常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

钢管输电塔挂线节点足尺模型失效模式与承载力提升分析

针对特高压钢管输电塔挂线位置节点在极端荷载下的安全性,提出了挂线节点双侧挂线板协同受力的构造改进措施,并对比研究两种挂线节点的极限承载力与失效模式。通过足尺挂线节点处的承载力试验与有限元分析,比较挂线节点在单侧板受力、双侧板受力情况下的应力分布与承载能力,分析传力螺母与挂线板之间的合理初始间距。结果表明:双侧受力时两侧挂线板均发生弯曲破坏,受力形式更加合理,节点板应力分布更加均匀,挂线点的屈服承载力可以提升一倍以上,传力螺母与挂线板之间的合理初始间隙为2~4 mm。

UHPC加固空心板梁现场足尺抗弯试验研究

为分析UHPC加固受损空心板梁的抗弯性能,设计制作了2片空心板梁以开展现场足尺抗弯试验研究.基于现场试验结果对比分析了未加固和加固空心板梁的破坏模式和荷载-跨中位移曲线.试验结果表明UHPC加固层可以有效改善受损空心板梁的破坏模式,并且加固空心板梁呈现出更好的抗弯和变形能力.与未加固空心板梁相比,加固空心板梁的开裂和极限荷载均得到明显提升,提升幅度分别达到11.5%和23.8%.此外讨论了UHPC层的加固机理,同时推导了加固空心板梁的抗弯极限承载能力公式,并将理论值与试验值进行对比.结果表明抗弯承载能力计算值和试验值的最大误差仅为1.1%,证明了理论公式的准确性.

基于足尺加速加载试验的高速公路沥青面层力学性能与高温性能研究

针对高速公路改扩建工程老路沥青面层,在120万次足尺加速加载试验条件下,采用动态模量试验评价其力学性能,采用贯入强度试验与汉堡车辙试验评价其高温性能。动态模量试验结果表明,20℃、10 Hz条件下沥青面层芯样0~120万次的动态模量维持在相对稳定的状态,最大值与最小值偏差约为6.9%。贯入强度试验结果表明,0~120万次的沥青面层芯样的单轴贯入强度相对稳定,老路的加铺层、上面层、中面层、下面层的贯入强度变化量分别为-0.04 MPa、0.11 MPa、-0.03 MPa、0.18 MPa。汉堡车辙试验结果表明,加铺层和上面层的芯样总体维持在稳定的状态,中面层和下面层芯样试验结果有一定程度的波动,下面层变化相对明显:汉堡车辙深度的变化率为114.56%,蠕变斜率的变化率为150%。根据120万次足尺加速加载试验结果,该高速公路改扩建工程老路沥青面层在力学性能和高温性能方面表现稳定,扩建后的路面能够满足交通荷载的使用要求。

预应力UHPC-RC无腹筋组合梁足尺模型抗弯试验及极限弯矩计算研究

为了解预应力UHPC-RC无腹筋组合梁(简称组合梁)的抗弯性能,以2座组合梁桥实际工程为背景,分别制作25 m长工字形组合梁及30 m长箱形组合梁足尺模型进行抗弯试验,研究组合梁在弯曲荷载下的裂缝发展形态、荷载~挠度曲线及不同截面高度应变等。结果表明:2种组合梁最终受弯破坏时,1条主裂缝快速发展为贯穿弯曲裂缝,组合梁裂缝细密;荷载~挠度曲线较为饱满,刚度折减较普通预应力混凝土梁明显推迟,结构性能更为优良;开裂前组合梁截面受力发展满足平截面假定,出现主裂缝后逐渐不满足平截面假定。为考虑组合梁截面在极限状态不满足平截面假定的情形,基于UHPC材料本构关系,提出采用体外预应力筋极限理论推导组合梁极限弯矩计算方法,并将该方法与平截面假定理论计算结果及试验结果进行对比。结果表明:提出的组合梁极限弯矩计算方法较平截面假定理论计算方法能更好地反映结构受力。

