装配式临时预制混凝土板路面优化计算及应用研究

采用装配式预制混凝土板作为临时道路路面,具有经济环保的优点。以不产生疲劳断裂作为设计标准和不产生极限断裂作为验算标准,针对路面板的厚度、配筋和混凝土标号等主要参数进行优化计算分析,获得满足临时道路路面条件下最优的装配式预制混凝土板尺寸及材料参数。阐述了装配式预制混凝土板路面在施工道路建设及维护中的优点,并基于现场实际工程应用,介绍了具体的施工技术要点和工艺,实现了施工效率、施工质量与经济效益的全面提升,达到安全可靠、经济适用和绿色环保的目的。

预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁受剪性能

将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁,再与整体现浇的混凝土板组合成的组合梁,称为预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁(PUCS-MCS组合梁)。它是一种能充分发挥不同材料的性能、施工方便且整体性能好的新型桥梁结构。为探究其抗剪性能,开展了9根模型梁的试验。分析了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件变形、破坏模式、抗剪承载力的影响;基于试验研究结果,提出了PUCS-MCS组合梁抗剪承载力计算方法。结果表明:PUCS-MCS组合梁均为剪压破坏,所有梁在开裂前的荷载-挠度曲线差异不大,在开裂后刚度不断下降;PUCS-MCS组合梁的抗剪承载力随接缝处剪力键数、UHPC钢纤维掺量、配箍率和纵筋率的增大而增大,随干接缝数量增加和剪跨比的增大而减小,其中影响最显著的是干接缝和剪力键,影响最小的是钢纤维掺量和配箍率,因此PUCS-MCS组合梁可不配箍筋,并可采用较低钢纤维掺量的UHPC。

公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

基于声发射技术的高强全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性研究

为了探究全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性,设计了3种不同配筋率(0.85%、1.13%和1.41%)的高强全珊瑚钢筋混凝土板构件.结合声发射技术,开展了全珊瑚混凝土板构件四点弯曲加载试验,揭示了配筋率对高强全珊瑚钢筋混凝土板力学性能的影响.基于声发射参数速率过程理论,建立了损伤定量评估模型,并进一步提出了可用于工程实践的损伤评估准则.结果表明:随配筋率增大,高强全珊瑚混凝土板构件起裂荷载、起裂时间与峰值荷载均增大,但中心挠度降低了11.29%;单位时间声发射参数变化均存在2个峰值区,可作为板构件的起裂评判和破坏预兆;根据声发射参数累计值变化可将高强全珊瑚混凝土板构件破坏过程划分为轻度(<0.35)、中度(0.35~0.66)、高度(0.66~0.84)和重度(>0.84)损伤4个程度.所建立模型适用于不同配筋率的全珊瑚混凝土板构件损伤评估.

燃气爆炸荷载作用下钢筋混凝土板抗爆性能数值模拟

为了研究不同燃气爆炸荷载下混凝土板的动态响应特点,本文通过已有文献中的钢筋混凝土板抗爆试验,利用LS-DYNA有限元软件建立数值模型并验证其可靠性。然后,在混凝土板面施加不同峰值的简化三角燃气荷载,研究混凝土板在燃气荷载作用下的位移、速度、加速度等。结果表明:试验用钢筋混凝土板的最大位移和振动都出现在板跨中位置,且随着荷载峰值的增大而增大;当荷载峰值超过20 kPa时,随着作用在混凝土板上荷载量值的增加,结构的刚度受到削弱,在受迫振动阶段结构振动加速度的特性会发生变化,出现高频振荡;高频振荡开始时间随着燃气爆炸荷载峰值的提高而提前;当荷载结束后,混凝土板进入自由振动阶段,板的振动周期受残余刚度的影响,随着荷载峰值的提高而增大。

盐胀作用下埋地钢筋混凝土板受力性能试验研究

基于青海盐渍土地区埋地钢筋混凝土板现场模型试验,研究了考虑温度影响的盐渍土盐胀作用下钢筋混凝土板内及其表面的应力变化规律,并将其定义为“盐胀应力”。利用钢筋混凝土板内外应变监测结果,通过理论分析得出盐胀应力计算公式。基于Sum of sine函数模型将1年周期内盐胀应力的变化过程以及相对应的盐胀作用划分为发展阶段、稳定阶段、下降阶段3个阶段。其中发展阶段为每年10月至次年2月,温度变化范围为0~10℃,在该温度范围内,随着温度降低,盐胀应力不断增加,说明盐胀现象愈为强烈。对青海盐渍土地区的埋地结构物设计提出了建议,以期最大程度地减少盐渍土对埋地结构物的破坏。

