平钢板-UHPC组合桥面板纵向抗负弯性能试验研究

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力性能试验,进行了桥梁整体受力和桥面板局部受力计算,以及桥面板抗负弯矩极限承载力构成分析。结果表明:UHPC名义开裂强度达8.90 MPa以上,其值远大于实桥荷载作用下UHPC层上缘的纵桥向最大拉应力,组合桥面板负弯矩抗裂性能良好,能满足工程需求;组合桥面板抗负弯承载力的计算,UHPC受拉本构宜采用三折线模型,抗负弯承载力简化计算的UHPC受拉区等效均布应力折减系数可取0.76,抗负弯承载力状态的受压钢板受力仍处于线弹性阶段,抗负弯破坏模式与抗正弯明显不同,为受拉钢筋拉断;PBL剪力键能保证了钢板与UHPC板整体共同受力;组合桥面板在负弯矩作用下的延性良好,裂宽增长缓慢,UHPC的名义极限强度达名义开裂强度的4.1倍以上,到达极限荷载后,组合板承载力没有明显下降。

Surface Effects on the Postbuckling of Nanowires

A core-shell model that accounts for surface effects is suggested to investigate the postbuckling behavior of nanowires.The corresponding critical load,buckling wavenumber and amplitude incorporated in the surface effects are analytically derived.The results demonstrate that the surface effects have a strong influence on the buckling amplitude of each order.This study can not only shed light on the postbuckling of nannowires but also provide an method for measuring the physical parameters of nanowires used in nano-devices.

钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析

为研究钢箱梁正交异性桥面板横隔板与U肋交接处的残余应力分布规律,采用Abaqus有限元软件模拟横隔板的热切割和焊接过程,分析横隔板与U肋交接处热残余应力的分布特征,探讨切割速度和焊接速度对横隔板弧形切口处残余应力的影响。结果表明:横隔板弧形切口处产生切向残余拉应力,其值超过钢材屈服强度;焊接在横隔板与U肋焊接区局部范围引起沿焊缝方向的残余拉应力,且焊缝尾端的应力集中更为明显;弧形切口残余应力区宽度随切割速度的增加而减小,残余拉应力随焊接速度的增加而增大;选用较快的横隔板切割速度和较慢的焊接速度可减小弧形切口处残余应力分布宽度和应力值。

振动搅拌对超高性能混凝土施工及力学性能影响

搅拌过程是超高性能混凝土(UHPC)获得良好施工性能及实现优异力学性能的重要环节。为此,设计两个UHPC配合比,分别采用传统单、双卧轴强制搅拌及振动搅拌,通过对比试验研究振动搅拌对UHPC施工及力学性能影响。通过扩展度、抗压强度和四点弯曲试验,得到了各组UHPC随不同湿拌时间的扩展度、充分湿拌时间、静停一段时间扩展度损失量、抗压、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力-挠度曲线及四点弯曲出现可视裂纹时下缘等效拉应力;对抗压、抗折强度进行了变异性分析;利用应力-挠度曲线,基于规范及其改进法、Nemkumar法计算了弯曲韧性指标。结果表明:湿拌时间相同时,振动搅拌相较强制搅拌可显著提升UHPC的扩展度;UHPC达最大扩展度时,单、双卧轴强制搅拌和振动搅拌的充分湿拌时间分别为6 min、6 min、5 min;振动搅拌3 min时,UHPC扩展度即可达到或超过充分湿拌(6 min)时的强制搅拌;静停时间为4 h时,振动搅拌下UHPC的扩展度损失量均较大幅度低于强制搅拌;振动搅拌相较强制搅拌可显著提升UHPC的抗压强度,提升幅度最大可达33.1%(平均值)和41.46%(标准值),同时变异系数大幅降低;不同搅拌方式时,UHPC抗折强度平均值和标准值基本持平,但振动搅拌可显著降低抗折强度变异系数,降低幅度在19.61%~80.85%之间;采用振动搅拌时UHPC弯曲韧性指数、能量吸收及断裂能均显著优于强制搅拌。

