基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁(以下简称箱梁)的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命,预测结果与试验结果吻合较好。研究表明:根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算,与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。

受损木梁的抗弯加固试验与承载力计算分析

针对雅安地震中大量受损的木结构,统计了木梁的主要损伤情况,研究了受损木梁的抗弯加固试验,分析了裂缝和木结对梁和加固梁在受弯过程中的载荷、位移的影响,建立了加固木梁的极限承载力与梁参数、裂缝形式与分布,以及CFRP(carbon fiber reinforced polymer)加固率影响的理论计算公式。试验结果表明:抗弯加固木梁的整个变形过程符合平截面假定,碳纤维布能有效提高梁极限承载力,提高幅度可达到25.2%;受木结和初始裂缝的影响,随着CFRP加固层数的增加,其承载力提高幅度反而下降;裂缝和木结对木梁极限承载力影响很大,是木梁破坏的主要原因,新裂缝的萌生点位于木节处,木梁破坏的主要位置为木结处。同时,基于最大有效应力建立的木梁承载力计算模型,计算值与试验值符合较好,其误差在8%以内,符合工程计算要求。

波纹钢腹板组合箱梁常幅疲劳性能试验研究

波纹钢腹板组合箱梁结构以波纹钢腹板代替传统的混凝土腹板,实现了主梁的轻型化。针对波纹钢腹板组合箱梁的破坏机理,研究了2根波纹钢腹板组合箱梁的静力和疲劳性能。记录了试验中裂纹萌生、扩展的全过程,分析了试件破坏模式、承载力、荷载–挠度曲线、荷载–应变曲线,并通过材料力学公式对100 k N时梁挠度进行计算。结果表明:箱梁破坏时纵向裂纹萌生于混凝土底板,纵向贯通拉裂后,波纹钢腹板与底板之间产生纵向滑移,混凝土销剪切错动破坏。实际工程中应对混凝土底板进行FRP加固或设置预应力筋减缓裂纹萌生以及扩展;箱梁具有很好的疲劳耐久性,疲劳试验中裂纹扩展缓慢,当P_(max)为静力试验承载力的50%时,疲劳寿命超过6×106周次;箱梁受力符合拟平截面假定,混凝土顶底板主要承受弯矩,波纹钢腹板主要承受剪力。挠度计算结果略小于试验值,属于偏安全计算,误差原因主要是未考虑波纹钢腹板剪切变形对梁挠度影响。

高温后钢骨再生混凝土柱的加固疲劳行为

针对大量建筑物在火灾中损坏急需修复的问题,进行高温(500℃)后钢骨再生混凝土柱进行纤维复合材料(CFRP)加固前后的静力轴压试验和加固后的疲劳试验。通过对破坏模式、承载力、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线进行分析,结果表明:CFRP能有效提高高温后钢骨再生混凝土柱抗压强度、刚度和延性,承载力提高幅度最高可达141%;当再生混凝土取代率为50%时,CFRP加固短柱取得最大承载力;加固试件破坏形式为CFRP拉断、内部混凝土压碎及钢骨上部屈曲,未加固试件的破坏形式为钢骨上部屈曲,外部混凝土剥落;加固后的钢骨再生混凝土柱305RF能够在上限为50%承载力的荷载下经过2×106次疲劳试验,2×106次后试件最大竖向位移接近相同试件静力破坏时的对应位移。

碳纤维布不同加固方式对木梁承载力影响试验研究

为研究碳纤维布(CFRP)对矩形木梁的加固效果,采用CFRP包裹9根矩形木梁进行抗弯、抗剪性能的试验。分析不同CFRP加固层数、不同加固方式对木梁承载力性能的影响,获得了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-挠度关系和应变分布等。结果表明:加固梁在变形过程中符合平截面假定,CFRP改变了木梁的脆性破坏模式,其受压区有明显的塑性变形段,提高了木梁的抗弯、抗剪性能,极限承载力提高最高为55.1%,试件的刚度和延性也同时得到改善,采用CFRP加固增强木梁性能的方法是行之有效的。

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载-变形曲线和极限承载力关系.结果表明:随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力-应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载-应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.