纤维织物-高延性混凝土加固钢筋混凝土板抗弯性能试验研究

为研究纤维织物-高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土板的抗弯性能,本文对1块对比板、1块高延性混凝土(HDC)加固板、1块纤维织物增强水泥砂浆(TRM)加固板及3块TR-HDC加固板进行四点抗弯试验,研究加固层基体是否添加PVA纤维以及纤维织物层数对钢筋混凝土板破坏形态、荷载-挠度曲线、抗弯承载力、延性以及应变的影响.结果表明:采用TR-HDC加固的钢筋混凝土板,裂缝宽度和间距明显减小,裂缝表现出细而密的特点;TRHDC可以显著提高板的抗弯承载力,开裂、屈服和峰值荷载的最大提升幅度分别为104%、89%和127%;TR-HDC加固层中纤维织物的断裂造成了板延性的降低,因此,实际加固工程中应尽可能避免纤维织物拉断.基于平截面假定,给出了TR-HDC加固钢筋混凝土板的抗弯承载力和挠度计算公式,计算值与试验值吻合较好,可为实际应用提供理论依据.

水下爆炸冲击波载荷作用下钢筋混凝土板毁伤特性分析

钢筋混凝土板是各种水工结构中的重要部件。因此,进行水下爆炸载荷作用下钢筋混凝土板结构的毁伤模式研究具有重要的战略意义。本文采用Abaqus声固耦合法对钢筋混凝土板在水下爆炸载荷作用下的毁伤模式进行研究,分析影响钢筋混凝土板毁伤的主要参数,总结钢筋混凝土板的几种典型毁伤模式,确定钢筋混凝土板的毁伤等级,包括轻微毁伤、中等毁伤和严重毁伤;建立Kriging模型,对钢筋混凝土板的毁伤模式进行预测,并通过算例验证预测方法的准确性。研究工作可为水下爆炸载荷作用下钢筋混凝土结构毁伤的深入研究提供参考。

基于黏弹性近场动力学方法的素混凝土板冲击破坏形态分析

通过拉格朗日方程推导出一种基于单键双参数键型近场动力学的黏弹性模型,对冲击荷载下的素混凝土板的破坏过程进行模拟,采用单轴动态强度S准则得出物质点对间键的动态断裂准则。分别将低速落锤撞击下的素混凝土板的仿真结果与连续-不连续介质力学方法(CDEM)的模拟结果,高速子弹射击下的素混凝土板的仿真结果与试验结果进行对比。结果表明,黏弹性单键双参数近场动力学模型能合理地描述混凝土在冲击荷载下的破坏形态,且该模型能针对不同加载速率做出不同的反应,为冲击作用下的混凝土防护与混凝土的结构改造提供了一种有效的方法。

天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明:封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。

聚脲涂覆钢筋混凝土板抗爆抗震塌性能试验研究

为研究改性聚脲涂覆钢筋混凝土板的抗爆抗震塌性能,开展了6 mm厚改性聚脲涂覆钢筋混凝土板的爆炸试验,获取了爆炸加载过程冲击波超压、结构背部加速度、背部中心点位移等结构响应时程特征。主要分析了药量和爆距对结构中混凝土震塌情况的影响,分析了钢筋混凝土板背部聚脲涂层脱黏鼓包现象,并讨论了聚脲增强下钢筋混凝土板在爆炸载荷下发生震塌破坏及聚脲涂层脱黏情况随比例距离增加的变化规律。结果表明:随着爆距减小,背部聚脲涂层损伤及钢筋混凝土板破坏程度增加,且爆距越小时增加程度越大;随着药量增大,背部聚脲涂层损伤程度及钢筋混凝土板破坏程度增加,且药量越大时增加程度越大;单一变量下比例距离增加使得作用在结构上的爆炸载荷能量增加,从而引起结构背部破坏加重;比例距离相近时,药量的增加起到影响结构破坏的主导作用,使得结构的震塌破坏及聚脲脱黏程度显著增大。

接触爆炸下波纹钢⁃混凝土板复合结构水下防爆效果评价

为探究不同波纹钢⁃混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元⁃光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM⁃SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢⁃混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%,耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢⁃混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

