预张预应力-承插式预制桥墩抗震试验数值仿真

为充分利用承插式桥墩施工容差大、无黏结预应力桥墩震后可自恢复的优势,同时减少现场预应力张拉施工,提出一种承插式连接和工厂预张无黏结预应力筋连接的混合连接预制拼装桥墩。采用ABAQUS软件建立了该桥墩的三维有限元模型,基于已开展拟静力试验结果验证了该数值模型的精确性,并分析了桥墩的局部损伤、滞回行为、骨架曲线、耗能能力以及预应力筋张拉力、接缝开口等行为。结果表明:该研究建立的数值模型可以较好地再现拟静力结果,混合连接预制拼装桥墩力-位移曲线表现为“旗帜型”;当墩顶偏移率为5%时,墩柱仅出现横向裂缝,无其他明显结构损伤;当承插深度为0.4D时,承台出现轻微裂缝,当承插深度为0.7D时,承台可以提供足够的抗拔力且无明显损伤;外包钢管和钢垫板存在应力集中现象。

基础加固施工对重载铁路桥梁静动力性能影响研究

铁路桥梁墩台基础加固施工会改变桥墩约束状态,影响结构稳定和列车运营安全。以某重载铁路轻型桥墩基础加固工程为背景,采用数值模拟和试验测试手段,研究各关键施工环节对桥墩和桥跨结构稳定性、刚度和振动响应的影响规律。研究结果表明,基础加固施工分为钻孔桩施工、基础侧土体开挖、基础混凝土浇筑、墩身连接等4个关键施工步骤,其中土体开挖会导致桥墩稳定性和横向刚度降低,随开挖深度增加,两者均逐渐降低,而混凝土浇筑则引起桥墩刚度和稳定性逐渐增加,桥墩横向连接加固则引起墩身刚度显著增大,增幅达到32%;整个施工阶段中,土体开挖引起桥梁结构振动响应显著增大,其他加固环节对桥梁振动响应不明显;施工过程中,列车轴重、速度、桥墩高度是影响桥梁动力响应的最敏感因素,随列车轴重和速度以及桥墩高度增加,桥梁动力响应增大明显。

高效装配T型框架节点优化及足尺抗震试验研究

为解决装配式混凝土框架节点在预制梁拼装时节点区钢筋易发生碰撞的问题,提出一种将柱箍筋肢距和纵筋间距放大处理的措施,对箍筋肢距正常和放大的装配式足尺框架T型节点进行低周往复加载试验,分析2个节点的破坏模式、滞回性能、强度退化、刚度退化、延性和耗能能力等。采用ABAQUS有限元软件对节点试件建模,分析轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:装配式混凝土框架T型节点试件的破坏模式均为梁端弯曲破坏,核心区混凝土基本完好;与箍筋肢距正常试件相比,箍筋肢距放大试件在低轴压比下的承载力更高、强度和刚度退化延缓、变形性能和耗能能力均有所增强,而在高轴压比下承载力与延性较差。在低轴压比下,满足“强柱弱梁”装配式混凝土框架T型节点可对预制混凝土柱纵筋间距和箍筋肢距进行放大处理来实现节点的顺利拼装。

地铁车辆段检修库装配式混凝土空心柱抗震性能研究

针对用于地铁车辆段检修库的新型装配式混凝土空心检修柱,分别制作预制混凝土空心柱、预制混凝土实心柱及现浇混凝土空心柱试件,采用拟静力试验及有限元数值模拟,对其抗震性能进行对比研究。结果表明:试件破坏形态均为剪弯破坏,承载能力及退化性能较为接近,变形能力好,但装配式空心试件耗能能力及延性略差;对于装配式混凝土空心检修柱,可以将其截面简化成工字形,采用规范中的公式来计算承载力;与装配式混凝土实心柱相比,装配式混凝土空心柱可以大幅度节约材料,且基本上实现了“等同现浇”;当轴压比变大时,装配式混凝土空心柱水平承载力先变大后变小,耗能能力变差。

内嵌加劲耗能钢板的箱形钢墩柱拟静力试验及数值分析

地震作用下钢桥墩根部易发生屈曲破坏且震后难以快速修复。基于可恢复功能理念与钢桥墩的受力特征,提出一种具备震后易恢复功能的新型箱型钢桥墩。此新型桥墩通过设置可更换的加劲耗能壁板以增强结构的耗能与变形能力,且震后能够快捷更换受损的耗能壁板以恢复桥墩力学性能。为研究设置加劲耗能壁板的箱型钢墩柱的抗震性能,选取耗能壁板上加劲肋的布置形式、轴压比及耗能板强度等作为影响参数进行拟静力试验,且通过有限元数值模拟,综合探讨此类新型试件在地震作用下的力学性能;并对比分析新型桥墩的受力特点和破坏机理,为此类钢墩柱的数值仿真提供理论基础。结果表明,增设内嵌耗能钢板后,试件的抗震性能得到较大改善;提高耗能板强度后,试件的水平承载力得到较大提高,但其延性与变形能力下降;有限元模拟结果验证了新型钢桥墩良好的抗震性能。在试验研究、理论分析与数值仿真的基础上提出此类新型钢桥墩承载力建议公式,并应用试验结果验证了公式的准确性。

