与医用CT配套的便携式材料试验机的研制及其在混凝土损伤研究中的应用

混凝土内部细观裂纹的演化规律研究可以解释其动态特性和损伤破坏机理。X射线CT技术是无损探测混凝土内部细观裂纹萌生、扩展、贯通的有效手段。与医用CT配套的便携式材料试验机是进行混凝土CT试验的关键加载设备。本文概要介绍研制便携式材料试验机的研制过程。论述实现动态加载的几个关键技术问题,包括加载设备的便携式要求、加载波形显示、加载控制、试件安装和粘结技术等。经过试验,表明所研制的加载设备达到了使用要求。混凝土动力压缩条件下突发性裂纹的出现是其动态强度提高的原因之一。

混凝土细观结构动态力学特性CT试验研究

混凝土材料在动载作用下具有与静载不同的特性。从实时CT扫描试验出发,以素混凝土圆柱体试样为研究对象,分析了正弦波动压和动拉荷载作用下,混凝土的细观结构变化对动态力学特性中诸如强度、变形和破损形态的影响。通过CT差值图像研究,得出动压荷载作用下混凝土裂纹具有发展迅速,破坏过程短,破坏裂纹多,破坏面积大等特点;通过CT数等密度分割图研究,得出动拉荷载作用下混凝土微裂纹突然合并形成一条主裂纹贯穿试件,试件突然断裂;通过加载过程中CT数变化规律研究,得出动压荷载作用下混凝土的密度经历了一个先增大后减小的过程,试件经历了压密、扩容、裂纹贯通直至最后破坏的过程,而动拉荷载后试件的密度持续减小直至断裂,荷载初期无压密现象。混凝土试件形成单位面积的压、拉裂纹面所需的能量基本相同,形成单位面积的动力裂纹面所需的能量略大于静力裂纹面所需能量。混凝土动压、动拉的应力状态不同,导致其破坏程度不同,所形成的裂纹面积不同,所需的总能量也不同,最终导致测定的强度不同,应力状态不同是动压、动拉强度差异的根本原因。

近地端水平冲击作用下RC桥墩的动力响应试验研究

为了研究钢筋混凝土(RC)桥墩在近地端水平冲击作用下的动力响应,采用水平撞击试验设备,对3根圆形截面RC桥墩进行了试验研究。本试验以撞击速度为研究变量,得到了桥墩的撞击力时程曲线、位移时程曲线、变形曲线和最终损伤状态。试验结果表明:桥墩在1.70 m/s、2.68 m/s和3.32 m/s三种撞击速度下呈现出轻微损伤、中等损伤和严重损伤三种破坏形态,桥墩的破坏模式为撞击部位与墩底之间的局部剪切破坏,撞击速度对桥墩冲击动力响应和破坏机制有显著影响。本试验可以为车辆撞击桥墩问题的有限元数值模拟提供数据支撑。

服役15年大跨跨海预应力混凝土梁桥荷载试验及结构性能评价

大跨预应力混凝土梁桥因其结构刚度大、行车平顺舒适、抗震性能好、施工技术成熟等优势得到广泛应用,该类桥梁在服役较长时间后,由于自然环境和超载的长期影响可能导致结构出现裂缝,并影响结构的安全承载能力,这一问题对于跨海桥梁显得尤为突出。因此,为准确评估在役跨海混凝土桥梁的实际工作状态与承载能力,通过对一座已服役15年的大跨跨海预应力混凝土梁桥进行现场静载、动载试验,并结合有限元对其振型等特性进行了分析。研究结果表明,桥梁结构的工作性能仍保持良好,但由于所处海域环境及长期服役导致的结构损伤和裂缝的影响,使其实际承载能力有所下降。研究成果可为在役同类桥梁的维修加固提供参考。

基于荷载试验检测的钢-混凝土组合梁桥承载力分析与评定

在长期荷载和环境的作用下,桥梁结构存在材料性能退化、结构失稳、承载能力降低的安全风险。以某钢-混凝土组合梁桥为例采用多种检测试验方法对桥梁的外观、材质、恒载变异状况、桥梁动力特性、静力特性进行检测,重点阐述了载荷试验过程中采用的相关方法及注意事项,测试获得的桥梁基频、主截面应力、应表和残余变形的测试结果真实反映出桥梁结构特性,为桥梁实际工作性能客观评价提供了有力支撑,为同类工程的实施提供了有益参考。

