粘铝合金板加固RC梁抗弯性能试验及正截面承载力

为了探讨铝合金板厚度与端部U形铝合金箍板构造对RC梁破坏机理及抗弯性能的影响,对16根铝合金板加固RC梁进行了4点弯曲静力加载试验。在试验梁底铝合金板的表面以及试验梁跨中截面的顶面、侧面粘贴应变片,在试验梁底跨中、梁顶两端支座布置百分表。为了推导铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,基于试验得到的破坏机理,通过引入6个基本假定,分析了5种不同破坏模式的相对受压区高度。建立了各破坏模式下铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,并将其与引入文献中的试验结果进行了对比分析。结果表明:试件破坏形态包括适筋破坏、端部铝合金板与结构胶剥离、端部铝合金板与梁剥离及中部铝合金板剥离4种情况;当端部设置U形铝合金箍板时,可有效抑制端部铝合金板发生剥离,使钢筋与铝合金板的材料性能得到充分发挥,试件承载力与延性明显提升;当铝合金板厚度分别为2~6 mm时,试件承载力随铝合金板厚度的增加而提高;端部设置U形铝合金箍板可有效防止端部铝合金板发生剥离,但试件仍可能会出现中部铝合金板剥离现象;当试件出现适筋破坏特征时,试件抗弯承载力的计算值与试验值比值均在1以下。本研究所提计算式具有明显的规律性和适用性,可为工程实际设计提供参考。

大跨结构变截面钢斜柱稳定承载力试验研究

杭州亚运电竞馆大跨建筑的外围立面结构采用变截面薄壁箱形斜柱钢框架体系。为探讨变截面钢斜柱的稳定承载力,对模拟复杂边界的1∶4斜柱缩尺模型进行了竖向荷载下的全过程加载试验,获得了斜柱的位移和变形发展过程、极限承载力及最终的破坏形式。研究表明,随荷载增大此类钢斜柱会在截面较小的下部区段首先进入屈服,进而引发不利截面处翼缘的塑性屈曲;该现象逐渐向腹板扩展,从而形成抗弯能力显著下降的塑性屈曲铰,致使柱子因变形过大而失效;但柱子失效前在屈曲铰部位经历了较充分的塑性变形,具有良好的延性。研究可为同类钢斜柱的设计和工程应用提供参考。

某变截面塔机转换节受力性能分析

变截面塔式起重机的转换节部位通常较为薄弱,易导致结构失效。为进行某转换节的试验研究并考虑试验场地尺寸的限制,对该转换节完整结构的受力性能进行有限元分析,并提出两种试验方案:即1/2结构和1/4结构试验方案,研究两个试验模型的极限承载力与破坏模式,并与转换节完整结构的分析结果进行对比,从而确定合理的试验方案。结果表明转换节完整结构因上角柱Z1达到材料屈服强度而破坏;1/2结构可以更好地复现转换节完整结构的受力性能,为该转换节的试验研究及变截面塔机设计提供重要参考。

钢筋正截面抗弯承载力极限测试

用HRB400钢筋为纵向受拉钢筋、HPB235钢筋为纵向受压钢筋,浇筑混凝土,制备配筋率分别为0.57%、1.01%、1.58%的3种建筑钢筋试件。对试件加载,测试每组试件的抗弯承载力。结果表明:当配筋率为0.57%时,试件的跨中挠度较大,易出现疲劳和损伤,且钢筋应变较小,刚度退化较严重,正截面裂缝宽度较高;当配筋率为1.58%时,试件的抗弯承载力极限可达238.64 kN,为较高水平,且试件的正截面屈服弯矩与开裂弯矩较高,当受到较大载荷时,钢筋试件的应变水平良好。由此可见,当配筋率为1.58%时,建筑钢筋正截面抗弯承载力较好。

无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法

为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。计算结果表明:在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。