玄武岩纤维增强再生混凝土冻融后基本力学性能试验研究

主要研究了冻融后不同再生骨料取代率(0、50%、100%)的混凝土及再生骨料取代率为50%、玄武岩纤维掺量为4 kg/m3的纤维增强再生混凝土的抗冻性和力学性能,归纳了4种混凝土冻融破坏类型及机理分析,得到了在不同冻融循环周次后混凝土的质量损失、抗压强度、弹性模量及峰值应变变化曲线,分析了混凝土应力-应变全过程曲线的变化特征,给出了混凝土受压破坏的机理分析。结果表明:天然混凝土冻融破坏情况最严重且质量损失最多;冻融循环100次后,纤维增强再生混凝土的抗压强度提高约16%,弹性模量降低约4%和峰值应变变化不大,表现出良好的抗压性能和延性变形能力;应力-应变全过程曲线的变化趋势与再生骨料取代率有关,与纤维掺量无关;冻融循环作用对混凝土内部界面过渡区的影响是决定混凝土破坏形式的主要原因之一。

再生混凝土及钢骨短柱高温后的加固行为研究

研究了0%,50%和100%的3种再生骨料替代率下,再生混凝土的基本物理和力学性能,分析了钢骨再生混凝土短柱的高温性能及其加固行为,得到了不同再生骨料替代率、不同温度和CFRP加固下钢骨再生混凝土的承载力、位移和应变响应,建立了高温后(500℃)钢骨再生混凝土短柱弹性模量和抗压强度之间的理论关系。结果表明:在CFRP加固下,替代率为50%的试件具有最大的承载力,温度升高,试件承载力急剧降低,而CFRP加固能有效提高试件的承载力、刚度,延性有所降低,其破坏模式比未加固试件有明显改变。

震后建筑再生混凝土及其钢管短柱受压性能研究

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土及其钢管柱的基本物理和力学性能,以设计强度为C30的废弃混凝土为再生粗骨料,分析了5种再生骨料取代率(0%、25%、50%、75%、100%)对再生混凝土材料的抗压强度和劈裂强度的影响,以及对钢管再生混凝土的失效模式、承载力、变形、应变关系的影响;给出了钢管再生混凝土柱力学性能随取代率变化的关键值,建立了再生混凝土的应力-应变关系。结果表明:随着再生骨料取代率的增加,再生混凝土的受压性能和抗拉强度逐渐降低,钢管试件的承载力水平逐渐降低,但其破坏失效模式和变形曲线与普通钢管混凝土无显著差别。根据钢管和再生混凝土的应力-应变关系计算了钢管再生混凝土柱的极限承载力,所得计算结果与试验结果符合较好,其误差约为10%,符合工程计算要求。

高温对再生混凝土及其组合结构力学性能影响

再生混凝土的开发利用,不仅能从根本上解决废弃混凝土的出路问题,而且减轻了其对环境的污染。在"再生骨料"中掺入纤维丝可增强增韧,会成为新型材料的发展方向。结合国内外的一系列研究,阐述了混凝土、再生混凝土、纤维增强混凝土、纤维增强再生混凝土的概念及特点,总结了国内外学者对其在高温环境下的材料性能和构件的力学行为的研究现状,探讨了纤维增强混凝土的应用前景,为我国建筑行业新型材料的发展提供研究依据和参考。

玄武岩纤维再生混凝土及其轴压短柱力学性能分析

随着再生混凝土研究和应用的不断深入,研究再生混凝土的力学性能及其结构的耐久性问题显得尤为重要.纤维再生混凝土可显著提高再生混凝土的力学性能,为其在土木工程上的应用提供了重要的理论依据和参考价值.通过对再生粗骨料基本物理和力学性能参数的研究,讨论了不同玄武岩纤维掺量对3种再生骨料取代率(0%,50%,100%)下再生混凝土的物理和力学参数的影响,对比分析了再生混凝土轴压短柱在不同纤维掺量下的力学性能.研究结果表明,玄武岩纤维对再生混凝土的增强效果要优于对普通混凝土的增强效果,说明玄武岩纤维可用于增强再生混凝土及其短柱的力学性能.

