大跨连续刚构桥双肢薄壁墩抗震性能研究

为获得双肢薄壁墩在地震作用下的破坏形态与力学性能,采用低周反复荷载试验探讨了不同轴压比、主筋率及体积配箍率对该类型桥墩抗震性能的影响,得到了各试验墩的破坏特性、滞回曲线、位移延性与耗能性能。试验结果表明:各试验墩的破坏形态基本相似,大体可分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、弯曲破坏阶段。试验墩在墩底及系梁处破坏严重,其中墩底与墩顶出现显著的弯曲破坏,系梁处出现“X形”裂缝。主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,适当提高轴压比可显著提高该桥墩的延性性能。各试验墩的变形能力较好,位移延性在2.63~3.68,变化幅度较大,主筋率对延性影响显著。

钢夹板—螺栓连接胶合木抗剪性能试验研究

为了研究钢夹板—螺栓连接胶合木的抗剪性能,以东北落叶松胶合木—钢夹板螺栓连接件为研究对象,共设计12组(36个)钢夹板—螺栓连接胶合木进行剪切静载试验,结合理论分析和试验结果表明:材料规格和螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪能力明显高于并列布置;随着螺栓列数的增加,屈服荷载与极限荷载明显提高,且螺栓列数与剪切荷载呈非线性关系;在多螺栓连接件中,随着螺栓间距的增大,连接件的初始刚度与屈服后刚度呈减小趋势,极限荷载与屈服荷载呈增大趋势。

BFRP筋增强胶合木梁受力性能分析

为有效提高胶合木梁的抗弯刚度,以东北落叶松为基材,制作了6组(1组未加筋和5组加筋)、每组3根共18根胶合木试验梁,分别对BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的受力性能、破坏形态和极限承载力进行了试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,根据各试验梁的破坏形态,对比分析了BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏机理及不同配筋率情况下BFRP筋增强胶合木梁的抗弯刚度与极限承载力。结果表明:1)BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏形态类似,均呈现受拉脆性破坏、受拉延性破坏和受压延性破坏三种破坏形态;即配筋率小于0.77%时,BFRP筋增强胶合木梁为受拉脆性破坏,配筋率为0.77%～1.51%时,为受拉延性破坏,配筋率大于1.51%时,为受压延性破坏;且前二者破坏均有明显的裂缝发生、发展过程。2)BFRP筋不仅明显改善了胶合木梁的延性性能,还延缓了胶合木梁的受拉脆性破坏时间,大大提高胶合木梁的抗弯刚度,从而充分发挥梁顶受压区胶合木的强度,同时使胶合木梁的承载能力也得到提高。3)当配筋率增大到超筋后,其承载能力不再继续增大。

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合 4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的“弯剪破坏模式”,滞回曲线“捏缩”效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取 10%时的延性最好。

基于有限元网格尺寸效应影响的峰值应变修正研究

对混凝土塑性损伤模型的单轴应力-应变关系、损伤变量、屈服准则和流动法则等进行阐述。利用ABAQUS对标准立方体混凝土试块模型采用不同网格尺寸进行计算,通过回归分析得到网格尺寸与本构模型峰值应变的函数关系。随后建立矩形截面单肢墩与双肢墩的有限元模型,基于上述函数进行损伤模型的峰值应变修正。并根据2个桥墩的有限元模型,设计并进行2个试验墩的试验研究。通过对比可见,调整峰值应变可有效消除网格尺寸对混凝土结构有限元分析的影响,ABAQUS塑性损伤模型在调整峰值应变后计算所得结果与试验结果更接近。且此方法对简单结构更为有效,而对于较为复杂结构,应视具体结构的复杂情况进行详细分析。