矩形空心桥墩抗震性能研究

为研究水平地震作用下矩形空心桥墩的抗震性能,对2个不同轴压比的桥墩进行了恒定竖向荷载下拟静力试验,同时还研究了试件刚度退化、承载能力、耗能能力和延性系数等抗震性能指标,并基于ABAQUS有限元软件对试验得出的抗震性能规律进行了验证。研究结果表明:该试验破坏模式为底部塑性铰区域的弯曲破坏;ABAQUS模拟结果与试验值有良好的吻合程度,对试验值有较好的验证与补充效果;较大的轴压比形成了更强的约束,限制了桥墩混凝土裂缝的开展,提高了桥墩的承载力和刚度;轴压比大的试件耗能能力和延性系数低。

榫卯-承插装配式桥墩抗震性能研究

承插式连接施工便捷,容许误差大,但耐久性较差。为提升施工质量和优化耐久性,结合超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)湿接缝连接技术,提出一种新型装配式桥墩——榫卯-承插装配式桥墩。设计制作1个榫卯-承插装配式桥墩试件和1个对比桥墩试件(整体现浇桥墩),采用拟静力试验方法,结合数值模拟研究该装配式试件的破坏机理和抗震性能。研究结果表明:在试验加载过程中,两试件破坏形式都是以弯曲破坏为主的延性破坏,主要表现为墩底塑性铰区混凝土大量压溃剥落,而装配式连接处承台及灌浆料的破坏较小,且在达到极限荷载时装配式试件残余变形仅为整体现浇试件的79.09%,表明UHPC灌浆料可提升桥墩损伤容限,使其震后更易修复;榫卯-承插装配式试件采用较短的承插深度及钢筋搭接长度达到可靠的连接效果,在相同滞回位移下表现出等同现浇桥墩的承载力、延性、耗能能力和刚度;承插深度在0.4D(D为试件截面宽度)及以上时,接缝处连接可靠,整体性和抗震性能基本等同现浇;提高灌浆料弹性模量对桥墩刚度具有改善效果;纵筋直径对桥墩抗震性能的影响比承台搭接钢筋的影响更显著,增大纵筋配筋率对水平承载力和耗能能力的提升较为明显,但会增加桥墩残余变形。

模块化变电站预制舱竖向静力性能试验与数值模拟研究

为了探究模块化变电站预制舱结构在设计荷载作用下的安全性,以及不同设计参数的影响规律,开展了预制舱结构竖向静力性能研究。对实际工程安徽蚌埠临港220 kV变电站预制舱进行了竖向静力加载试验,利用ABAQUS有限元软件对预制舱进行了竖向推覆数值模拟,分析了预制舱的破坏模式,开展了预制舱竖向受力性能参数分析。结果表明:在设计荷载作用下,预制舱承载力和变形满足标准GB 50017-2017要求。在竖向推覆作用下,门洞处梁柱连接、舱底主次檩条连接先后受损,瓦楞板基本不会受损。设置立柱使预制舱下长梁最大位移减小了32.7%,门洞处建议布置立柱;单侧布置荷载使预制舱最大位移减小了39.9%,设备尽量布置在无门洞一侧;与增大瓦楞板厚度相比,底部铺设封板可有效减小预制舱竖向位移;对于大跨度预制舱,建议采用底梁三等分点吊装;预制舱优先端部开窗洞,加载侧开洞时应限制开洞数量及洞口间距。研究明确了预制舱结构的竖向承载性能,提出了设计建议,可为预制舱在实际工程中的应用提供一定的参考。

大跨度体育场风效应的大涡模拟及风洞实验研究

文章运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)湍流模型对天长市某大跨度体育场风效应进行数值风洞模拟,得到体育场平均风压、脉动风压分布规律及风荷载时程,利用阵风荷载因子法计算体育场屋盖的风振系数及等效静力风荷载,与风洞实验结果开展对比研究。结果表明,数值模拟评估的体育场表面风压分布规律与风洞实验结果吻合较好,能够较好地反映大跨度体育场表面风压分布情况,2种方法计算得到的风振系数及等效静力风荷载也基本相同,说明大涡模拟技术能有效预测大跨度空间结构风荷载。研究结果可为大跨度体育场的抗风设计提供技术参考。

