基于桁架-拱模型的钢筋UHPC矩形梁抗剪承载力计算方法

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)在铁路桥梁中有着广阔的应用前景,UHPC梁的抗剪承载力计算是UHPC结构设计的重要部分。针对钢筋UHPC矩形梁,利用数值分析方法,分析剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量等各因素对梁抗剪承载力的影响;在传统桁架-拱模型的基础上单独考虑钢纤维的增强作用,把钢纤维作为桁架模型中的受拉斜腹杆并根据厚壁圆筒原理推导钢纤维提供的抗剪承载力,结合UHPC的材料特征和UHPC矩形截面构件的抗剪设计特点,建议斜压腹杆倾角和软化系数等关键参数的取值,提出能考虑钢纤维掺量和几何特征的UHPC矩形梁抗剪承载力计算公式;以国内外147根UHPC矩形梁的抗剪试验结果验证计算方法的正确性和适用性。结果表明:建议的UHPC矩形梁抗剪承载力公式计算结果与实测值吻合较好,相比常用的国外UHPC结构设计规范建议方法,方法得到的结果与实测值更为接近;钢纤维对梁的抗剪承载力有显著贡献;纤维掺量和纤维几何特征对梁的抗剪承载力有明显影响。

干旱大风环境下不同养护措施对桥梁混凝土性能的影响

干旱风环境作用加速桥梁结构混凝土内部水分传输与相对湿度的降低,使得混凝土在凝结硬化过程中易产生性能的劣化。本文通过试验研究模拟干旱多风环境下C50塔柱混凝土内养护及内外协同养护方式对结构混凝土内部湿度、强度与抗裂性的影响,并提出干旱大风环境下养护建议。①掺入15%的不同粒径沸石粉混凝土,5 d保湿养护后在20℃、相对湿度30%环境下继续放置至28 d,随着龄期的增长混凝土的内部相对湿度均呈现下降趋势,0~28 d龄期范围的掺入沸石粉内部湿度明显高于高比未掺入沸石粉混凝土,5 m/s风速下混凝土内部湿度进一步降低,而保湿养护5 d后表面喷涂养护剂协同养护可有效提高内部湿度;②掺入沸石粉对抗压强度有一定的降低,且随沸石粉平均粒径的减小,28 d强度呈降低趋势,劈裂抗拉强度的变化规律与抗压强度相同;掺入沸石粉可以降低5 m/s的风作用混凝土的28 d强度的损失,表面喷涂养护剂协同养护可有效提高28 d混凝土的抗压与抗拉强度;③圆环抗裂性能试验表明,干燥环境与风作用下未掺沸石粉混凝土收缩应力大,在11 d时产生裂缝释放应力,而掺入沸石粉、采取内掺沸石粉和表面涂刷养护剂协同养护可以有效降低混凝土内部收缩应力,未发生开裂现象,且采取内掺外涂刷协同养护的混凝土收缩应力更小。干旱多风环境下采取沸石粉内养护与外涂养护剂协同养护措施,可以在保证混凝土的强度的基础上,抑制结构混凝土的早期开裂。

大温差循环作用下混凝土温度响应及损伤模拟

通过数值模拟和试验相结合的方法,建立了混凝土三维球体随机骨料模型,利用有限元软件分析了温度响应和损伤积累过程,并通过大温差循环试验验证了模拟结果.结果表明:随着温差循环次数的增加,混凝土导热性能变差,温度梯度呈增大趋势;骨料与砂浆界面处产生较大拉应力,损伤由界面开始产生;每次循环的升温过程拉应力增大,使得损伤逐渐积累并从界面向基体扩展,最终损伤区域连通;温度响应和静弹性模量损失率模拟结果与试验测定值吻合良好,数值模拟方法合理有效.

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。

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。

活性粉末混凝土微观结构及其对强度与抗氯离子渗透性能的影响研究

在多种矿物掺合料混掺的活性粉末混凝土的强度和电通量试验基础上,运用x射线衍射分析(XRD)、汞压力测孔分析(MIP)及扫描电镜观察(SEM)技术,研究了活性粉末混凝土的主要水化产物、孔结构和微观形貌,探讨了各种矿物掺合料对活性粉末混凝土的强度和抗氯离子渗透性的影响机理.研究结果表明,在各种活性粉末对混凝土的性能增强作用中,硅粉的含量是最主要的因素;掺入矿粉和偏高岭土的活性粉末混凝土样品,比单一使用硅粉的样品孔隙率略低;高温养护下偏高岭土在提高材料抗氯离子渗透性方面的作用比矿粉明显;不论对于哪一种矿物原料的掺合方式,活性粉末混凝土的强度和抗氯离子渗透性能都随着养护温度的提高而有所增强.

