串联式锚定板抗拔承载特性及影响因素分析

为提高锚定板抗拔承载能力,设计串联式锚定板锚固系统。借鉴侧向受荷桩的“M”法,通过锚固系统受力平衡条件及位移连续性条件,提出串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的理论分析方法。基于FLAC3D有限差分软件,建立锚定板锚固系统与土相互作用的数值模拟模型,进行埋设于黏性土中不同尺寸的方形锚定板抗拔承载力室内模型试验。结合室内模型试验及数值模拟结果,通过拟合分析,获得串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的近似解析解,将3个工程案例中不同尺寸及埋深的锚定板抗拔力-位移的现场试验结果与理论分析及数值模拟结果对比,验证理论分析方法及数值模拟结果的正确性。探讨串联式方形锚定板锚固系统埋深及相邻锚定板间距对锚固系统抗拔承载力的影响。研究结果表明:当锚定板锚固系统埋深H<5b(b为锚定板边长)时,其破坏模式呈现浅埋锚定板的破坏特征;当埋设深度H≥5b时,其破坏模式呈现深埋锚定板破坏特征。对于串联式锚定板锚固系统,为避免相邻锚定板相互影响而降低锚固系统的抗拔承载能力,相邻锚定板间距应满足L≥3b。

钢-UHPC轻型组合结构短栓钉抗剪性能试验研究

通过6个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合结构短栓钉推出试验,对其抗剪承载力、破坏形态、栓钉应变及荷载-滑移曲线进行了研究,探讨了栓钉直径、长度、数量以及界面黏结对短栓钉抗剪性能的影响规律.结果表明:所有试件均为栓钉根部剪切破坏,UHPC板除栓钉根部沿承压方向部分UHPC压碎外,其余部分保持完好,UHPC可以抵抗栓钉传递的高压应力;栓钉根部截面屈服后应力强化阶段明显,栓钉发生剪切破坏时,栓钉根部上侧应变超过3500με;长径比为2.0的短栓钉在UHPC中也能发挥全部强度;所有试件的荷载-滑移曲线分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段,所有短栓钉的最大滑移量均小于4 mm,工程应用时应按照弹性剪力连接件进行设计;栓钉直径对栓钉抗剪性能提高最显著,直径16 mm的栓钉比直径13 mm的栓钉的抗剪承载力和极限滑移分别提高了46.4%和11%,弹性刚度和塑性刚度分别提高了35.8%和59.1%,增加栓钉长度和界面黏结能有效提高栓钉的剪切刚度,长径比为3.0的栓钉比长径比为2.5的栓钉的弹性刚度提高了12.3%,界面有黏结试件比界面无黏结试件的弹性刚度提高了17.4%;相同间距内,合理增加更多栓钉有利于提高整体抗剪强度,但会降低延性变形能力.最后,结合实验数据和国内外UHPC中栓钉推出试验结果,建立了UHPC中栓钉荷载-滑移曲线和抗剪承载力预测表达式,计算值与试验值吻合良好.

C型外包花纹钢-混凝土界面粘结强度推出试验研究

为探究带拉条式C型外包花纹钢-混凝土的粘结强度及粘结滑移性能,考虑钢板的花纹高度、混凝土强度、拉条间距、截面宽度和翼缘截面形式对试件粘结强度的影响,设计制作了12个带拉条的C型外包花纹钢-混凝土推出试件。分析各试件的破坏过程、荷载-滑移曲线、钢板应变沿纵向分布规律及特征粘结强度;综合考虑各影响因素,统计回归得出特征粘结强度的计算公式。研究结果表明:增大花纹高度是改善粘结性能最有效的途径;特征粘结强度随着混凝土强度的增大呈增大趋势,随着截面宽高比和拉条间距的增大呈减小趋势;在同等条件下,翼缘内翻试件的粘结性能优于翼缘外翻试件;特征粘结强度的回归公式能够较好地拟合试验结果。