负载下活性粉末混凝土钢筋网加固足尺混凝土柱轴压性能试验研究

为提高负载下钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,使用活性粉末混凝土钢筋网(RPCSM)对负载下的RC足尺柱进行加固,设计制作了7根RC方柱试件,其中1根未加固对比柱、1根端部箍筋加密加固柱、2根RPCSM加固柱、3根端部箍筋加密RPCSM加固柱。考虑加固层厚度、钢筋网配筋率和端部箍筋加密对轴心受压RC柱性能的影响,进行了试验研究并分析了各试件的破坏模式、荷载-变形关系和应变变化规律。结果表明:加固柱的承载力提高了2.81~3.82倍;原混凝土柱与RPCSM加固层界面粘结可靠,共同工作良好;随着钢筋网配筋率的提高以及加固层厚度的增加,端部箍筋加密后整体性的提高,承载力和轴向变形能力提高,但延性有所下降。结合规范和破坏机理,给出了承载力计算公式,以促进该加固技术的推广。

襄阳东站钢屋盖超多杆连接节点设计与足尺模型试验研究

襄阳东站屋盖南北向长358m,东西向最大跨度86m,采用焊接球钢网架,整体不设变形缝,南端开设瀑布造型大洞口,由于屋盖结构超长、不连续、大悬挑及瀑布造型使得钢屋盖空间受力十分复杂,特在分叉柱柱顶沿南北向设置加强杆以加强屋盖瀑布区洞口两侧边缘约束刚度及改善结构整体受力性能。钢屋盖瀑布区悬挑端分叉柱柱顶节点相连杆件达12根之多,该节点作为屋盖结构的关键节点,其受力状态尤为复杂,创新地采用了半铸造半相贯焊连接形式并采取了构造加强措施,针对该超多杆连接节点进行了足尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,并进行了有限元对比分析。结果表明有限元对比分析结果与加载试验吻合较好;该超多杆半铸造半相贯焊连接节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸造本体相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

水泥土加固桩水平循环承载性能足尺试验研究

选取宿迁典型饱和粉土场地,采用水泥土搅拌桩加固钻孔灌注桩桩周土,开展灌注桩水平循环加载足尺试验。探究水泥土加固试验桩(TPI)和未加固试验桩(TPU)在循环水平荷载作用下的滞回特性、弯矩、刚度退化、位移延性、水平承载力与残余变形能力。试验结果表明:TPI比TPU桩的弯矩减小47%,屈服位移减小41%,水平承载力提升150%,有效刚度提升240%,等效黏滞阻尼比提升233%,桩的开裂荷载提升150%,屈服荷载阶段桩体的残余变形能力减小17%。水泥土搅拌法不仅可以限制桩侧粉土液化,增加桩基础的耗能及位移延性,而且可以显著的降低桩头水平位移和弯矩的发展。从抗震性能的角度分析,水泥土搅拌桩加固既有桩基,有效抑制了加固范围内地基土刚度衰减,增强了桩-土结构的总耗能、等效黏滞阻尼系数与变形恢复能力,提高桩基础在大变形阶段的抗震性能。

无粘结环锚预应力衬砌张拉工艺足尺模型试验研究

针对预应力衬砌张拉过程中易出现应力集中而导致张拉裂缝的现象,通过开展洞外地面足尺模型试验,提出了分级分步张拉顺序和质量控制指标。首先根据钢绞线摩阻测试计算出摩擦系数,随后应用上述张拉顺序和质量控制方法进行自动张拉,并采用磁通量传感器和混凝土应变计分别对钢绞线和内衬混凝土的应力变化开展实测。现场张拉试验结果表明:①钢绞线沿程预应力损失约16.3%,采用的双层钢绞线在实践中可保证较高的有效预应力;②对锚具槽进行分级分步张拉,可使内衬混凝土获得较均匀的封闭环向压应力环,平均压应力达-10.9 MPa;③提出的3项控制指标可进行量化管理,结合自动张拉技术可有效地保证张拉质量。

基于ICEEMDAN−Laplace的足尺定向刨花板振动信号模态分析

为了无损、便捷检测足尺定向刨花板的动态剪切模量、弹性模量,在振动条件下通过改进型自适应噪声的完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)和Laplace小波相关滤波法相结合来实现振动信号模态识别。采集足尺定向刨花板振动信号,通过ICEEMDAN分解得到若干固有模态函数(IMF)分量,将正交性指标和相关系数用作判据指标,并融合二次模态分解,筛选出含有足尺定向刨花板模态信息的IMF分量,再通过Laplace小波相关滤波提取足尺定向刨花板的固有频率,将检测结果与静态实验和仿真分析进行验证。结果表明:频率实验与仿真结果误差较小,在0.8%范围内;长度、宽度方向弹性模量动态检测结果与静态结果之间的相关系数分别为0.81282、0.74848,证明两者存在显著线性关系;面内剪切模量动、静态检测结果之间呈显著线性关系,相关性达到0.73385。