活性粉末混凝土的疲劳性能试验研究

通过等幅单向压缩荷载作用下的活性粉末混凝土疲劳试验,研究活性粉末混凝土的疲劳特性。研究表明:循环荷载作用下,活性粉末混凝土的疲劳破坏表现为形成单一临界疲劳主裂纹的破坏形态;活性粉末混凝土的宏观疲劳损伤过程按宏观疲劳裂纹演变模式分为裂纹潜伏、裂纹稳定扩展和失稳破坏3个阶段,且各阶段分别占疲劳总寿命的15%,75%和10%,相应的纵向变形发展也呈此3阶段规律;活性粉末混凝土的疲劳寿命服从两参数Weibull分布,疲劳极限强度可取为其静极限轴心抗压强度的57%;活性粉末混凝土疲劳变形模量的衰减可分为平稳缓慢衰减和急剧不稳定衰减2个阶段,其比例分别为90%和10%;疲劳变形模量的极限值可以取作初始变形模量的0.5倍。

三轴压下活性粉末混凝土的力学性能研究

活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)是一种新型超高性能混凝土材料,作为新材料在铁路工程中应用的基础,对其多轴力学性能进行研究有重要意义。在6种不同的应力比下,对活性粉末混凝土立方体试件进行三轴定侧压加载试验,分析活性粉末混凝土在三轴压下的强度特征、变形性能及破坏形态。结果表明:在本研究的应力比范围内,活性粉末混凝土的破坏模式主要为斜剪破坏;三轴抗压强度约为单轴抗压强度的3~4倍,抗压强度最大值出现在第二主应力与第三主应力比值为0.25时;三轴主压向峰值应变为单轴压峰值应变的5~10倍,随着第二主应力的增大,主压向峰值应变逐渐增大;主压向的应力-应变曲线在峰值后没有下降段,而是出现了明显的"应力平台";根据实测的三轴抗压强度,建议了适用于活性粉末混凝土的八面体空间破坏准则的相关参数。

活性粉末混凝土(RPC)箱梁剪力滞效应有限元分析

笔者对为青藏线设计的 32m铁路预应力活性粉末混凝土单箱单室箱梁进行了有限元分析 ,对其剪力滞分布规律进行了研究 ,并且分析了不同工况对梁剪力滞效应的影响。分析结果表明预应力活性粉末混凝土箱梁具有一定的剪力滞效应 ,剪力滞系数在 1.0～ 1.1之间。笔者得到的结果可以为今后活性粉末混凝土梁的设计提供参考 ,这对于加速箱梁剪力滞理论的深入研究 ,为大跨、新型桥梁结构的性能评价提供正确的分析有一定的参考价值。

活性粉末混凝土的弯曲强度和变形特性

通过对活性粉末混凝土(RPC)无配筋梁和有配筋梁的试验,分析了活性粉末混凝土梁的弯曲强度和变形特性.研究发现,钢纤维的加入有效地提高了梁的延性和弯曲刚度,使梁的抗拉应力得到了显著提高.假设梁可承受拉应力且拉应力按矩形分布,给出了RPC受弯构件正截面承载力的计算公式,通过该公式计算出的理论值与试验值符合良好.

双轴压下活性粉末混凝土的力学性能

为了满足对活性粉末混凝土(RPC)结构进行非线性分析和设计的需要,通过试验研究了RPC试件在双轴受压状态下的强度和变形特性,分析了RPC的破坏形态、双轴抗压极限强度、峰值应变、应力-应变曲线等变化规律,给出了RPC的二轴峰值应力包络图与峰值应变包络图,建立了主应力空间下RPC的双轴破坏准则,为RPC按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.

