高大模板扣件式钢管支撑系统整体受力性能研究

采用有限元软件ABAQUS对高大模板扣件式钢管支撑系统的整体受力性能进行分析,利用弹簧单元模拟扣件的半刚性连接,通过屈曲分析得到的屈曲模态施加初始缺陷,并将有限元计算结果与3个工程项目的实测结果进行对比,验证有限元模型的准确性。在此基础上,利用有限元软件对高大模板扣件式钢管支撑系统的稳定承载力进行参数分析,分析的参数包括扣件拧紧扭力矩、支撑高度、横杆步距、立杆纵距、立杆横距、初始缺陷等,得到了各因素对其整体稳定承载力的影响规律。参数分析结果表明:横杆步距、立杆横距、初始缺陷对高大模板支撑系统稳定承载力影响显著,随着横杆步距、立杆横距、模态比例因子的增加,稳定承载力迅速减少。通过调整立杆的计算长度系数,将高大模板扣件式钢管支撑的整体稳定承载力计算等效为一根立杆的稳定承载力计算,并提出计算长度修正系数的简化设计公式,为工程人员的运用提供参考。

轴向压电应力传感器的工作机理与性能分析

研发一种能隔离侧向约束的轴向压电应力传感器,使之满足混凝土缺陷损伤检测与单轴受压应力监测需求。研究应变率为10^(-5)~10^(-1)/s的准静态加载条件下,新型轴向压电应力传感器的传感机理和工作性能。研究表明:传统压电应力传感器中PZT元件受到侧向约束影响,测得的单轴受压应力与采集到的电荷无法对应;新型传感器在准静态加载下具有良好的灵敏度和稳定的工作性能,且不受加载速率与加载类型的影响;在相同工作条件下,新型传感器相较于传统传感器具有更宽的量程。

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响,分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算,分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明:装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同,均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比,装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高;与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比,采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩,抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩,增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力,但降低了延性;增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性,建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58~0.90。

粉煤灰掺量及水胶比对混凝土早龄期性能影响试验研究

采用正交试验方法,分析了粉煤灰掺量及水胶比对混凝土早龄期强度以及早期静力受压弹性模量的发展规律的影响。试验表明,混凝土早期弹模受粉煤灰掺量影响较大,且在0~4d,弹模有较快的增长,4d以后增长放缓。采用回归分析方法,给出粉煤灰掺量分别为15%、25%和35%的C45混凝土早龄期弹性模量预测公式。

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点滞回性能有限元分析

为了研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的传力机理,基于ABAQUS有限元软件建立了非线性有限元模型。模型主要考虑材料和几何的非线性、混凝土在往复加卸载下的塑性损伤退化、钢筋和混凝土的粘结滑移。和试验结果对比表明:研究所采用的有限元模型对于梁端力-位移滞回曲线关系、节点刚度和梁极限抗弯承载力的模拟与试验结果吻合良好,验证了该有限元模型可以用于该类节点的抗震性能分析。

往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱工作机理研究

为研究往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的工作机理,建立了外方内圆复合钢管混凝土柱的有限元模型并进行计算分析,将计算结果与试验结果进行比较。在此基础上,分析了混凝土损伤设置与否的影响,比较了复合钢管混凝土柱、中空夹层钢管混凝土柱、普通钢管混凝土柱、空钢管柱的滞回性能,包括滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度和耗能等,分析了不同阶段混凝土的应力状态。研究结果表明:有限元计算的破坏形态、滞回曲线结果与试验结果吻合较好,往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的计算必须合理考虑混凝土材料的损伤;与其他类型柱相比,外方内圆复合钢管混凝土柱的滞回曲线饱满,其极限承载力、延性、刚度、累积滞回耗能等性能更为优越。