变截面桩承载能力理论分析与数值模拟研究

采用ABAQUS有限元分析软件对基桩进行数值模拟,分析变截面桩的承载能力特征值和桩身内力以及桩顶竖向荷载的传递特性。变截面桩能把桩顶荷载作用传递到更深土层中,侧摩阻力作用更大限度地发挥,使得该范围内的桩身承载利用效率提高;变截面处的端阻力作用提前且更充分地发挥,且产生侧阻增强效应,变截面附近的侧摩阻力更大限度地发挥。

变截面筒桩承载力特性数值模拟研究与设计

本文基于相关理论分析、数值模拟、工程现场试验等研究方法,根据黄泛区地层特点,结合传统搅拌桩技术对桩体结构设计进行分析和优化,重点开展变截面筒桩数值模拟等研究工作,提出变截面筒桩的设计方法和工程方案,并开展工程试验评价变截面复合浆喷桩成桩质量和地基加固效果,分析变截面筒桩承载特性,明确变截面筒桩受力性状,为工程应用提供可靠的理论指导。同时针对变截面筒桩的不同设计方案进行优化,分析不同方案下筒桩各部位的性能表现,明确桩体受力性状,为工程实际桩基布置提供参考。基于结构分析和工程试验,优化变截面水泥土浆喷复合桩结构一体化设计方案,将有效改善黄泛区高速公路地基加固工程质量、降低地基加固成本,具有显著的经济效益和社会效益。

Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube's outside diameter and the secondary bottom chord steel tube's section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.

基于叠加理论的钢管混凝土偏压构件正截面承载力计算

圆截面钢管混凝土在偏心受压下,核心混凝土与钢管两种部件在工作时虽有较好的协同性,但钢材与混凝土的材料属性差异较大,而统一理论是将钢管混凝土作为一种新材料,对于钢管和混凝土两种部件各自的受力状态描述并不明晰。参照钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,合理选择核心混凝土本构,计算等效矩形应力图系数,并基于叠加理论和极限平衡理论,分别对3种不同受力类型下圆截面钢管混凝土偏心受压构件正截面承载力进行理论推导。结合收集到的61组试验结果进行实例验证,并引入我国CECS 28∶2012规程、JCJ01-89规程和Eurocode 4规程与结果进行对比,结果表明公式对钢管混凝土偏压构件承载力的预测效果最佳,为优化钢管混凝土构件的截面设计提供了一定的依据。

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。

变截面圆钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

为研究变截面圆钢管混凝土短柱的轴压性能,开展6个变截面和2个等截面圆钢管混凝土短柱的轴压试验,试验参数包括变角度和套箍指标。从短柱整体轴压性能(破坏形态、荷载-位移曲线和变形能力)和截面轴压性能(钢管应变)两个层面对比分析变截面与等截面圆钢管混凝土短柱的异同,并得到各设计参数对整体和截面轴压性能的影响。在此基础上,建立了变截面圆钢管混凝土的截面轴压承载力计算方法,并通过对比所提计算方法和规范计算公式计算得到的轴压承载力与试验实测值,验证了计算方法的准确性。结果表明:试件上部截面的钢管纵向应变和环向应变发展较下部截面更快,弹塑性阶段和下降阶段试件整体的受力性能更多取决于试件的顶部区域和顶截面;相比于等截面短柱,在相同荷载作用下变截面圆钢管混凝土短柱中间截面的钢管纵向和环向应变更大;变截面圆钢管混凝土的钢-混相互作用非常明显;提出的计算方法不仅能考虑圆钢管与混凝土的相互作用,而且能合理考虑钢-混相互作用随变角度的增大而逐渐增强这一特性,计算得到的轴压承载力与试验值吻合较好;与其他规范相比,GB 50936—2014和CECS 28:2012中公式的计算结果更加准确,考虑到其简单实用,也可用来偏于安全地计算变截面钢管混凝土构件的截面轴压承载力。

