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。

软岩地基中新型倒肋式风机基础力学性能有限元分析

目的 提出一种新型倒肋式风机基础,解决软岩地基中采用梁板式风机基础带来的挖方量大、模板支设繁琐、施工成本高、周期长等问题。方法 以2.5 MW风机为例,采用ABAQUS有限元分析软件,建立相同尺寸的倒肋式与梁板式风机基础模型,对比两种基础在极端工况下的倾斜率、水平位移、破坏特征等,并结合挖方量、模板工程量对两者的经济性进行分析。结果 倒肋式基础的水平位移为0.444 mm、倾斜率为0.012 1%,均满足规范要求;倒肋式基础的肋梁受力特征与悬臂梁相似,在基底反力作用下肋梁与墩台连接处承受的剪力及弯矩较大,容易开裂破坏,可通过增加肋梁截面高度改善;倒肋式基础相较于梁板式基础土方挖量可节省54%、模板工程量可节省48%。结论 倒肋式基础充分发挥出了倒置肋梁与软岩地基之间齿槽嵌固的优势,相较于梁板式基础不仅具有更优的抗滑移稳定性和受力性能,而且减少了挖方和模板工程量,经济效益显著。

“贝壳板”加固直角突变式钢吊车梁疲劳性能研究

针对既有直角突变式钢吊车梁,提出一种“贝壳板”加固方法,即在吊车梁变截面处腹板两侧,焊接带圆弧的“类贝壳式”钢板对吊车梁进行疲劳加固的方法.该加固方法是通过增加变截面区域腹板的刚度来降低疲劳细节的应力水平,从而提高其疲劳强度.通过缩尺疲劳试验对使用“贝壳板”加固后的直角突变式钢吊车梁疲劳性能进行了研究,分析“贝壳板”加固后吊车梁的疲劳破坏规律,评估加固后吊车梁的疲劳性能.以加固后吊车梁最危险疲劳细节的主应力为基本参量,给出了加固后吊车梁的设计S_(r,p)-N疲劳曲线.并通过试验结果验证了加固后吊车梁裂纹扩展模拟和寿命计算的正确性,进一步分析“贝壳板”加固后吊车梁破坏细节的疲劳裂纹扩展特性,研究“贝壳板”高度和厚度变化对加固效果的影响,可为吊车梁的加固设计提供参考依据.

考虑轴力与底板约束的埋入式钢柱脚刚度模型

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱脚埋深、埋入段剪切变形、钢柱轴力、底板约束影响的埋入式钢柱脚转动刚度模型。基于已验证的有限元模型进行参数分析,研究埋深比、轴力和锚栓布置对柱脚转动刚度的影响。与有限元结果的对比表明,提出的刚度模型较过往文献中理论模型具有更高的精度和更好的适用性,尤其是对于埋深比为0.5~1.5的浅埋柱脚节点。理论与有限元结果表明:埋深比较小时,柱脚转动刚度随埋深比的增加快速增大,而埋深比增加到一定程度后,其对转动刚度几乎无影响;柱脚转动刚度随钢柱轴压力增加呈增大的趋势;对于浅埋柱脚节点,底板约束对其转动刚度的影响较大,而随着埋深的增大,其影响逐渐减小;底板转动约束对埋深比小于1.5的节点刚度具有显著影响,当埋深比增大至2.5,其影响可以忽略。

轻钢龙骨防火组合楼板梁板节点连接试验研究

轻钢龙骨防火组合楼板是一种新型的装配式楼板,因为自重较小,同时具有较大的承载力,板底板顶附层为防火楼板,具有较好的防火能力,该种楼板作为简支板直接放置于工字钢梁上,支座处无法传递负弯矩,因此在梁顶支座处会出现一条通缝,严重影响使用效果,同时简支板体系也不符合抗震规范的要求。本文提出一种新的支座处梁板节点连接方式,目的是通过合理连接,实现支座处能够传递负弯矩,由简支变为固结。试验采用液压千斤顶对试件施加静荷载,对11个全比例节点连接试件进行研究,考虑连接件搭接长度、连接件厚度、连接所用的自攻螺钉(螺栓)的数量,以及连接件尺寸对梁板连接节点承载力和挠度的影响,并对节点连接件与C型轻钢龙骨之间的变形协调能力做出了分析。研究表明,本文提出的以Z型钢为连接件的梁板节点连接方法安全可靠,可实现该新型楼板的双跨以及多跨连接。

复合纤维的三角形截面梁组合扭转理论研究

基于板梁理论,首先通过各板件的位移、应变、应力及FRP(增强复合纤维)材料的本构关系推导出悬臂梁在端部受集中扭矩情况下组合扭转的总应变能及总势能,接着基于能量变分法构建了FRP三角形梁组合扭转问题的能量变分模型与微分方程模型,最后通过边界条件求得最大扭转角的近似解析解,并与Ansys有限元软件模拟结果进行验证,验证结果表明理论计算得到的近似解与有限元模拟解基本吻合,证明了理论模型的正确性,可为工程设计提供参考。