双面叠合装配式管廊侧墙面外抗震性能试验

为研究采用螺旋箍筋套筒底节点连接的预制双面叠合式管廊侧墙在面外荷载作用下的受力变形性能,对2个采用该节点连接的足尺侧墙试件进行了不同轴压比下低周往复加载试验,并与对应2个现浇试件作对比,初步揭示了螺旋箍筋套筒底节点和竖向轴压比对管廊侧墙面外抗震受力变形性能的影响。试验结果表明:两种试件滞回曲线均较为饱满,具有良好的抗震耗能能力,满足装配式结构抗震变形设计要求;叠合装配试件上部区域剪切变形均高于现浇试件,且裂缝遍布整个墙体高度范围,具有良好的面外变形能力。

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

梁式与推出加载对钢-混凝土结构栓钉承载力影响机理分析

针对钢-混凝土结构中栓钉在推出和梁式加载时不同的受力行为,通过开展数值分析及试验验证,研究了两种加载情况下的栓钉承载力、刚度及传力路径等典型受力性能差异,提出了预留孔尺寸效应、钉簇间受力非线性梯度效应及单簇钉群受力簇群效应等影响效应及机理,建立了梁式加载单钉抗剪承载力计算式。研究表明:梁式加载时栓钉抗剪承载力低于推出加载,抗剪刚度高于推出加载;梁式加载极限承载力时栓钉根部受力相较推出加载呈现更为显著的非线性关系;尺寸效应使组合梁中栓钉承载力略高于推出试件;组合梁中簇群效应更为显著,使单钉承载力降低。梯度效应使组合梁栓钉根部受力非线性更为明显。基于上述分析,提出了考虑3种效应的梁式加载单钉抗剪承载力计算式。

不同加载速率下钢筋与橡胶混凝土的粘结性能

钢筋与橡胶混凝土之间良好的粘结性能,是橡胶混凝土工程应用的基础。为研究不同加载速率下钢筋与橡胶混凝土的粘结性能,对钢筋橡胶混凝土试件进行不同加载速率(0.01~1 mm/s)下的中心拉拔试验,分析加载速率、橡胶替换率及钢筋直径对钢筋与橡胶混凝土粘结性能与破坏状态的影响。试验结果表明,钢筋直径对拉拔试件的破坏方式影响显著,钢筋直径18 mm的试件发生劈裂破坏,钢筋直径14 mm的试件发生钢筋拔出破坏。此外,加载速率对粘结滑移曲线中的关键参数值也有显著影响。通过理论分析提出了不同加载速率下钢筋与橡胶混凝土粘结滑移关系计算模型,模型评估结果表明新建立模型的计算结果与试验结果吻合良好,可以用于预测不同加载速率下钢筋与橡胶混凝土之间的粘结滑移关系。

抗浮锚杆极限荷载现场试验及抗拔承载力预测

基于青岛某工程抗浮锚杆的极限承载力现场拉拔试验,对抗浮锚杆荷载-位移规律进行分析,明确“一锚多筋”型抗浮锚杆破坏形式、破坏机理,同时,采用三次多项式函数预测极限上拔位移下抗浮锚杆的抗拔承载力。研究表明:锚杆的荷载-位移曲线呈“缓变-陡升”型;锚-岩界面黏结强度较小,抗浮锚杆主要产生锚固体拔出破坏;规范公式预测值存在较大偏差。通过三次多项式函数的回归分析,杆体位移的误差控制在10%以内,且锚杆杆体位移小于20 mm时,预测精度最高可达97.4%。研究结果对该地层抗浮锚杆的设计与工程应用具有一定的参考价值。

基于格构模型理论的单纤维拉拔试验建模及仿真

水泥基材料的单纤维拉拔试验对测试仪器要求较高,试验操作难度大,很多实验室不具备测试能力。针对该问题,采用格构模型理论建立模型,基于分段步进式方法,对单纤维拔出过程进行数值仿真,得到纤维拉拔荷载-位移响应曲线。通过文献中的试验数据对模型进行验证,发现该模拟方法可以模拟单纤维拉拔过程及荷载-位移曲线。进一步,通过模型研究纤维方向、弹性模量和水泥-纤维界面黏结强度对于拉拔荷载-位移响应曲线的影响。模拟结果可用于研究不同边界条件下各种因素对试验结果的影响,计算工程水泥基复合材料单裂缝桥接关系,为高韧性工程水泥基材料设计提供参考。