预制H型混凝土板桩在软土地区深大基坑中的应用

以上海天安豪园二期C区项目为例,将五轴搅拌桩内插预制H型混凝土板桩应用到上海软土地区地下2层基坑中。详细介绍了H型板桩的设计方法、施工要点,采用规范算法预测基坑开挖期间围护结构变形,并与现场实测数据进行对比分析,结果表明,支护结构及周边环境均处于安全稳定状态,从而验证H型板桩围护的有效性。

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

不同波纹钢-混凝土板复合结构水下抗爆机理及损伤等级预测

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁伤过程及失效模式,揭示其水下防爆机理,并构建出墙面板损伤等级预测曲线。研究结果表明:模拟结果与试验结果较为吻合,验证了模拟方法的有效性;在含12 mm厚波纹钢的复合结构(T-12)、含75°夹角的波纹钢复合结构(A-75)和含厚70 mm波纹钢的复合结构(WH-70)三种防护方案下,墙面板的毁伤范围较未加固墙面板最大降幅分别为83.0%、81.6%和82.5%;预测曲线可以直观评估出炸药量和复合结构中波纹钢波高变化对墙面板损伤等级的影响。

高寒大温差超长钢筋混凝土板抗冲击荷载数值模拟研究

在高寒大温差条件下,对超长钢筋混凝土板抗冲击荷载数值模拟进行了研究。结果表明:系统能量受冲击速度影响较大,预加荷载影响次之,受配筋率影响最小。在冲击速度处于3.0~10.5 m/s范围内时,系统能量改变幅度为2.09%~1.41%。当速度从0 m/s增加至3.0 m/s时,预加荷载从0 kN/m2增加为2.5 kN/m2时,板中心竖向位移从3.20 mm增加到3.46 mm,增幅为8.12%;速度从3.0 m/s增加至5.5 m/s时,板中心竖向位移从12.97 mm增加到13.75 mm,增幅为6.01%;在冲击速度增大为10.5 m/s时位移时程曲线,板中心竖向位移从56.12 mm增加到56.62 mm,增幅为0.89%。在进行钢筋混凝土板预加荷载的施加时,随着预加荷载的增加,冲击后板中心竖向位移随之增加,但增加幅值较小,预加荷载对板中心竖向位移具有较小影响。在其他条件相同时,冲击速度从3.0 m/s增大到5.5 m/s时,板中心竖向位移增幅为299.42%;冲击速度从5.5m/s增加到10.5m/s时,板中心竖向位移增幅为319.29%。板中心竖向位移受冲击速度影响最大,受预加荷载与配筋率的影响较小。

小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板动力响应研究

为研究小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应,采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土板的三维有限元模型。通过与既有试验数据对比,验证了数值模型的合理性;并采用所建数值模型,进一步研究了小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力行为特征。结果表明,随着条形炸药放置角度的不同,混凝土板面的损伤破坏区域呈现出始终沿条形炸药长度方向上分布的规律。小药量双重爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板的损伤破坏主要发生在第一次爆炸期间;钢筋混凝土板位移、钢筋轴力和轴向应变在第二次爆炸荷载作用下的增长显著。

CFRP加固受损再生混凝土板的抗弯性能试验研究

为了探究CFRP加固受损再生混凝土板的抗弯性能,制作了4块再生混凝土板(再生粗骨料取代率为50%),考虑预损伤等级及加载循环次数对试件加固性能的影响。通过试验与数值模拟研究,分析了试件的破坏模式、荷载-位移曲线及承载能力,并对规范中的承载力计算公式进行了修正。结果表明:CFRP加固再生混凝土板的破坏模式为CFRP脱落;当预损伤等级<0.4P_(m)(极限承载力)时,加固后的试件承载力变化不大;当预损伤等级≥0.4P_(m)时,加固后的试件承载力随预损伤等级的提升而降低;当预损伤等级<0.9P_(m)时,加载循环次数对试件的承载力影响很小;当预损伤等级≥0.9P_(m)时,试件承载力随加载循环次数的增大而显著降低;试件承载力随着CFRP加固层数的增加而增大;修正后的承载力计算公式具有较高的计算精度。

预制混凝土板桩式结构在高速公路施工中的应用

为解决高速公路改扩建工程常规填土拼宽方案面临的取土量大、征地困难等问题,采用预制混凝土板桩式结构进行施工。首先,依托某公路改扩建工程实际,对施工准备、旋挖成孔、水泥砂浆灌注、预制管桩及预制梁板架设等施工要点展开分析;然后,采用ANSYS有限元程序对路基结构整体受力情况进行模拟计算。结果表明,预制混凝土板桩式结构受力满足工程要求,社会效益与经济效益显著。