密集横隔板UHPC箱梁锚固区局部效应分析及配筋设计

为获得密集横隔板UHPC箱梁隔板连通式齿块(即齿块锚固在相邻隔板上)锚固区的应力分布特征及配筋设计方法,以某拟建UHPC连续箱梁桥为工程背景,应用ABAQUS对其锚固区进行了多种参数分析,并基于参数分析结果、力流特征及力流平衡关系对锚固区进行了配筋设计研究。结果表明:在预应力的作用下,隔板连通式齿块锚固区存在隔板弯曲效应在内的6种典型拉应力集中效应,其中隔板弯曲效应主要表现为横隔板内侧面与齿块交接区域的拉应力集中;齿块部位的压应力沿纵桥向先逐渐增大随后逐渐减小,核心受压区位于靠近锚固端部位;与独立三角齿块相比,隔板连通式齿块由于隔板的锚固作用使得其锚固区的拉应力集中效应大为减弱,其中对于径向力效应的减弱效果最为显著;增加隔板宽度及隔板间间距会有效降低锚固区的应力集中效应,但当隔板宽度超过6倍齿块宽度时或横隔板与横肋之间的间距超过2 m时,拉应力的下降趋势变得不明显;多齿块锚固在同一横隔板上对锚固区的不利影响较小,当齿块间距增大到6 m时,多齿块锚固效应转变为单齿块锚固效应;基于已有规范提出的拉压杆模型基本构形及配筋设计方法可用于指导密集横隔板UHPC箱梁锚固区的工程设计。

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

为了解决栓接U肋对接偏差引起的纵向力流传递不畅、偏差处纵肋腹板及拼接板抗疲劳性能不佳的问题,以某栓接U肋的钢箱梁斜拉桥为工程背景,进行了U肋栓接邻近区轮载应力和对接偏差影响分析,以及非栓接邻近区(相当于嵌补段焊接U肋对接处)的轮载应力分析。根据已有疲劳寿命曲线和所选取的等效损伤系数,进行了疲劳强度验算与寿命预测。根据所得上述两区域不利轮载应力与相应疲劳强度,基于提出的"应强比"指标,比较了不同连接方式下U肋的疲劳性能。研究并提出了疲劳性能不满足要求的拼接板改进方法。结果表明:栓接U肋中U肋腹板的抗疲劳性能优于嵌补段焊接连接U肋,但其常规设计的拼接板抗疲劳性能不及嵌补段U肋,即使在无对接偏差的情况下。栓接接头应力峰值集中在无填充板侧拼接板下缘各螺栓孔附近,整体上由纵向接头中点往两端递减,且在紧靠接头的第一排螺栓孔处的紧邻U肋腹板层拼接板下缘达到最大值。"当U肋对接偏差不超过3 mm时,宜采用强制矫正方式"的规范规定合理。拼接板应力随对接偏差(填充板厚度)增大而增大,偏差大于3 mm时,呈非线性急剧增加。对于背景工程,当U肋对接偏差为5~6 mm时,可将外侧拼接板由180 mm宽加至210 mm;当其为7~9 mm时,两外侧拼接板均应采用536 mm×210 mm×120 mm×12 mm的L形拼接板。

钢-超高性能混凝土胶接组合板受弯的界面性能

通过胶粘组成的组合桥面系,可解决正交异性桥面板疲劳开裂和桥面铺装层易损坏等难题。为研究钢-超高性能混凝土胶结组合桥面系的横向受弯性能,采用2种方案,对20块钢-超高性能混凝土胶接组合板进行了静力正/负弯矩加载试验,分析不同参数对其界面与承载性能的影响。研究结果表明:负弯矩作用下,保证胶黏层界面性能的前提下,适当提高配筋率,可提高该组合板面系的横向抗弯拉性能;现浇板纯弯段裂纹分布较密集,配筋率越高裂纹越密,而预制板裂纹较稀疏。正弯矩作用下的弹性极限与开裂荷载较负弯矩作用下的更大。因超高性能混凝土和钢板组合板之间的界面黏结强度较大,在2种界面处理方式下,组合板达到屈服时,其界面仍未脱离。组合板的开裂强度为8.9~22.2 MPa,整体大于6.41 MPa,可满足实际工程要求。