型钢混凝土十字形异形柱正截面承载力计算方法

为研究型钢混凝土十字型异形柱承载力计算方法,根据已完成的低周反复荷载试验及有限元分析,并考虑箍筋约束作用编制截面弯矩-曲率关系计算程序,对试件正截面承载力进行计算,并分析不同参数对型钢混凝土十字异形柱正截面承载力的影响。结果表明:计算结果与试验结果和有限元分析结果吻合较好。随着混凝土强度、配钢率、型钢屈服强度的增大,正截面承载力增大;随着配箍特征值的增大,正截面承载力增大,但增大幅度较小;不同轴压力、荷载角对正截面承载力的影响规律不同。型钢混凝土十字型异形柱与混凝土十字型异形柱相比,正截面承载力有较大提高。分析方法和计算程序有效、稳定、精确,能较为准确地预测型钢混凝土十字型异形柱正截面承载力。

BFRP筋碱激发海砂混凝土梁抗弯性能研究

本文提出了一种玄武岩筋碱激发海砂混凝土(BASC)梁的新型材料结构构件。为了研究BASC梁抗弯性能,制作了5根混凝土梁,研究了玄武岩筋(BFRP)配筋率和不同筋材类型对碱激发海砂混凝土(ASC)梁抗弯性能和破坏模式的影响。试验结果表明:BASC梁配筋率的提升对开裂荷载影响不大,但却能有效提高其极限荷载。以0.27%配筋率为参照组,当配筋率提高至0.48%、0.75%、1.08%时,BASC梁的极限承载力分别提高了109.46%、119.60%和189.66%。与普通钢筋相比,BFRP筋弹性模量较小,配筋率相同的情况下,普通钢筋ASC梁的开裂荷载比BASC梁大50%。本文提出了正截面抗弯承载力、最大裂缝宽度和挠度的理论计算模型,由于受到ASC中氯离子扩散的影响,需要对计算模型进行修正,拟合后BASC梁的计算值与试验值吻合较好,可为BASC梁在海洋工程中的应用提供参考。

钢纤维轻骨料混凝土梁的弯曲性能研究

为了给钢纤维轻骨料混凝土(SFRLC)梁的设计提供受弯性能基本参数,对4根强度等级为LC40的SFRLC梁进行了单调荷载作用下的弯曲试验,测试了梁的开裂荷载、跨中位移、极限承载力和裂缝开展延伸形态等基本性能。试验结果表明:钢纤维的掺入提高了混凝土梁的开裂荷载、承载力和延性,并使梁截面的平均应变更符合平截面假定;在普通混凝土正截面梁计算式的基础上,综合考虑以上影响因素,修正了SFRLC梁正截面计算式;并在试验数据拟合的基础上,确定了相关参数。通过对比受弯承载力发现:采用该公式计算出的梁正截面承载力稍小于实测值,偏于安全,可给SFRLC梁的设计提供参考。

碳纤维网格加固梁抗弯性能试验研究

为促进碳纤维网格这种新型碳纤维产品在桥梁工程中的应用,以桥梁规范中的适筋梁理论为基础设计试件,采用实际工程的碳纤维网格加固方案分别对未开裂的和开裂的钢筋混凝土梁试件进行加固,开展碳纤维网格加固梁正截面破坏试验研究,并与未加固梁试验结果进行对比分析。结果表明:在试验荷载作用下未加固梁、无损伤加固梁和有损伤加固梁均发生了正截面破坏;无损伤加固梁和有损伤加固梁开裂荷载相当,但裂缝特点不同;加载过程中无损伤加固梁的变形小于有损伤加固梁和未加固梁的;荷载较小时,有损伤加固梁与未加固梁跨中挠度相当,随着荷载的增加,有损伤加固梁的变形开始小于未加固梁;无损伤加固梁和有损伤加固梁的抗弯承载力较未加固梁分别提高了13.6%和16.7%;卸载时,加固梁的变形出现了明显的回弹现象;加载过程中未出现界面剥离问题。研究结果可为评估碳纤维网格在桥梁工程中的加固效果提供参考。

蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁受弯性能研究

为探究新型蒸压硅酸盐陶粒在桥梁结构中应用的可行性,进行了蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的静力受弯试验,研究了梁的受力过程和变形规律,并分析了其正截面弯曲承载力以及挠度。结果表明:随着蒸压硅酸盐陶粒掺量的增加,混凝土梁的正截面抗弯承载力最大提升了20%;使用普通混凝土梁的计算公式对蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的承载力进行计算,得到的实测值均高于理论值,安全系数可达1.1倍以上;蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的裂缝发展和破坏规律与普通混凝土梁一致,可以安全地用于桥梁结构,减轻桥梁自重;采用现行规范中关于正截面受弯承载力和挠度的计算公式对蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁进行设计,其结果安全可靠。