混凝土抗冻耐久性能研究进展

冻融破坏是指含水或与水接触的混凝土在长期正负温度交替循环作用下在表面产生拉裂缝,诱导内部裂缝开展最终使混凝土性能全面劣化的剥蚀破坏。我国幅员辽阔,三北地区大部分建筑物及西南高山高原地区的重要工程都受到冻融破坏的影响,给建设工作带来巨大挑战。冻融破坏已成为上述地区结构服役期间最主要的不利因素,产生巨大的安全隐患和经济损失。结合国内外冻融破坏研究现状,介绍混凝土、再生混凝土、纤维增强混凝土及纤维增强再生混凝土在冻融循环条件下的力学性能、宏观表现及微观破坏机理。通过对比探讨提高混凝土及再生混凝土抗冻耐久性的方法,对新型混凝土尤其是纤维增强再生混凝土应用于未来建设活动的必要性和可行性做出展望。

玄武岩纤维再生混凝土硫酸盐侵蚀后力学性能试验研究

针对工程中的硫酸盐侵蚀和再生混凝土耐久性问题,利用玄武岩纤维的增强和耐腐蚀特性,对玄武岩纤维再生混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能进行研究,分析了不同再生骨料取代率和玄武岩纤维掺量对再生混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能的影响,对比分析了不同干湿循环次数后混凝土的抗压强度、弹性模量和峰值应变变化情况,得到了再生混凝土硫酸盐侵蚀后的破坏形式和力学参数。引入叠加效应系数K分析了再生混凝土荷载-位移全过程曲线及其破坏机理。结果表明,再生骨料取代率和玄武岩纤维掺量明显影响受硫酸盐侵蚀后混凝土的抗压强度,但对弹性模量的影响较小;硫酸盐侵蚀对混凝土界面过渡区造成的影响使得立方体试件和圆柱体试件的破坏模式差别较大。同时发现,掺入纤维可显著提高再生混凝土峰值应变及变形能力,但对其弹性模量的提高影响较小。通过K值的引入和计算发现,掺入纤维和冻融循环次数的增加会降低纤维再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

江西边界地区循环经济发展模式研究

大力发展循环经济,提高资源利用效率,在经济发展的同时推进生态环境和节约型社会的建设对江西边界地区经济发展有着重大意义。本文在阐述循环经济内涵的基础上,分析了江西边界地区发展循环经济的动因和制约因素,进而提出了江西边界地区发展循环经济的策略。

高温后钢骨再生混凝土柱的加固行为分析

针对高温环境对钢骨混凝土受力性能影响的问题,进行高温(500、700℃)作用后钢骨再生混凝土柱的轴压性能试验,分析碳纤维布(CFRP)加固对其力学性能的影响,得到高温后钢骨再生混凝土柱及加固试件的失效模式、极限承载力和位移响应与不同骨料取代率的关系曲线。结果表明:500和700℃高温作用后钢骨试件出现干缩裂缝,且温度越高干缩裂缝越多,极限承载力越低;对于高温后加固试件,极限承载力和位移得到较大提高,然而其破坏模式变为没有预兆性的脆性破坏;相对于0%和100%取代率的钢骨试件,高温后50%取代率试件加固后的极限承载力提高幅度达到最大的141%。最后,利用ABAQUS有限元模型模拟钢骨试件的位移和应变发展曲线,与试验结果符合较好;同时针对CFRP对钢骨试件的加固机理进行分析,揭示钢骨、再生混凝土和CFRP在受压时的变形协调机理。

箱梁桥上移动车辆的车轴轴重识别试验

针对现有桥梁上移动车辆荷载识别试验研究中车轴轴重识别精度不高的问题,设计了用长标距光纤光栅传感器监测桥梁横向应变的方法来识别车轴轴重的箱梁桥试验。该试验通过分析长标距传感原理和箱梁的力学模型,推导了箱梁的横向应变计算式;结合等效荷载概念确定桥梁上不同位置处的车轴荷载与监测单元横向应变间的关系;利用进桥端应变响应的波峰和波谷信息计算的轴重比和校准的车辆荷载对移动车辆的多个车轴轴重进行有效识别。试验结果表明:利用箱梁桥横向应变识别的车轴轴重最大误差为5.14%,识别的车辆荷载最大误差为2.08%,证实了横向应变对于识别车轴轴重的有效性,也提高了移动车辆荷载信息识别的精度,为有效预警超载车辆提供了有力保障。