混凝土特性数值方法研究及CT试验

建立三维混凝土数值模型,确定了三维"数字混凝土"数值试验的加载方法及强度的计算方法,并从细观层面上分析了混凝土强度特性、受力破坏机理及裂纹演化规律。最后用混凝土CT试验验证了此法的合理性。得出可以用位移控制的数值试验的应力应变曲线的极值点作为数字混凝土的强度点;混凝土强度主要受界面和砂浆强度控制;不论是拉还是压荷载作用下,混凝土裂纹均从骨料尖角处相对较弱的界面开始萌生,然后微裂纹绕着骨料扩展、贯通,说明混凝土的静态裂纹追随结构的弱面发展;混凝土试样的强度取决于试样的破坏面积,破坏面积越大强度越高。

混凝土单轴动力压缩CT试验过程定量化分区研究

为了能定量地研究混凝土动力压缩CT试验过程,将基于模糊集合论的破损演化理论引入到混凝土动力CT试验研究中,基于λ_1-λ_2截集将混凝土CT扫描图分为孔洞裂纹(P_(0-λ1))、硬化水泥石(P_(λ1-λ2))及骨料(P_(λ2-1)),并定义了混凝土的孔隙率、硬化水泥石率和骨料率。研究了动力单轴压缩CT试验过程中混凝土试样各扫描断面P_(0-λ1)、P_(λ1-λ2)及P_(λ2-1)随加载的变化规律。研究结果表明:利用本方法实现了对混凝土各组分的定量化分区;可以定量地研究混凝土中P_(0-λ1)、P_(λ1-λ2)及P_(λ2-1)随动力加载的具体变化规律;能较好地描述混凝土的受力破坏过程;并能定量地体现出试样破坏过程中应变的局部化。

CT技术及混凝土CT试验加载设备

介绍了用于混凝土动力加载、卸载CT扫描试验的便携式混凝土CT实验加载仪器的工作原理、技术指标及特点,并通过试验实例对混凝土在动力荷载下的破坏机理进行了描述。

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土(RC)刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明:加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%~69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。

溪洛渡大坝混凝土芯样动态轴拉试验研究

利用MTS大型静、动材料试验机对溪洛渡大坝混凝土芯样开展了动态轴向拉伸试验研究,试验共计32个φ220 mm×440 mm圆柱体试件。试验分别开展了不同应变速率(1×10^(-6)/s、1×10^(-4)/s、5×10^(-4)/s、1×10^(-3)/s)下静、动态单调加载和预加不同初始静载(0%、30%、60%)的单调动态加载(5×10-4/s)。大坝混凝土芯样试验成果,揭示了当前溪洛渡大坝混凝土的静态抗拉力学特征及在动态荷载作用下抗拉强度、峰值应变和吸能能力等随应变速率的变化规律,以及初始持续静态荷载对动态抗拉性能的影响。通过试验数据拟合及统计分析,建立了溪洛渡大坝混凝土的抗拉应力应变曲线解析表达式。试验成果将为溪洛渡大坝抗震深化研究提供科学依据。

基于静动载测试技术的连续多室箱梁力学性能研究

在静动载测试技术的试验荷载作用下,检验桥梁结构的承载能力是否能满足设计标准,评价桥梁结构的力学特性和工作性能等均至关重要。为获得某预应力混凝土连续多室箱梁桥的静动力性能,开展了某预应力混凝土连续多室箱梁桥的静动载测试技术试验研究。测试结果表明,主要测点实测应变值和挠度值均小于理论计算值,且卸载后预应力混凝土连续多室箱梁桥主要测点相对残余应变率和变形率均小于20%,表明结构处于弹性工作状态;通过动载试验可知预应力混凝土连续多室箱梁桥实测各阶频率均大于相应理论计算频率值,表明预应力混凝土连续多室箱梁桥实际整体刚度良好。静动载测试技术可为同类结构测试提供可靠测试技术方法,将会产生良好的经济效益与社会效益。

大跨度中承式钢管混凝土拱桥荷载试验研究及其结构性能评价

大跨度中承式钢管混凝土拱桥具有轻质高强、跨越能力大、施工方便、造价低等优势,近年来作为拱式体系桥梁被广泛应用于公路和城市道路建设中,由于该类桥型的构造形式和受力特点较常规桥梁复杂,因此对其静力和动力特性进行了研究,采用Midas civil软件建立了桥梁有限元模型,结合静载试验和动载试验研究,并应用加载和工况优化原则,给出了大跨度中承式钢管混凝土拱桥的结构性能评价结果,为同类桥梁的结构性能研究提供了参考。