多功能泵保护阀旁路设计

离心泵的最小流量控制通常使用手动阀门操作控制或限流孔板控制,手动操作控制流量误差大,而且耗时费力;限流孔板控制流量不能实现关断,造成资源浪费;设计成自动调节控制,需要增加一套自动控制回路和调节阀,造价成本较高。然而,集四种功能于一体的多功能泵保护阀,不仅克服了前三种控制方式的不足,而且兼顾了止回阀和流量调节的功能。本文详细介绍了多功能泵保护阀在各种工况下的良性运行,以及它的使用方法、工作原理、使用功能、汽蚀的产生和消除。通过流体仿真分析、重难点计算和静密封试验,充分验证了用多功能泵保护阀替代离心泵最小流量控制的可行性和可靠性。

基于并筋-灌浆波纹管连接的预制桥墩-盖梁节点抗震性能研究

为有效解决地铁高架车站中高配筋率桥墩与盖梁的装配连接问题,设计一种基于并筋-灌浆波纹管连接的桥墩-盖梁节点装配方案。按照1∶3的缩尺比,设计制作一个现浇试件和一个预制试件,来验证装配方案的可行性。通过拟静力加载试验,研究现浇试件和预制试件的承载能力、破坏模式和滞回特性。试验结果表明,预制试件的水平承载力与现浇试件的水平承载力基本一致;基于并筋-灌浆波纹管连接的桥墩-盖梁节点装配方案是可靠的;预制试件和现浇试件破坏形态均以弯曲破坏为主,预制试件破坏程度弱于现浇试件;预制试件的耗能能力和延性性能稍差,初始刚度较小。采用ABAQUS调用清华大学开发的PQ-Fiber子程序建立试件的有限元模型,模拟分析试件在往复荷载作用下的抗震性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

小流量负压反馈射流喷头结构设计及试验研究

为进一步完善国产射流脉冲喷头设计理论体系,设计并测试了一种适用于小流量工况下射流进口宽度为2 mm的负压反馈射流喷头.首先采用单因素分析重新确定了喷头关键设计参数位差比、劈距比和侧壁倾角的有效设计区间,进一步以进口流量、出口流速和射程作为评价指标,进行9因素4水平正交试验,得到喷头内部最优结构参数,并加工样机进行试验验证.结果表明:在小流量工况下负压反馈射流喷头的重要结构尺寸设计区间变小,采用熵权法和极差分析法进行分析,确定了应用于小流量工况下负压反馈射流喷头的重要结构尺寸取值范围,发现射流进口深度成为影响其脉冲性能和水力性能最重要的因素,数值分析结果与试验高度吻合;分别与国家标准和国外产品相比,在进口流量一致的情况下射流脉冲喷头的射程同比提升17.3%~23.5%和19.1%~20.0%.研究结果为该型国产喷头后续研究与产品开发提供了可借鉴的思路与方法.

压力传感器波纹膜片低应力激光焊接工艺

设计了利用激光焊接技术进行波纹膜片焊接的工艺方案,提出了基于正交试验的关键焊接工艺参数优化方法,设计关键焊接工艺正交试验表,完成以焊缝残余应力为评价指标的正交试验。基于正交试验获得的较优焊接工艺参数组合,焊接压力传感器,完成了焊接密封性、拉伸强度和传感器静态性能指标的测试验证。结果表明,较优的压力传感器波纹膜片激光焊接工艺参数组合是激光功率350 W、脉冲频率150 Hz、脉冲宽度1.5 ms、转台转速4200(°)/min;压力传感器焊缝的拉伸强度高达499.60 MPa,具备较好的密封性;焊接波纹膜片后的传感器零点输出提高了17%左右,灵敏度、满量程输出、非线性、迟滞和重复性等指标变化不大,但是非线性、迟滞和重复性比同厂家的同类型传感器改善约1倍左右。正交试验确定的激光焊接工艺能够保障压力传感器的高质量封装应用。

预制节段拼装双柱桥墩的抗震性能

为推动新材料和新技术在预制节段拼装双柱桥墩的应用,提出2种节段拼装双柱桥墩装配式方案,包括锥套锁紧钢筋接头-纤维增强混凝土(FRC)和纵筋搭接-超高性能混凝土(UHPC)连接方案,设计制作3个双柱桥墩缩尺模型,通过拟静力试验研究各模型的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化和耗能能力,对比采用2种装配式方案模型与现浇模型的主要抗震性能指标。研究结果表明:相比现浇模型,采用锥套锁紧钢筋接头-FRC连接的双柱桥墩最大承载力提高了0.4%,延性系数提高了10.4%,总体的滞回耗能提高了9.0%,承载能力和抗震性能达到甚至略优于现浇模型,达到“等同现浇”;相较于现浇模型,采用纵筋搭接-UHPC连接的双柱桥墩,最大承载力降低了20.2%,极限位移仅为62.2 mm,耗能能力和延性表现不佳。潜在塑性铰区混凝土材料延性是影响节段拼装双柱桥墩结构抗震性能的重要因素,相比搭接形式,锥套连接更能保证桥墩结构在地震作用下的可靠传力。适度提高轴压比有助于提高抗震性能,增大纵筋配筋率会显著增强承载能力和抗震性能,增加箍筋加密区高度可减小残余变形并提高滞回耗能能力。

拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

皇冠梨静压力学特性及模拟研究

目的 建立皇冠梨生理特性与力学损伤关系模型,实现果实静压过程的模拟研究。方法 通过材料松弛试验和静态压缩试验,研究果实材料力学特性。使用三维扫描方法辅助建立果实有限元模型,并对果实静载损伤过程进行模拟。结果 使用Maxwell黏弹性材料本构模型,成功模拟了果实流变特性。通过静压试验将所建立的梨果实黏弹性材料模型与传统弹塑性材料模型进行对比,误差降低了7%,从而验证了模拟的准确性。根据von Mises等效应力分布结果进行预测,发现在静载力为161.21 N时梨果实会出现明显损伤。结论 以上研究使用2种材料对静态压缩试验进行仿真模拟,进一步验证了使用数值模拟方法对水果静力学过程模拟的可靠性。为皇冠梨果实机械化采摘、储存包装及加工搬运过程提供了理论依据。

足尺RC剪力墙倒塌试验和数值模拟研究

钢筋混凝土(RC)剪力墙是我国工程结构中的重要抗震抗倒塌构件,其抗倒塌性能是研究结构抗震抗倒塌性能的关键。以一足尺RC剪力墙试件作为研究对象,对其进行了拟静力倒塌试验,基于损伤特征,提出了适用于该类构件的组合建模模拟方法。结果表明:剪力墙试件的破坏模式为弯曲破坏,当试件位移角达到1/39时,试件底部有5根纵筋和1根箍筋发生断裂,底部混凝土被压溃,试件水平承载力下降至峰值承载力的12.5%,构件发生倒塌;基于组合建模方法,对该试件进行模拟,该方法可以较好地模拟试件的受力特征、变形能力和滞回行为,数值模拟所得的屈服、峰值和极限承载力与试验结果的相对误差不超过2.71%。

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂;6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力;位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性;强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性;增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标;增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力;改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。

基于数值模拟的静态混合器混合性能对比

构建长度、直径相同的SK、SX型静态混合器,利用Polyflow软件模拟低密度聚乙烯(LDPE)熔体在静态混合器内的流动情况,得到2种静态混合器的示踪粒子分布图、压降、分离尺度等参数,分析了流量对压力和分离尺度的影响,以及分离尺度下降一半,2种静态混合器所需的压降和流程长度。结果表明,随流程长度的增大,SX型静态混合器的粒子分布更加均匀,分离尺度更小,在出口处分离尺度约为SK型的1/3;当流量增至初始值的10倍时,SK和SX型的压降分别增至原来的7.4和4.7倍,两者出口处的分离尺度分别变化了8.3%和60%;随着混合过程的进行,分离尺度每下降1/2,所需压降及流程长度逐渐增大。

UHPC墩周连接装配式桥墩抗震性能研究

为改善预制装配式桥墩的抗震性能和施工容错能力,提出一种装配式桥墩新型连接方式:超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete, UHPC)墩周连接。设计并制作1个现浇桥墩试件和1个UHPC墩周连接装配式桥墩试件,对两个试件进行拟静力试验;建立UHPC墩周连接装配式桥墩试件的三维实体非线性有限元模型,对比研究新型装配式桥墩的抗震性能及其影响因素。结果表明:UHPC墩周连接装配式桥墩与整体现浇桥墩表现出相似的抗侧力性能和自复位能力,二者的抗震性能基本等同。对比分析非线性有限元模型与实际桥墩试件的滞回曲线,二者拟合程度较高,验证了建模方法的可靠性和模拟结果的准确性。UHPC连接段高度对该装配式桥墩抗震性能的影响不大,保证钢筋搭接长度即可。轴压比、立柱高度和搭接钢筋配筋率对该装配式桥墩抗震性能的影响较为明显:在轴压比为0.1~0.3时,试件刚度和水平承载力随轴压比的增大而增大,残余位移随轴压比的增大而减小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m时,高度越大该装配式桥墩的水平承载能力和累积滞回耗能越小;湿接缝处搭接钢筋配筋率由1.01%增至1.57%时,该装配式桥墩的水平承载能力和残余位移相比原配筋试件性能有较明显的提升。