混凝土受拉边倾斜变截面梁受剪承载力数值分析

为研究混凝土受拉边倾斜变截面梁在集中荷载下的抗剪性能,首先,根据目前主流混凝土等截面梁受剪承载力模型,归纳了中国建筑科学研究院有限公司和Gulsan的试验中变截面梁临界斜裂缝的特点;其次,为克服有限元程序在模拟裂缝上的不足,建立了受拉边倾斜变截面梁的预设斜裂缝有限元模型,并对变截面梁的受剪破坏过程进行了模拟分析;然后,通过分析在极限荷载时临界截面上的应力状态规律,提出了受剪承载力模型假定,采用临界截面上的受压区混凝土剪压破坏准则,建立了受剪承载力计算方法;最后,收集了国内外40根变截面梁受剪试验数据,与本文方法、我国规范方法、Gulsan方法的预测值进行了统计分析.结果表明本文方法的计算精度更高,可为工程实践和规范修订提供参考.

钢筋混凝土加固砖砌体拱涵承载力计算方法

针对采用高性能钢筋混凝土对排水主渠砌体拱涵结构进行非开挖加固时关于承载力的计算问题,提出了拱腹加固砌体的拱涵、拱顶和拱趾的正截面承载力计算公式。依据拱腹加固砌体的拱涵受力特点,提出了内力计算简图。研究结果表明:采用拱腹高性能钢筋混凝土进行非开挖加固修复,可有效阻止塑性铰的出现;当砌体拱涵拱腹采用增大截面法加固时,计算简图可采用无铰拱计算,并通过实例进行验证,发现本方法的计算结果与试验数据吻合良好,可为类似砖砌体排水拱涵加固设计提供借鉴。

等截面抗拔桩承载力现场试验与数值模拟分析

为了研究等截面抗拔桩工程现场承载力规律特征和土层性质对承载力影响,开展了上海铁路南站南广场地下工程C1型抗拔桩承载力现场试验,抗拔桩充分发挥抗拔承载力需要抗拔桩达到20~30mm的上拔量。采用ABAQUS有限元软件建立“桩-土”有限元计算模型,反演计算上海铁路南站南广场C1型抗拔桩现场试验结果,验证了有限元模型与现场实际吻合,能够较好地模拟抗拔桩的试验过程。并且分析了土体在弹性模量为10MPa、20MPa、30MPa,粘聚力为5kPa、10kPa、15kPa,内摩擦角为20°、14°、10°等不同参数情况下对抗拔桩承载力的影响,得出了土体的内摩擦角对抗拔桩的影响效果最大,抗拔桩的极限承载力和桩顶上拔量随着土体摩擦角的减小而显著增加的相关结论。

旧桥主梁承载力分析与加固措施

为解决旧桥主梁承载能力下降快、安全储备小的问题,通过对旧桥进行受力检算和病害分析,提出了主梁抗弯加固设计方案,即跨中底板一定范围内粘贴两道宽度为40 cm的碳纤维布,边梁设置双层,中梁设置单层,在底板纵向碳纤维布端部截断处设置20 cm宽的U型碳布压条,其延伸长度范围内设置4道40 cm的宽U型箍锚固,并于中横隔板两侧分别设置20 cm宽的U型箍碳布。针对部分主梁抗剪不足问题,提出了具体加固措施,从距支点100 cm处开始斜向45°粘贴8 mm厚钢板,每道宽度15 cm,呈非等间距分布粘贴,其中边梁设置13道,中梁设置10道,并与上端粘贴纵向钢板压条予以锚固。结果表明:验算加固后的主梁抗弯和抗剪承载力均满足设计要求,具备一定的安全储备,研究可为同类主梁加固设计、运营管理和养护措施制定等提供参考。