强夯联合素混凝土桩在软基处理中的应用

填土地基土层结构松散,工程性质较差,往往难以直接用于工程建造。强夯工法具有造价低、施工速度快以及处理后场地整体均匀性好的优点,素混凝土桩具有单桩承载力高和沉降变形小的特点。本文以某工业园区的回填土场地基础工程为实例,表层为1~6m的新近回填土,从考虑技术、工期、造价等方面进行不同方案比选,最终采取了强夯和素混凝土桩复合地基方案。根据填土层的厚度不同分区进行地基处理,0~4 m厚度区域采取2 000 kN·m强夯能级,4 m以上区域采取4 000 kN·m强夯能级,柱下独立基础下采取素混凝土复合地基。最终检测结果表明,强夯联合素混凝土桩复合地基加固效果较好,可消除地基大部分工后沉降,地基承载力不小于100 kPa,独立基础下复合桩基的承载力不小于350 kPa,满足设计要求,为类似场地基础方案的优化提供参考。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥动静载试验研究

因考虑构件模拟的相似度和合理性,常规桥梁结构计算很难真实得出实际的承载能力,桥梁荷载试验可以直观评估桥梁的结构安全性和承载能力。文中结合主跨230 m预应力混凝土连续刚构桥的实际动、静载试验方案,确定各工况合理加载效率,详细分析现场实际试验结果及各工况校验系数,综合评价荷载试验对大跨度预应力混凝土连续刚构桥承载能力评定的效果。

某钢—混凝土组合梁荷载试验评估分析

钢—混组合梁在当前桥梁跨越结构选型中得到了较为广泛的应用,目前对于其健康服役状态的评价显得尤为重要。基于某钢—混组合梁荷载试验项目,首先通过设计荷载确定了荷载弯矩效应,并根据荷载等效原则确定了加载车辆及布置位置。然后对于静载、动载结果进行了分析,结果显示桥梁应变、挠度实测值均小于模型计算值,且相对残余<20%,说明结构处于正常弹性工作状态;桥面板下缘与钢主梁顶板应变大小和变化趋势一致,说明二者协同工作;模态分析结果显示结构频率实测值高于模型计算值,即结构实际刚度高于理论刚度。文章系统研究了钢—混组合梁的荷载试验,对于其他类似桥梁的检测评定提供一定的理论和工程经验。

基于动静载试验的大跨度混凝土拱桥承载力评定

桥梁作为我们日常交通出行中不可缺少的构筑物,随着时间的延伸,其承载力和安全性等性能却在不断降低。本文以某大跨度混凝土拱桥为例,运用Midas建立有限元理论分析计算模型,并通过动静载试验,获得大桥结构在静载试验下结构应变及挠度变化情况,动载试验下结构的自振频率及冲击系数等动力特性,从而判断该桥的实际承载能力是否满足结构的安全使用要求,建立桥梁“指纹”档案。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态有限元分析

在持续时间较长的爆炸荷载作用下，钢筋混凝土框架或梁通常会发生常见的弯曲破坏形态，但是在持续时间较短的爆炸荷载，如化学爆炸产生的脉冲荷载作用下，钢筋混凝土结构有可能在弯曲破坏发生之前产生剪切破坏。这种现象已被室内外试验所证实，其原因是脉冲荷载激发了结构中的剪力，从而使结构产生剪切破坏。为了预报钢筋单纯凝土梁在爆炸荷载下的响应破坏形态，本文提出了一种基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论的非线性分层梁有限元法。在材料模型中考虑了混凝土和钢盘的右面线性和应变速率效应等因素。应用这方法，本文计算分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应以及弯曲、弯剪和剪切等不同的破坏形态，计算预报的结构动态响应和破坏形态与现场试验结果有较好的一致性。

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10-5/s,10-4/s,7.5×10-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。

不同初始损伤混凝土动态轴向拉伸试验研究

利用MTS-NEW810动态试验机,通过对30根混凝土棱柱体试件施加应力幅值为1 kN到5 kN、频率为5 Hz、应变速率为10^(-4)/s的5组不同循环荷载,研究不同初始损伤对混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸特性的影响。研究结果表明,遭受初始损伤程度越严重,混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸破坏断面越整齐,且破坏断面粗骨料被拉断数目越少;随着初始损伤程度的增加,混凝土棱柱体试件逐渐产生有不可恢复变形,随着损伤程度的增加,不可恢复变形的增幅明显增大;初始损伤程度对混凝土棱柱体试件动态拉伸应力应变关系曲线上升段影响较小;混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸强度和峰值应变均受初始损伤程度影响不大。

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明:在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过 30 万次后,侧摩阻力趋于稳定。