水源热泵水处理系统DOM三维荧光光谱特征分析

为探明水源热泵水处理系统的净水过程,提高热泵系统能效,采用三维荧光光谱研究了水处理系统各单元水DOM的荧光。结果表明,水源热泵水处理系统对DOM处理效果不佳,且长期被忽略,影响其能效。过滤器清洗周期对蛋白类有机组分、微生物代谢产物和类腐殖质的去除影响大;系统内HIX指数均<4,其DOM主要来源是微生物代谢产物和蛋白类物质。清洗周期过长会造成系统内部淤泥堵塞,引发系统内DOM泄露。水中类富里酸和蛋白类有机组分可能来源于小环藻,而类腐殖质则可能来源于其他藻类。系统内DOM的去除效果主要受过滤器运行周期影响,为防止热泵系统结垢问题,应该针对水源地的水质加大清洗频次,并强化水源热泵系统的水处理。

考虑二次受力的UHPC加固RC桥墩轴压承载力研究

为解决素超高性能混凝土(UHPC)在钢筋混凝土(RC)桥墩加固中出现的脆性破坏问题,以初始应力水平为参数,设计3根矩形RC桥墩试件(1根未加固,2根采用内置钢筋网的UHPC加固)进行桥墩轴压承载力研究。考虑实际桥墩加固存在的二次受力情况,通过轴压极限承载力试验分析其破坏过程和承载性能;采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析UHPC加固厚度和抗压强度对试件轴压极限承载力的影响;根据试验和有限元分析结果,提出当UHPC加固厚度大于界限厚度时的UHPC加固桥墩的轴压极限承载力简化计算公式。将公式的计算值与试件的试验实测值、有限元计算值进行比较,结果表明:与未加固桥墩相比,2根UHPC加固桥墩的轴压极限承载力分别提升了173%、159%,UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随初始应力水平的提高而降低;UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随UHPC加固厚度和抗压强度的增大而增大;所提出公式的计算结果具有较高的计算精度,可为二次受力状态下UHPC加固RC桥墩的轴压极限承载力计算提供理论依据。

圆钢管混凝土曲杆抗弯性能研究

基于ABAQUS软件建立圆钢管混凝土曲杆纯弯有限元计算模型,分析不同弯曲度下圆钢管混凝土曲杆受力过程中的荷载-挠度曲线,比较圆钢管混凝土曲杆与空钢管曲杆和钢管混凝土直杆抗弯性能的差别,并对圆钢管混凝土曲杆的工作机理进行分析。最后基于弹性理论,推导了圆钢管混凝土曲杆的抗弯刚度解析解。研究结果表明:有限元分析结果与相关试验结果及解析解均吻合良好,由于钢管和混凝土的相互作用,钢管混凝土曲杆具有良好的延性和稳定性,曲线形轴线产生的轴力使得曲杆比直杆具有更高的抗弯承载力,随着弯曲度的增大,圆钢管混凝土曲杆的抗弯承载力和刚度均有所提高。

不同UHPC加固措施的RC墩柱轴压性能试验研究

为指导桥梁墩柱加固设计,研究不同超高性能混凝土(UHPC)加固措施对钢筋混凝土(RC)墩柱轴压性能的影响,以加固方式(全高加固、非全高加固)、加固层材料(素UHPC、UHPC+钢筋网、UHPC+内FRP网格、UHPC+外FRP布)为参数,设计15根矩形RC墩柱试件(1个未加固试件、7个全高加固试件和7个非全高加固试件)进行轴压试验,分析其破坏模式和损伤机理,以及RC试件在轴压荷载作用下的极限承载力、刚度及延性等。结果表明:与未加固试件相比,全高加固试件、非全高加固试件的极限承载力提高率分别为142%~183%、28%~57%,但全高加固试件表现为脆性破坏,而非全高加固试件表现为延性破坏,宜根据工程实际需要采用合理的加固方式;采用不同加固层材料的加固效果为素UHPC、UHPC+内FRP网格、UHPC+外FRP布、UHPC+钢筋网依次递增,宜采用UHPC+钢筋网作为加固层材料。