高墩大跨刚构桥桥墩的稳定性与承载能力研究

以张家界太极溪特大桥为研究对象,同时使用ANSYS与ABAQUS两种有限元软件进行计算分析,首先,采用线弹性稳定分析方法对大跨预应力混凝土连续刚构桥各施工阶段双肢薄壁墩的稳定性和失稳模态进行计算;随后,使用非线性仿真分析方法对该桥各施工阶段进行计入初始几何缺陷的非线性分析.通过分析可知:在相同的荷载工况作用下,各施工阶段的极限承载力均小于成桥阶段的极限承载能力;裸墩状态与0号块施工阶段该桥桥墩的纵向稳定性较小,结构在几何缺陷与材料塑性的影响下,承担荷载能力明显减弱.利用ANSYS与ABAQUS两种软件计算所得结论极为相近,通过其结果的相互验证,可以在一定程度上确定本次计算分析所建模型与分析方法的正确性,可为今后该类桥桥墩的施工、设计与研究提供参考.

提篮式简支梁拱组合体系桥的稳定性研究

以长沙市圭塘河通道建设工程一座跨度为84 m的大跨提篮式简支梁拱组合体系桥为工程背景,分别采用屈曲分析和非线性仿真分析两种方法对提篮式简支梁拱组合体系桥的稳定性和失稳模态进行计算,结果表明:该类桥失稳主要为拱顶侧向变形,且在计入初始缺陷后结构稳定系数明显下降,非线性因素对于结构稳定性影响显著。随后又进行了倾角、横撑布置与矢跨比等因素对拱桥稳定性影响的探讨,结果表明:非保向力效应、内倾角、矢跨比与拱肋刚度对结构的稳定性有非常显著的影响;其中倾角以10°~20°为宜、矢跨比取1/3~1/4为宜。而关于横撑的分析结果表明取一形撑与米形撑更有利于拱桥的稳定性。

装配式木结构钢夹板螺栓连接抗剪性能

为深刻认识装配式木结构钢夹板螺栓连接的抗剪性能,准确计算其抗剪承载力,针对装配式木结构中胶合木-钢夹板螺栓连接件的构造特点,考虑胶合木厚度与螺栓直径之比(厚径比)、螺栓间距及螺栓并列、错列布置3个因素的影响,设计了3类17组共51个推出试件,并进行了纵向荷载作用下胶合木-钢夹板螺栓连接件的抗剪性能试验。采用推出试验与有限元数值模拟相结合的方法,探讨了胶合木-钢夹板螺栓连接件的剪切破坏机理和螺栓垫片对其抗剪性能的影响。结果表明:胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随厚径比的增大,螺栓连接的破坏模式逐渐由"单铰"向"双铰"转化,最佳厚径比为7.5;在多螺栓连接中,螺栓从上至下的弯曲程度呈递减规律,且部分胶合木出现销槽承压破坏;随着螺栓布置间距的增大,连接件的抗剪承载力呈增大趋势,而初始刚度呈减小趋势;随着螺栓布置列数的增加,连接件的胶合木由沿中间单列螺栓劈裂破坏向两边列螺栓劈裂破坏转变,2列布置构件的延性最佳;在螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪承载力比并列布置的高,但并列布置的延性性能优于错列布置;钢夹板螺栓连接件抗剪承载力的有限元计算结果与试验结果吻合良好,而各国规范公式计算结果则偏于保守;螺栓垫片对连接件抗剪性能的影响较小。

超宽桥现浇段贝雷梁柱式支架的非线性分析

以成都天府机场高速公路TJ7标高明互通超宽桥现浇段的贝雷梁柱式支架为研究对象,利用ANSYS有限元软件分别对其进行线弹性屈曲分析与非线性分析。对其稳定性与结构的承载力进行了评估,最终通过对支架所用垫梁及贝雷片布置的探讨,对超宽桥现浇段的施工支架进行优化设计。结果表明,该贝雷梁柱式支架承载力主要破坏为,跨中支座处贝雷片的受压破坏及边跨贝雷片的局部失稳破坏。提高贝雷片横向布置数量或集中贝雷片布置于中心位置,可显著提高该贝雷梁柱式支架的承载能力与稳定性,对施工支架进行合理优化布置,可显著提高超宽桥在施工过程中的安全性。