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。

基于加速锈蚀试验的群钉连接件抗剪性能研究

为研究栓钉在锈蚀情况下的抗剪性能退化规律,文中对群钉连接件组合试件进行恒电流加速锈蚀试验与推出试验。结果表明,栓钉锈蚀不会影响其破坏形态,但会减少连接件的抗剪承载力和极限滑移值,根据各试件的抗剪承载力拟合出锈蚀降低函数,发现栓钉的抗剪承载力与锈蚀率之间为指数降低的关系。

三向土工格栅加筋道砟界面宏细观特性离散元研究

为研究拉拔荷载作用下格栅-道砟界面宏细观力学响应,基于离散元数值模拟,建立三向土工格栅加筋道砟的拉拔试验数值模型,揭示了格栅轴力及格栅分段应变的发展规律、拟合分析统计区域颗粒间法向接触力的演化。研究结果表明,拉拔荷载主要由格栅前端横肋承担,道砟间接触力及各向异性演化决定颗粒间宏观力学性质。

双向液压机位移-力双变量高精度耦合控制方法

针对双向液压机电液伺服系统中位移-力双变量高精度耦合控制需求,基于负载口独立控制结构设计了一种双向液压机位移-力耦合控制电液伺服系统,并建立了相应的数学模型,揭示了基于线性负载的位移-力耦合控制系统的物理规律,提出一种双向液压机位移-力耦合控制解耦方法,并通过仿真和试验平台对该方法有效性进行验证。结果表明,当系统运行稳定后,力的最大超调量为1.42%,位移的最大超调量为0.8%,力闭环跟踪误差的标准差为447.5 N,位移闭环跟踪误差的标准差为0.037 mm。该方法实现了双向液压机位移与力的高精度耦合控制,增加了系统的自由度,为位移-力双变量耦合控制解耦方法的研究提供了新思路。

基于OrcaFlex的码头至敷缆船动态电缆导缆分析

为了研究码头至敷缆船动态电缆导缆过程中缆线所受载荷表现,对整个导缆过程展开调查。基于OrcaFlex,分析了不同时间、不同位置、不同潮流对导缆的影响,并对相应工况下的悬链线形进行采样,发现在低潮工况下,缆线张力相对较大。同时,研究了不同设备损坏时的异常工况,发现张紧器损坏在缆线上主要表现为受拉,转盘损坏在缆线上主要表现为受压,而缆线失效的原因则因导缆所在位置而发生变化。

负载共享的冗余系统可靠性分析

为提高系统的可靠性,在工程中常用N中取K的冗余方法进行系统设计。在进行N中取K模型的可靠性计算时,通常假设系统中的各组成部件均为独立的,即组成部件之间无依赖性。实际上,系统中的各组成部件所承受的负载随着故障组件的增加是不断变化的,对组件的故障率也会产生影响。针对寿命分布为威布尔分布的N中取K冗余系统的可靠性建模和计算方法进行了研究,采用威布尔分布与加速时间模型相结合的方式建立了N中取K冗余系统的负载共享可靠性模型,并给出了实现算法和实例。

钢拉杆与混凝土黏结锚固抗拔有限元分析

大连湾海底隧道北岸浅埋段采用混凝土墩与钢拉杆作为防撞结构措施,由于施工场地条件的制约,钢拉杆的锚固长度受限。基于相关文献中的钢筋混凝土黏结锚固性能试验数据结果,分析了钢筋与混凝土之间的黏结滑移本构模型,确定了主要影响参数及取值。结合现有规范设计要求与海上施工条件,应用有限元软件对钢筋与混凝土黏结滑移进行数模分析,并与已有试验结果数据对比,优化钢拉杆锚固长度与锚固形式,进一步合理化设计方案。应用有限元软件计算的结果与试验结果基本一致,可为类似工程设计及后续研究提供借鉴。