足尺试验环道路面摆值变化趋势预测

路面抗滑性能是路面使用性能的重要指标之一,是行车安全性的重要保障.依托RIOHTrack足尺试验环道的检测数据,选用足尺试验环道STR2、STR4、STR9和STR164种结构的357组路面抗滑性能检测数据,采用路面温度、累计标准轴载作用次数和路面磨耗次数3个主要影响因素作为自变量,路面摆值(BPN)指标作为因变量,选用300组检测数据作为训练样本,其余57组数据作为验证样本,构建了BPN的显示化和隐式化预测模型.基于温度对沥青路面抗滑性能具备一定影响范围的假定,构建了路面摆值的显示化预测模型,其模型的相关系数(R^(2))为0.625,模型预测平均相对误差为10.227%.同时,采用不同的隐含层神经元和训练函数,构建了BP神经网络预测模型(隐式化预测模型),模型的BPN预测值和真实值基本吻合,变化趋势一致,平均相对误差为4.484%.研究提高了路面抗滑性能指标预测的有效性和准确性,不同预测模型具备不同的应用前景,为路面抗滑性能的预测分析提供了参考和依据.

足尺拼接式方形高强钢管混凝土柱轴压承载力数值分析

对两种不同的新型拼接式方形高强钢管混凝土足尺柱的轴压承载性能进行了数值模拟,分析了混凝土强度、钢材强度、缀材间距和宽厚比对该类组合柱轴压承载力及荷载–位移曲线的影响规律,研究表明:同种参数影响下两种形式的组合柱荷载–位移曲线及承载力变化规律相似;材料强度和宽厚比对承载力影较为显著,如钢材屈服强度从345 MPa提升至460 MPa时,两种组合柱承载力分别提高了9.13%和9.42%,宽厚比从83.3增大至100时,两类柱子承载力分别降低了5.08%和5.00%;可初步采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》计算该类新型柱的轴压承载力。

输电线路单群锚基础抗拔特征差异的现场足尺试验

为研究输电线路单锚与群锚基础抗拔承载特征差异,采用理论分析和现场试验相结合的研究方法,首先根据结构特点,从受力与变形2方面分析了单锚与群锚的承载机制;然后以输电线路基础工程中常用的全长黏结型锚杆为研究对象,选取位于福建泉州地区的花岗岩地基作为试验场地,分别开展了3组单锚、4组群锚的现场足尺拉拔试验,采用位移传感器测试基础与地基变形、采用光频域反射光纤传感技术测试锚杆应变,分析得到试验基础的荷载位移曲线以及锚杆界面内力分布;最后对受力过程中2类锚杆基础的变形破坏机制进行对比分析。结果表明:单锚与群锚荷载位移曲线特征存在差异,群锚反映出的塑性变形特征较单锚明显;加载前半段,锚杆体系位移以锚筋拉伸为主,加载后半段,以锚岩界面滑移为主;锚杆截面轴向应力沿深度方向逐渐减小,且最终在2~3 m深度处趋于0;拉拔荷载作用下的单锚破坏模式与基岩饱和单轴抗压强度有关,而群锚的破坏模式与组成的单锚数量有关;工程中建议以群锚基础试验获得锚岩界面黏结强度为设计依据。研究成果可为输电线路岩石锚杆基础的选型与设计提供参考。

基于足尺试验环道的沥青路面有限元模型

有限元技术的发展使得精细化路面结构仿真计算成为可能,但通过软件建立符合实际的有限元模型尤为重要.基于此,依托交通运输部公路科学研究院正在开展的足尺环道试验,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立环道上3种典型沥青路面结构的有限元模型,研究模型尺寸、边界条件、荷载形式、网格划分等参数对路面力学响应结果的影响,通过与BISAR软件得到的解析解进行对比,确定合理的有限元建模方法和参数,为后续的沥青路面结构有限元分析提供建模依据.