寒区近海混凝土桥梁性能衰退机理与损伤行为评估方法

受到周期性潮汐变化的影响,中国寒区近海混凝土桥梁长期遭受海水冻融及多种耦合腐蚀作用,这严重影响了桥梁的服役性能与使用寿命。为了准确预测桥梁的性能衰退规律,针对桥梁所处环境,分析了桥梁结构的性能退化机理,并借助近场动力学方法在多尺度方面的优势,利用MATLAB-ABAQUS联合仿真方法建立了桥梁劣化损伤预测与评估方法。在此基础上,从混凝土海水冻融损伤出发,考虑温度分布特性、临界饱和度模型、孔隙结晶规律与孔隙压力理论,结合不同孔隙的结晶温度与孔隙累积,通过孔隙变形加载方式建立混凝土微观尺度的冻融循环数值模拟计算方法。随后,根据混凝土微观尺度冻融损伤的计算结果,建立考虑冻融损伤分布的RC桥墩等效数值模拟计算方法。最终,设计制作了RC桥墩节段,进行了海水环境下RC桥墩的冻融循环试验,并利用超声层析成像技术,得到RC桥墩的海水冻融损伤分布。试验与计算结果表明:通过与超声层析成像试验结果的对比,混凝土微观尺度计算模型可以很好地模拟冻融循环过程中孔隙累积与孔隙转化引起的混凝土冻融损伤行为;受到温度分布与相对饱和度的影响,当冻融大于50次后,试件出现明显的冻融损伤界限(冻融深度),且随着冻融次数的增加,冻融深度的增速呈现先增大后减小的趋势。除此之外,等效计算模型的滞回曲线计算结果与试验结果吻合较好,随着冻融次数的增加,RC桥墩的峰值荷载逐渐减低,海水冻融对RC桥墩力学性能的影响极为严重,且建立的计算方法很好地预测了海水冻融作用下RC桥墩的力学性能退化。

提篮式简支梁拱组合体系桥抗震性能分析

以长沙市圭塘河一座跨度为84m的提篮式简支梁拱组合体系桥为研究对象,利用ANSYS建立空间有限元计算模型。首先,分别采用子空间迭代法与多重Ritz向量法对该桥进行模态分析,分析表明,简支梁拱组合体系桥有着极好的抗震性能。随后,分别运用反应谱分析法与时程分析法对该桥各向地震动作用下的地震响应进行计算,计算结果表明,在横向与竖向地震作用下,拱顶位置发生明显位移,而在纵向地震作用下,该桥最大变形为1/4跨主拱;且行波效应对该桥地震反应影响显著。最终利用随机振动分析法对该桥拱肋结构进行计算分析,得到各向地震作用下拱肋的变形云图。通过各种地震反应分析计算结果的探讨,为大跨度提篮式梁拱组合体系桥的抗震设计提供理论依据。

提篮式组合拱桥箱形拱肋的非线性稳定分析

首先阐述了箱形拱肋线性和非线性稳定性分析的计算理论,随后以圭塘河通道建设工程的一座跨度为84m的大跨提篮式组合拱桥箱形拱肋为研究对象,利用Ansys、Ansys workbench与Midas有限元软件分别进行线弹性屈曲分析和非线性仿真分析,计算结果表明,拱肋结构在持续横向荷载作用下第一条拱肋首先屈服,但由于横撑与拱肋结构的组合,使得第二条拱肋能够持续保证拱肋横向受力;拱肋结构的稳定性由横向稳定所决定,而结构在成桥阶段荷载作用下的稳定性,则由拱肋结构的竖向稳定所决定。

现代木结构人行桥动力特性有限元分析

现代木结构人行桥与环境协调应用范围广,但由于现代木结构轻质,且随着跨径的增加,其基频可能落在人致振动引起的敏感频率区域,影响现代木结构人行桥的使用性能。通过建立3种不同跨径的现代木结构人行桥的有限元模型,对其进行动力分析,得到了现代木结构人行桥的动力特性:频率和振型;通过与同样跨径的钢筋混凝土人行桥与人行钢桥进行动力特性比对,得出现代木结构有更好的抗人致振动能力,更适用于大中跨人行桥结构。