活性粉末混凝土的疲劳强度研究

针对活性粉末混凝土的疲劳强度进行了研究,通过对24个尺寸为70mm×70mm×210mm的活性粉末混凝土试件施加轴向压疲劳荷载,获得了不同应力水平和应力比作用下活性粉末混凝土的疲劳寿命。结果表明,活性粉末混凝土的疲劳寿命统计分布规律服从两参数Weibull分布,建立了活性粉末混凝土的疲劳寿命方程,确定了方程中的参数,研究结果可用以预测一定存活率要求下活性粉末混凝土的疲劳寿命。

活性粉末混凝土(RPC)的断裂力学性能

在试验及观察的基础上,对活性粉末混凝土的断裂过程进行定性分析,给出活性粉末混凝土的裂纹发展原理及钢纤维的增韧机理,并分析其不同于普通混凝土的两个基本断裂特征。介绍了利用缺口梁三点弯曲试验确定混凝土拉伸软化本构方程的方法。基于Hillerborg模型,提出活性粉末混凝土的拉伸软化模型,根据三点弯曲断裂试验结果,确定出活性粉末混凝土的双线性拉伸软化曲线中的具体参数。据该软化曲线公式,计算出的活性粉末混凝土断裂能同试验得出的值相比,误差仅为0.9%。笔者得出的双线性软化曲线能较精确地反映活性粉末混凝土材料的断裂特性,可为今后进行RPC裂缝的分析和预测提供定量计算的依据,对于研究活性粉末混凝土的断裂能、尺寸效应等问题也很具意义。

土木工程实践型人才培养路径探索——以结构设计竞赛为例

通过组织学生参加结构设计竞赛,可有效地培养他们的实践能力和创新能力。文章从完成竞赛所必须的结构选型、计算分析、模型制作三大环节出发,在每一阶段有针对性地教学,分别有意识地培养学生的概念设计能力、数值计算能力和动手能力,以及通过组织校内竞赛和开设创新实验课程两种教学组织形式,培养学生的动手能力和综合运用专业知识的能力。实践表明,这些措施的实施有利于培养土木工程专业学生的实践能力。

活性粉末混凝土的疲劳损伤

为了探明活性粉末混凝土的疲劳损伤机理,建立疲劳损伤模型,对活性粉末混凝土棱柱体试件施加轴向等幅脉动荷载,观测4种不同应力水平下试件的破坏模式和宏观裂纹的演变过程,测量了加载过程中的纵向应变.研究表明,活性粉末混凝土的疲劳损伤可分为内部损伤成核、损伤稳定发展和损伤失稳发展3个阶段,且只有当荷载循环次数超过一定阈值时才会发生宏观疲劳损伤.文中还采用累积残余塑性应变定义了活性粉末混凝土的损伤,根据试验数据得到了疲劳损伤曲线;利用损伤力学理论建立了活性粉末混凝土的疲劳损伤演化模型,确定了模型参数,模型表达合理,形式简单,便于工程应用.

活性粉末混凝土桥梁的疲劳可靠性验算

对活性粉末混凝土疲劳试验实测资料进行分析,提出铁路活性粉末混凝土桥梁疲劳验算中混凝土相关疲劳可靠性设计参数取值。编制程序计算多种跨度简支梁在客运专线疲劳列车作用下标准荷载效应比频谱,给出不同跨度简支梁中活性粉末混凝土等效重复应力换算系数。对32m预应力活性粉末混凝土桥梁承载能力极限状态可靠指标进行分析,给出建议的活性粉末混凝土桥梁疲劳设计目标可靠指标和设计验算表达式。

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。

基于模态参数的铁路站台张弦结构损伤识别

研究目的:随着铁路客运站规模的不断扩大,为使站台的使用空间增加,我国很多铁路站台使用无站台柱式的大跨度雨棚,张弦结构因具有优异的受力性能而在无站台柱式雨棚中有着广阔的应用前景。因此,对服役中的铁路客运站张弦结构损伤状况进行识别、预测损伤后的极限承载力具有十分重要的意义。研究结论:(1)建议以频率变化率FRC_i和正则化频率变化率NFRC_i作为站台张弦结构体系的损伤识别参数;(2)建议以NFRC_1作为张弦结构的桁架损伤定位参数,以NFRC_2作为撑杆和拉索损伤定位参数,以FRC_3作为预应力损失识别参数;(3)给出了不同部位损伤后结构模态参数FRC_i与相对极限承载力k之间的关系;(4)本研究结果可为铁路站台张弦结构的损伤识别和极限承载力评估提供参考。

薄腹板T型梁的稳定分析

通过薄腹板T梁的稳定性理论分析,推导出列车运营荷载作用下梁整体稳定极限承载力和腹板屈曲的极限承载力,并利用ANSYS对24m高强度混凝土T型梁进行了有限元分析。

活性粉末混凝土的断裂性能研究

在活性粉末混凝土缺口梁断裂试验的基础上,分析了荷载作用下活性粉末混凝土的裂纹产生以及裂纹扩展直到破坏的机理,给出了描述活性粉末混凝土断裂特征的稳定断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移两个基本参数。