基于足尺节段模型的正交异性钢桥面疲劳性能

为了研究正交异性钢桥面的疲劳性能,根据新结构细部焊接工艺的研究成果和合理的结构参数,设计了足尺节段疲劳试验模型,通过足尺模型试验确定不同焊接工艺下各疲劳易损细节的实际疲劳抗力。铺装层作为钢桥面板之上的行车功能层,直接承担车辆轮载。分别设计了树脂沥青铺装和浇注式沥青铺装两种铺装结构,进行武汉市江汉七桥铺装层与正交异性钢桥面板协同受力体系的模型试验,并考虑温度的影响。研究结果表明:有铺装层的钢桥面板U肋与顶板构造细节,由于铺装层与钢桥面板的协同作用,其应力幅值相较于无铺装层时显著降低;该应力幅值随着铺装层温度的升高而增大。

珠江三角洲水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验关键施工工艺研究

基于珠三角水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验,针对此类衬砌结构型式的施工难点,从作业台车研制、内衬混凝土制备与浇筑、预应力实施等方面开展施工工艺研究。总结了预应力复合衬砌足尺模型的施工内容,并结合模型实施过程中的经验,对现有的作业台车提出改进;随后针对预应力复合衬砌的关键施工工艺展开研究,提出了专门的混凝土配合比、配套振捣系统和预应力分级张拉的顺序,以保证内衬预应力混凝土的施工质量。研究成果为预应力复合衬砌结构的现场施工工艺提供借鉴。

预应力混凝土T梁足尺模型抗弯加固后效果试验

为研究常见加固方式对预应力混凝土T梁足尺模型的加固效果,依托换梁工程,以更换下来的病害T梁作为试验研究对象,使用常用加固方法中的预应力碳纤维板加固、粘贴钢板加固、封缝加固以及体外预应力钢束加固并验证加固效果,对挠度、钢筋应变、裂缝发展情况进行分析。试验结果表明,相较于未加固梁,体外预应力钢束加固效果最突出,开裂荷载提升136%,屈服荷载提升84%,极限荷载提升37%,并且原裂缝基本闭合。由此表明,预应力碳板加固、粘贴钢板加固、体外预应力钢束加固对梁体刚度提升、延缓原裂缝发展、抑制新裂缝产生、承载能力提升等都有较好的效果,而体外预应力钢束加固各方面提升效果最明显。

基于足尺模型试验的泡沫轻质土加筋路堤变形研究

泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用,得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性,将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来,对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验,对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,结果表明:使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降,也更有效地减小路基土压力,同时有助于基底土压力扩散,解决基底应力分布不均匀问题。因此,采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力,增强路基的稳定性。

泡沫轻质土格栅加筋路堤室内足尺模型试验研究

为了揭示泡沫轻质土格栅加筋路堤的沉降及稳定性特征,制作室内足尺模型,对路堤温度、土压力、沉降进行监测并分析,得出如下结论:(1)浇筑后24h内,泡沫轻质土路堤内部温度可升高至73℃;路基中心线处为水化热集中区域,应在48h内采取养护及散热措施降低温度;(2)路堤沉降随时间逐渐增大,但总体沉降量较小,220d累计沉降约8mm;(3)土工格栅对于平缓泡沫轻质土路堤沉降曲线具有一定作用,但对总体沉降量的影响不明显;(4)铺筑土工格栅能够降低泡沫轻质土路基的土压力值,铺设格栅的位置升高,土压力分散效果仍显著。

预制装配式桥墩足尺推覆试验反力架装置设计

济郑高铁省界段预制装配式桥墩开展足尺推覆试验配套反力架需满足施加竖向作用荷载13400 kN、水平作用荷载3400 kN的要求,尚没有操作简便、安全可靠、满足加载要求的反力架装置。提出三种反力架设计方案,介绍了单向分离式、整体式和自平衡式方案的特点,比选确定采用自平衡整体式反力架方案,有限元数值模拟分析验证了方案的强度和刚度均满足试验要求。研发的桥墩推覆试验反力架装置目前国内型制最大,实现了水平、竖向的不借助外力加载,减小了开展大吨位推倒试验所依赖外部结构规模,能重复使用、经济性优,完全实现设计预期。