UHPC和预制榫卯混合连接装配式RC桥墩拟静力试验

为研究现浇超高性能混凝土(UHPC)和预制榫卯混合连接构造对装配式钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响,以某实桥为背景,按缩尺比1∶5、轴压比0.1设计、制作了4个桥墩试件(ZT-1试件为整体现浇;CFST-1试件为钢管混凝土榫卯和灌浆套筒混合连接;UT-1试件和UT-2试件为现浇UHPC和预制榫卯混合连接,UHPC湿接缝分别位于墩底及距离墩底200 mm处)。通过桥墩试件的拟静力试验,分析各试件的破坏模式,并对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力及刚度退化等参数。结果表明:4个试件均为压弯破坏,ZT-1试件和UT-2试件的塑性铰位于墩底,CFST-1试件和UT-1试件发生了塑性铰上移的现象;与ZT-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载分别提高了3.52%和7.09%,位移延性系数分别提高了2.22%和4.60%;与CFST-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载均小于CFST-1试件,但UT-1试件和UT-2试件的位移延性系数分别提高了18.38%和21.14%;UT-2试件的整体耗能能力优于UT-1试件;UT-1试件和UT-2试件的承载能力下降较为缓慢,且变形能力较强,说明现浇UHPC和预制榫卯混合连接的装配式RC桥墩具有较好的抗震性能。

跨海大桥RC桥墩防腐蚀研究进展

跨海大桥墩柱腐蚀问题日益严重,为提高跨海大桥桥墩的耐久性,在收集大量实桥资料和相关研究的基础上,对跨海大桥桥墩的腐蚀现象、被腐蚀的诱因、常用的防腐蚀措施等进行综述和分析,结果表明:现有的跨海大桥桥墩混凝土的腐蚀现象严重,耐久性需得到进一步提高;桥墩的防腐蚀措施研究已经取得一些进展,但在产业化推广方面,仍需要进一步开展研究;与传统的混凝土防腐蚀措施相比,向混凝土添加防腐剂的措施、在经济性、施工便利性等方面,具有明显的优越性,是今后跨海大桥桥墩防腐蚀研究的重点。对今后开展跨海大桥RC桥墩防腐蚀研究具有参考价值。

正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析

为研究正交异性钢桥面板典型疲劳细节在单轮荷载作用下的应力及疲劳损伤度,以福州长门特大桥为背景,采用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型和3处易开裂部位(横隔板-U肋焊缝、横隔板处和横隔板间的顶板-U肋焊缝)的子分析模型,分析车轮荷载作用位置变化时疲劳细节的应力时程;并采用雨流计数法分析各细节处的应力幅,对疲劳细节进行疲劳损伤度分析。结果表明:单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板间时,对横隔板处的顶板-U肋焊缝应力产生较大影响;荷载横向分布接近±750 mm时,疲劳细节的应力时程曲线较为平缓,荷载对其应力的影响较小;疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板-U肋焊缝焊根部位,该部位易产生疲劳破坏。建议在该部位增设钢角撑或钢板等,以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度,提高结构的耐久性。

铝合金模板抗弯性能试验研究及参数分析

铝合金建筑模板具有质量轻、强度高、环保等特点,在工程中逐渐得到运用。然而关于铝合金建筑模板截面尺寸优化设计的研究尚较少。为此,对6块不同截面尺寸的铝合金模板进行4分点加载的纯弯试验,研究铝合金模板在加卸载后的残余变形、刚度变化情况以及极限抗弯承载能力等力学性能。利用有限元软件ABAQUS对铝合金模板的抗弯性能进行模拟分析,并与试验结果进行对比以验证有限元模型的准确性。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS分析铝合金面板厚度、横肋壁厚、边肋和端肋壁厚、边肋和端肋高度等对单块模板的抗弯性能的影响。

铝合金模板销钉半刚性连接性能研究

为研究销钉半刚性连接的方式及销钉间距对模板连接截面的抗弯力学性能的影响,对采用销钉连接的两块铝合金模板进行纯弯试验,试验参数主要考虑销钉个数。试验结果表明:随着连接模板销钉数量增多,抗弯试验破坏逐渐从销钉松动破坏过渡到模板屈曲破坏,模板的挠度也越来越小。通过ABAQUS软件对铝合金模板进行了有限元分析,并采用弹簧单元模拟销钉的连接方式,其结果与试验结果吻合度较好,在误差允许范围内。该试验分析得到的铝合金模板销钉的个数和连接间距可以作为铝合金模板工程应用的参考依据。