水胶比对掺粉煤灰超高性能混凝土施工与力学性能影响

使用粉煤灰代替部分水泥有利于减少资源消耗,降低超高性能混凝土(UHPC)造价。同时,水胶比对掺粉煤灰UHPC的施工性能和力学性能具有重要影响。为此,将水胶比设定为唯一变量,研究水胶比对UHPC施工与力学性能的影响规律。开展了水胶比为0. 16～0. 25UHPC的扩展度、抗压强度和弯曲韧性试验,得到了UHPC充分湿拌时间、静停一段时间后的扩展度、抗压、抗折强度和弯曲应力-挠度曲线;对抗压、抗折强度结果进行了变异性分析;基于应力-挠度曲线,并结合CECS 13:2009和Nemkumar法计算了UHPC弯曲韧性指标。试验结果显示:UHPC充分湿拌时间为6 min; UHPC扩展度随水胶比增大基本呈线性增长,且水胶比每增加0. 01,UHPC扩展度平均增幅65 mm;当静停4 h,水胶比分别为0. 16、0. 2、0. 25时,UHPC扩展度损失分别为70 mm、65 mm和50 mm,损失率为21. 5%、10. 4%和5. 5%; UHPC抗压、抗折强度皆随水胶比的增大而减小,两者的变异性无明显规律,但总体而言随着水胶比的增大,两者的变异系数存在减小的趋势,且后者的变异系数大于前者; UHPC的弯曲韧性性能随水胶比的增大而上下波动,并在水胶比为0. 19时达到最优。

平直型钢纤维掺量与长径比对超高性能混凝土性能的影响

为研究平直型钢纤维体积掺量及长径比对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响,选用四种镀铜平直型钢纤维,设计并制备了12组不同钢纤维体积掺量(0~4%,长径比均为65)及长径比(65、80、90、100,对应钢纤维体积掺量均为2.5%)的UHPC试件。通过扩展度、抗压强度和四点弯曲试验,得到了各组UHPC的扩展度、抗压强度、抗折强度及弯曲应力-挠度曲线;基于UHPC弯曲应力-挠度曲线,并结合CECS13∶2009计算了UHPC的弯曲韧性指数。结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,UHPC的扩展度呈下降趋势,UHPC抗压、抗折强度、弯曲韧性指数基本呈增加趋势,对应最佳钢纤维体积掺量分别为4%(平均值174.4 MPa)、3.5%(平均值46.18 MPa)和4%;随着钢纤维长径比的增大(钢纤维体积掺杂量2.5%不变),UHPC扩展度呈下降趋势,抗压、抗折强度平均值及弯曲韧性指数呈增加趋势;其中,抗压、抗折强度最大值分别为173.53 MPa和44.9 MPa。

纳米材料胶粘剂胶体拉伸性能与微观结构

为制备出常温固化的环氧树脂结构胶粘剂,通过超声波细胞粉碎仪对羧基功能化碳纳米管(TNMC1)、羟基功能化碳纳米管(TNMH1)和氧化石墨烯(TNGO-10)3种纳米材料分别进行分散处理,制备了纳米材料增强环氧胶粘剂,测试了胶粘剂常温固化胶体的拉伸曲线。利用扫描电子显微镜,获取了拉伸断面形貌,分析了掺入纳米材料后的增强增韧机制。研究结果表明:掺入微量的纳米材料能显著提高胶粘剂的拉伸性能。当TNGO-10掺量为0.1%时,加入了TNGO-10的胶粘剂的拉伸强度达到最大,较纯胶粘剂提高了42.64%;当分别加入TNMC1和TNMH1掺量为0.2%时,相应胶粘剂的拉伸强度达到最大,分别较纯胶粘剂提升了55.32%,38.08%;同时加入为0.05%的TNMH1和0.05%的TNGO-10时,其拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量较纯胶粘剂分别提高了56.41%,43.67%和19.5%,充分发挥了一维和二维2种纳米材料的协同效应。胶体拉伸断面SEM分析表明,TNMC1,TNMH1和TNGO-10的掺入能提高其断面的粗糙度,表面活性化的纳米材料与胶粘剂形成了紧密结合的界面,导致纳米材料周围的基体具有更明显的塑性变形。裂纹在遇到纳米材料时,需要绕过或者剪断纳米材料方能扩展,形成了二级裂纹,消耗了更多的断裂能。加入纳米材料后,胶粘剂拉伸试件的断裂形式由脆性断裂转变为韧性断裂,材料的强度与韧性显著提高。

高温对CFRP板/钢界面力学性能的影响

针对结构加固常用胶粘剂耐高温性能差的现象,采用一种新型高强度胶粘剂(环氧载体胶膜),运用动态热机械分析法,获得了该胶膜的动态力学性能温度谱。制作了9个CFRP板/钢双搭接接头试件,分别在3种不同环境温度下进行了拉伸实验,并对试件的破坏模式、承载力及传力规律等进行了研究。研究结果表明:该胶膜基于储能模量的玻璃转化温度为69.5℃,远大于常用胶粘剂的玻璃转化温度;试件的极限承载力随着温度的升高而降低,70℃时试件的极限承载力相对于40℃时的只下降了8.4%,表明该胶膜的耐高温性能良好;温度越高,试件的有效粘结长度越长。实际工程加固时,应根据环境温度选择合适的碳纤维增强复合材料粘结长度;加载过程中,峰值剪应力逐渐向接头CFRP板端移动,在同等荷载(如:150 kN)作用下,温度越高,试件界面的剥离程度越大。

