详细分析了不同U形箍布置的锚固效果,提出了预应力碳纤维布加固技术中U形箍的布置原则,对此项技术的设计及施工有指导意义。

预应力H型钢混凝土简支梁正截面受力性能试验

为了考察预应力内置H型钢混凝土简支组合梁的承载力,裂缝分布与开展及变形发展情况,进行了5根预应力内置H型钢混凝土简支组合梁的设计、制作和试验,根据考察内容获得了相关试验数据,通过分析试验数据,提出了该种组合梁的正截面受弯承载力计算公式、裂缝宽度及刚度计算公式.

高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究

高速铁路扣件长期在动载作用下工作,为保证其正常使用,对扣件系统中的弹条进行疲劳性能研究是非常有必要的。本文通过考虑弹条与扣件系统其他部分之间的接触作用,对X2型弹条在不同扣压力作用下的静力及疲劳性能进行了研究,获得了弹条在不同扣压力下的应力特征,重点研究了疲劳荷载作用下弹条的疲劳寿命及疲劳破坏危险点位置。考虑钢轨横向力的作用,计算分析了考虑水平力作用下的弹条疲劳寿命,并对荷载频率对弹条性能的影响进行了讨论。