现浇构造柱对砌体填充墙钢框架抗震性能影响

为了研究现浇构造柱对框架结构砌体填充墙的抗震性能的影响,对三榀足尺单层单跨框架结构开展了拟静力试验,总结了水平荷载作用下不同框架结构的填充墙的裂缝萌生、扩展规律,分析了各框架结构的滞回曲线、耗能特性和刚度特性。研究表明:现浇构造柱改变砌体填充墙的裂缝发展模式,无构造柱砌体填充墙破坏以水平滑移裂缝为主,现浇构造柱砌体填充墙“X”形剪切裂缝为主;相对于无构造柱砌体填充墙,现浇构造柱填充墙框架结构屈服荷载提升70.18%,屈服位移提前34.17%,最大刚度提高1.48倍;填充墙的存在显著增强了框架的耗能能力,构造柱对砌块填充墙的等效黏滞阻尼比影响不明显,对累计耗能能力影响显著。根据填充墙体的对角撑杆效应,建立了现浇构造柱填充墙框架简化力学模型,提出考虑构造柱对墙体承载能力影响的框架填充墙侧向刚度计算公式,基于模型试验结果验证了其科学合理性。

磷石膏填充墙研究现状与应用进展

目前全国废弃磷石膏的累积量达到了3亿t,其随意堆放造成了土地资源浪费与环境破坏,将磷石膏运用于填充墙体系不仅可以达到固废利用,而且节约能源,有利于经济发展。在2020年"两会"期间,全国人大代表提出在全国全面实施"以渣定产",为了加快中国磷化工生态绿色、高质量发展进程,基于国内外磷石膏的研究发展现状,总结了磷石膏的优缺点,探究了磷石膏填充墙的发展潜力;结合磷石膏填充墙实际应用现状,发现磷石膏应用于填充墙结构体系中的不足,最后对磷石膏填充墙研究及应用方向提出展望,为装配式磷石膏填充墙提供参考,助力磷化工行业可持续发展。

武侯祠桂荷楼穿斗木构架透榫节点抗震性能研究

以武侯祠桂荷楼穿斗节点为原型,模拟了等厚单向透榫节点在拟静力荷载作用下的应力应变特征和抗震性能,探讨了榫高、榫厚和柱径三种因素对节点力学性能的影响。研究表明:等厚单向透榫耗能性能好,但节点受力复杂,榫头根部应力集中,小榫头根部易发生撕裂和折断现象;榫高、柱径对节点等效黏滞阻尼系数、节点刚度和承载力有显著影响,而榫厚影响不明显。最后,根据透榫节点弯矩转角关系提出三折线模型,建立了模型参数与榫高、榫厚、柱径的函数关系来预测节点性能。本文研究成果可为穿斗木构架结构的榫卯节点尺寸设计、抗震理论研究和文物修缮设计提供建议和参考。

玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能,设计了10根玄武岩纤维增强再生混凝土波纹钢腹板组合箱梁,对其进行四点弯曲变幅疲劳试验。通过分析箱梁的裂纹扩展过程、破坏形态和挠度,研究再生粗骨料取代率和碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对纤维再生混凝土箱梁疲劳性能的影响。试验结果表明:纤维再生混凝土箱梁呈现两种疲劳破坏形态,即未加固组合箱梁发生钢-混纵向滑移,CFRP加固组合箱梁在波纹钢腹板焊缝焊趾处撕裂;总体上,纤维再生混凝土箱梁表现出良好的抗变幅疲劳性能;再生粗骨料取代率是影响变幅疲劳寿命的主要因素,随着再生粗骨料取代率增加,变幅疲劳寿命分别降低了15.5%、15.5%、10.2%和31.4%;CFRP加固能有效地抑制疲劳裂纹扩展和底板与腹板的纵向滑移,增强再生混凝土抗弯刚度,进而提高组合结构的疲劳寿命;理论计算的纤维再生混凝土组合箱梁的变幅疲劳寿命均高于试验值。