轻量化STC-钢组合桥面板静力性能研究

为提高密配筋STC−钢组合桥面板的经济性及施工的便捷性,研究了STC层钢筋间距对STC−钢组合桥面板弯拉静力性能的影响,提出轻量化STC−钢组合桥面板。以佛山某大桥为工程背景,设计制作了一片含两段不同配筋率的STC−钢组合桥面板条带模型。通过静力破坏试验,研究了组合桥面结构在负弯矩作用下STC铺装层的受力性能。研究结果表明:钢筋直径为10 mm,间距为80 mm的轻量化STC−钢组合桥面板,STC层的名义弯拉开裂强度达到24.66 MPa,满足实际工程设计荷载作用下的强度要求;组合桥面STC层的名义弯拉强度随着截面配筋率增大而提高,当截面配筋率提高1倍时,弯拉开裂强度可提高47.11%~50.61%;根据荷载−挠度曲线,轻量化STC−钢组合桥面板的受力过程可分为线弹性阶段、裂纹发展阶段、屈服阶段和破坏阶段;不同配筋率的STC层对正交异性钢桥面板刚度补强效果一致,在达到极限承载力之前,组合桥面板中两侧刚度相差不大,在满足实际工程需求的同时适当增大STC层钢筋间距,可方便施工、降低造价成本。

乡村振兴背景下新乡贤回归与乡村治理格局重构

新乡贤的回归,是乡村治理中嵌入的一个新变量,也必然会对整个乡村治理格局产生重要影响。按照“结构—功能”理论,乡村治理格局是由乡村治理结构体系及其相应功能和影响等因素共同组成的。据此,本文认为新乡贤回归对乡村治理结构的重塑、乡村权威的再造和乡村道德文化的修复具有积极意义,新乡贤可以在实现乡村有效治理与推进乡村振兴方面发挥重要作用。

基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析

针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法(UD-RBF-IMC)相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明:该桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3~V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2~V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率;当交通量增长系数为3%,轴重增长系数为0.6%时,1#测点疲劳寿命仅为74年;超车道重载卡车数量较少,高水平应力循环较少,疲劳寿命较长,而快车道和重车道重载卡车较多,高水平应力循环较多,存在疲劳开裂风险,需重点关注。

基于规范理解的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域疲劳验算

针对横隔板弧形缺口局部区域疲劳开裂问题严重,采用名义应力法进行疲劳验算名义应力难以确定,以及中国JTG D64 2015《公路钢结构桥梁设计规范》关于名义应力表述不清等问题,探讨了基于规范的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域的疲劳验算方法。首先,对比分析了 JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》(后文称《公路钢桥规》)与欧洲Eurocode规范的各疲劳设计条款的异同,指出了中国《公路钢桥规》各疲劳设计条款的主要来源及其与欧洲规范各疲劳设计条款的相应关系,以及中国规范中抗疲劳设计条款的不足;其次,介绍了欧洲规范关于横隔板弧形缺口母材处以及横隔板与U肋连接处角焊缝名义应力的相关计算方法;最后,通过算例介绍了如何应用名义应力法验算横隔板弧形缺口母材以及角焊缝处的疲劳强度。

密集横隔板UHPC箱梁锚固区局部承压性能研究

为获得密集横隔板UHPC箱梁"隔板连通式齿块"的局部承压受力特征及承载能力,该文以某拟建UHPC箱梁桥为工程背景,通过大吨位张拉试验及非线性有限元模型对UHPC箱梁锚固区进行了受力分析,得到了以下结论:UHPC锚固区局压开裂为UHPC的拉应力控制;"隔板连通式齿块"中"局部弯曲效应"和"径向力效应"均不显著,但"锚下劈裂效应"和"隔板弯曲效应"较为明显且为导致锚固区承载失效的重要因素;背景工程中尺寸小巧的"隔板连通式齿块"张拉到4700 kN时无开裂风险,采用25根钢绞线锚固同样能满足承载能力要求,可在实际工程中广泛采纳;UHPC锚固区的拉应变值即便进入到了拉伸应变硬化阶段锚固区仍能正常使用,为建造经济化在设计中可适当利用UHPC的拉伸应变硬化特征。此外,UHPC锚固区局压承载力基于不同承载力公式所得的计算结果差距较大(最大差值达到了40.9%),其中基于Kim公式、《活性粉末混凝土结构技术规程》以及《超高性能混凝土结构设计技术规程》(征求意见稿)中局压承载力计算公式所得结果与FEA结果较为接近。