全长灌浆锚固系统在不同加载历程下的抗拔性能响应特征分析

依托“深坪锚索综合试验项目”的23根全长灌浆锚索的49次拉拔试验数据及结果,对试验锚索在不同拉拔试验方法下的试验结果进行横向和纵向对比分析,探讨了锚固长度、蠕变率以及加载历程参数与全长灌浆锚固系统抗拔性能间的关系,分析了拉拔过程中抗拔刚度的变化规律,并基于锚固界面剪切刚度不断劣化的推论,对全长灌浆锚固系统的循环加、卸载过程进行了模拟。结果表明,锚固系统的抗拔性能主要受拔出力和锚头位移两个指标控制,一味地增加锚固长度并不能有效地增加其抗拔性能;按蠕变率大于2.0mm的蠕变稳定指标来判定锚固系统是否达到破坏状态是更为稳妥和有效的方法;随着试验次数、试验总用时、所经历循环次数的增加,锚固系统在较低的荷载水平下抗拔性能会相应的提高,而在较高的荷载水平下其抗拔性能却在降低;全长灌浆锚固系统在拔出过程中会产生较大的塑性损伤,其抗拔刚度会逐渐劣化;在循环拉拔荷载作用下的锚固系统的模拟计算中,采用不断劣化的锚固界面剪切刚度进行计算,能够较好的刻画出循环加、卸载过程及塑性滑移过程。

真实侵蚀路径下焊钉锈蚀过程及承载能力演化特性

通过6个焊钉连接件的氯盐侵蚀退化试验及推出试验,探究钢板组合梁焊钉连接件锈蚀后的静力性能。模拟桥面除冰盐环境下“环境―混凝土―钉头”氯盐侵蚀路径,试验完成后焊钉三维扫描重建结果表明,焊钉钉头部位锈蚀最严重,钉身部位锈蚀相对较轻。基于焊钉三维扫描重建的有限元模拟和试验结果揭示,在“环境―混凝土―钉头”侵蚀路径下,随着焊钉锈蚀程度的加深,连接件的承载性能、极限滑移和整体刚度均逐渐降低。根据试验结果拟合得到了考虑焊钉钉头和钉身锈蚀率的连接件抗剪承载力修正公式及连接件荷载-滑移曲线计算公式。从公式可以看出,相较于钉头部位,钉身部位的锈蚀更易引起连接件抗剪性能的降低。

装配式组合梁新型剪力键受力性能试验研究

为解决装配式组合梁剪力键存在的问题,通过在预制混凝土桥面板中预埋栓钉和钢板,再与钢梁翼缘焊接的方式改进剪力键的设计,并对新型栓钉剪力键试件进行推出试验,研究其破坏形态、荷载-滑移曲线、抗剪刚度等。结果表明:试件破坏时栓钉均被剪断,表现出延性破坏;试件的荷载-滑移曲线可以划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段3个阶段;在相对滑移量约为2 mm时,试件达到极限承载力,随着栓钉数目的增加,栓钉的承载力和抗剪刚度均减小。通过计算可知,该新型栓钉剪力键的承载力能够满足工程设计的需要。

一种新型大吨位单桩抗拔试验快速连接装置的研究与应用

针对传统大吨位灌注桩竖向抗拔静载试验存在耗材大、造价高、效率低、工作量大、安全风险大等问题,论文提出了一种新型大吨位基桩抗拔静载试验快速连接装置。该装置主要由抗拔拉杆、抗拔护筒等部分组成,试验前对装置的抗拔拉杆和抗拔护筒进行强度校核验算。通过在广州白云某工程项目大吨位抗拔静载试验的实际工程应用,试验表明该快速连接装置可大幅度降低大吨位抗拔静载试验的耗能耗材,适应性强,灵活性高,降低了基桩抗拔静载试验前准备工作的工作量,从而提高了检测、施工效率。