设肋方矩形不锈钢管混凝土轴压力学性能研究

对设肋方矩形不锈钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了有限元模拟,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上,进行了设肋不锈钢管混凝土轴压受力特性分析和影响因素分析,最后提出轴压短柱承载力的实用设计公式。研究结果表明,在相同轴向应变下,设肋不锈钢管混凝土横向变形比不设肋不锈钢管混凝土小,对核心混凝土的约束效果更好,在整个过程中,不锈钢管角部的约束力最大且持续增加,构件的承载力和后期延性比不设肋构件大;和设肋普通钢管混凝土相比,设肋不锈钢管混凝土轴压极限承载力稍小,而后期承载力提高。随着加劲肋宽厚比、混凝土强度、不锈钢强度的增加或不锈钢管宽厚比的减少,设肋不锈钢管混凝土的轴压极限承载力增大。

外方内圆复合钢管混凝土抗弯性能及承载力实用计算

对外方内圆复合钢管混凝土的纯弯力学性能进行了有限元模拟,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上,进行了荷载-变形全过程受力分析和影响因素分析,基于钢管混凝土简单叠加方法,引入组合提高系数,提出了外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力实用计算公式。研究结果表明,外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力比简单叠加结果大,其组合提高系数的主要影响因数是外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度和内外管尺寸比,且该系数随着外管屈服强度的增加、内外管尺寸比的增加而增加,随着夹层混凝土抗压强度的降低而增加;抗弯承载力简化计算结果与实测结果和有限元结果吻合良好,且总体稍偏于安全。

重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结应力-滑移关系研究

以自密实混凝土强度、新拌混凝土工作性能和粉煤灰掺量为变量,制作了3个系列共36个钢筋与自密实混凝土黏结试件和1个系列共4个钢筋与普通混凝土黏结试件,进行了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系研究。采用电液伺服加载装置进行重复加载及黏结拉拔试验,探讨了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系的特点,重点分析了各因素对各阶段黏结刚度及各特征点如残留滑移、劈裂点、残余点等的影响。试验结果表明:重复荷载作用后试件拉拔试验的破坏形态分为拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,对于拔出破坏的试件其黏结应力-滑移曲线包含滑移段、劈裂段、下降段、残余段等,而对于其余试件则只包含滑移段和劈裂段;自密实混凝土强度对各阶段黏结刚度和特征点的黏结应力、滑移的影响较大,与单调拔出结果相比,自密实混凝土强度越高,滑移段的刚度比越大、下降段的刚度比越小;粉煤灰掺量和扩展度大于600 mm时对各阶段黏结刚度和各特征点参数的影响相对较小。在此基础上,根据各因素的影响程度并考虑公式运用的方便性,回归得到重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结-滑移本构关系式。

不同拼接构造的装配式圆柱墩偏压性能试验

既有的试验研究表明采用CFST凸榫-灌浆套筒混合连接的装配式圆柱墩的抗震性能优于整体现浇桥墩,但目前涉及这类拼装桥墩的偏压性能试验研究较为少见。进行了采用混合连接、灌浆套筒连接、CFST凸榫连接的拼装桥墩和整体现浇桥墩的大、小偏压性能试验,对不同类型桥墩的损伤机理和破坏模式进行比较分析,并采用JTG 3362—2018规范对试件的受压承载力进行计算,结果表明:采用混合连接桥墩的破坏模式和损伤过程与整体式桥墩在总体上是相近的,均为在小偏压状态下表现为受压侧混凝土压碎破坏,在大偏压状态下表现为受拉侧钢筋屈服破坏;相对于整体现浇试件,在大、小偏压荷载作用下,混合连接试件的承载力分别提高了6%和2%、灌浆套筒连接试件的承载力分别下降了6%和提高了8%、CFST凸榫连接试件的承载力分别下降了20%和27%;与其他类型拼装桥墩试件不同,采用混合连接的拼装桥墩试件的实测承载力均大于JTG 3362—2018规范的计算结果。