三元纤维混掺增强高性能混凝土弯曲韧性及评价方法

选用端钩型钢纤维、单丝聚丙烯纤维和纤维素植物纤维,进行了共28组普通素混凝土、单掺、二元及三元纤维混掺增强高性能混凝土的梁三分点加载弯曲韧性试验。绘制了梁受弯荷载-挠度全曲线和底部弯拉应力-应变曲线,结合规范法和文献法分别计算了各纤维混凝土梁的弯曲韧性指标,分析了纤维掺量及混掺方式对混凝土弯曲韧性的影响。结果显示,所有方法计算混凝土弯曲韧性指标结果相近;相较普通素混凝土,纤维的掺入可显著提升混凝土的弯曲韧性,随着纤维掺量增加,三种单掺纤维混凝土试件弯曲韧性指标分别大致呈“先增后减”、“递增”及“递减”趋势;纤维增强混凝土弯曲韧性由强到弱依次为钢纤维,聚丙烯纤维,纤维素纤维;二元纤维混掺时,混凝土弯曲韧性大幅优于素混凝土,而与其对应单掺试件互有增减,当纤维组合为钢纤维1.92%和聚丙烯纤维0.4%时,二元纤维混凝土弯曲韧性指标相较单掺纤维混凝土提升最明显;三元纤维混掺时,混凝土弯曲韧性优于所对应单掺、二元混掺试件,其中PCS m值相较普通素混凝土、单掺纤维和二元纤维混掺试件提升1335倍、6.71倍、1.89倍;三种纤维最佳体积掺量组合分别为1.92%,0.31%和0.24%。

小半径曲线箱梁非对称增大截面加固分析与试验研究

曲线箱梁桥最主要的受力特点是弯扭耦合作用,其病害特征和加固方法存在显著的特殊性。该文基于曲线梁桥的3个基本方程,对其力学性能和受力特征进行理论分析,采用有限元软件对某曲线箱梁桥进行计算,分析导致该箱梁腹板开裂、内侧支座脱空、外侧支座偏压严重等病害产生的成因,并对加固后的曲梁桥进行试验测试。结果表明:采用非对称增大截面加固方法,增加两侧腹板厚度等加固措施,能显著提高结构的抗剪扭承载能力,结构受力趋于合理。由于加固箱梁新旧混凝土间存在应力叠加和界面滑移,导致增大截面应变小于原箱梁应变,应力有所滞后。桥梁荷载试验表明该加固措施效果良好。

鱼雷水下发射的6-DOF运动仿真

为了直观、量化地描述鱼雷在发射出管的运动状态,研究质浮心间距对于鱼雷航行质心轨迹及姿态角的影响,本文通过建立鱼雷发射的网格模型,运用重叠网格方法和6-DOF方法对鱼雷出管的运动状态进行数值仿真分析。对仿真数据进行分析,得到了鱼雷运动时质心轨迹随时间的变化规律、姿态角随时间的变化规律、质心轨迹和姿态角随发射速度的变化规律和质浮心间距对于鱼雷运动姿态角的影响,以及鱼雷运动时的瞬态速度场分布。为鱼雷发射后运动姿态的调整和控制提供理论依据。

基于概率分析的钢箱梁竖向温度梯度模式

为了研究无桥面铺装时钢箱梁的温度场问题,根据热传导理论和有限元原理,采用ANSYS软件,对四川省泸州市沱江四桥主桥钢箱梁在施工过程中的温度场进行了计算。将计算温度与现场实测温度进行了比较,发现二者非常接近。计算结果表明:采用有限元方法计算钢箱梁温度场是可行的。以四川泸州沱江四桥主桥在顶推施工时的温度场监测数据为基础,采用指数函数,对钢箱梁在无桥面铺装时的竖向温度梯度进行了拟合。应用数理统计学方法,对顶、底板的竖向正温差进行了分析。分析结果表明:2个Weibull分布函数的加权和能够精确反映其竖向正温差的分布规律。采用极值分析的方法,得到了设计基准期内无桥面铺装的钢箱梁在竖向的正温差代表值。