基于板-梁理论的功能梯度材料蜂窝梁组合扭转分析

以端部作用有集中扭矩的功能梯度材料工字形蜂窝梁为研究对象,基于Vlasov刚周边假设、kirchhoff板力学模型与板-梁理论,通过金属与陶瓷体积分数的幂律分布,得出功能梯度梁的力学性能在厚度方向上呈连续变化,并通过能量变分法推导出蜂窝梁扭转的总应变能。根据作用于端部的集中扭矩,建立总势能方程,通过求解微分方程得出蜂窝梁组合扭转最大扭转的理论解。采用ANSYS软件对理论进行检验,利用shell181单元的分层模拟材料特性,计算了17组不同尺寸的蜂窝梁在端部集中扭矩下的最大扭转角,与理论解进行对比误差在1.61%~3.47%之间。

低预应力CFRP板加固RC梁模型试验研究

为研究低预应力CFRP加固RC梁的力学性能,设计进行了CFRP加固方法的对比模型梁试验。通过对直接粘贴、机械张拉粘贴锚固成为低应力CFRP板及粘贴加热伸长后回缩成为低预应力CFRP板这3种方法,将同规格的CFRP板粘贴在混凝土试验梁表面,通过分级加载试验,获得不同施工方法的CFRP板加固后开裂荷载、极限荷载、裂缝发展及荷载-挠度曲线等。试验结果表明:3种施工方法下进行机械张拉低预应力CFRP板加固对原梁抗剪承载力性能提高较大。在正常使用阶段,机械张拉低预应力CFRP板加固梁和加热张拉低预应力CFRP板加固梁出现斜裂缝的荷载等级高于直接粘贴CFRP加固梁出现斜裂缝的荷载等级。机械张拉低预应力CFRP板加固梁和加热张拉低预应力CFRP板加固梁产生的裂缝宽度小于直接粘贴CFRP板加固梁产生的裂缝宽度。相对最明显的是机械张拉低预应力CFRP板,裂缝一直维持在较低水平。粘贴锚固的低预应力CFRP加固方式操作相对简单,可应用于桥梁维修或拆除前临时加固工程等。

钢板-UHPC组合加固损伤RC梁的受弯性能试验研究

为研究钢板-超高性能混凝土组合加固损伤钢筋混凝土梁的受弯性能,对1根RC梁及2根加固梁开展了试验研究,并对其承载力、挠度、应变、裂缝发展情况等进行了分析。结果表明:相较于未加固RC梁,加固梁在抗裂性能、刚度及极限承载力方面有了大幅提升,其中开裂荷载分别提高2.71倍、3.19倍,承载力分别提高了54%、65%,刚度提升近1倍。由于破坏模式均为新老混凝土界面剥离破坏,极限状态下钢板及钢筋均未达到屈服强度,未能充分发挥材料性能,在加固设计中应避免此类破坏的发生。此外,基于桁架模型理论对钢板-UHPC组合加固梁剥离承载力进行了理论推导,建立了理论计算公式。结果表明:基于桁架模型理论建立的剥离承载力公式计算值与试验结果吻合,相对差值在10%以内,此理论模型可靠。

基于板-梁理论的FGM双轴对称箱形截面组合扭转理论与有限元验证

基于板梁理论研究FGM双轴对称箱形截面组合扭转理论与有限元验证.首先,选取弹性模量变化函数,建立能量变分模型,引入无量纲参数,获得双轴对称箱形截面组合扭转的近似解析解;然后,利用微分方程模型计算双轴对称箱形截面组合扭转的精确解析解,给出微分方程解答;最后,利用ANSYS有限元分析软件进行验证,将本文研究所得解析解和ANSYS有限元分析软件得出的解析解进行对比,对比结果验证了本文理论推导及所给出的自由扭转刚度、约束扭转刚度表达式的正确性.

CFRP-OFBG板加固损伤钢梁抗弯疲劳试验及其寿命预测研究

为研究采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固后钢梁的疲劳性能,采用自主研发的具有自监测性能的智能碳纤维-光纤光栅板(CFRP-OFBG板)加固受损钢梁,在完成常幅荷载四点弯曲疲劳试验的基础上,研究不同应力幅作用下CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳性能。借助有限元方法,建立“三维实体”有限元模型,结合J积分计算方法求解得到加固钢梁裂纹尖端的应力强度因子,基于线弹性断裂力学理论建立疲劳裂纹扩展模型,对CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳裂纹扩展寿命进行预测。研究表明:CFRP-OFBG板的加固作用可有效提高受损钢梁的疲劳寿命,延缓裂纹扩展速率,改善裂纹尖端的受力状态,降低裂纹尖端的应力强度因子;在循环荷载作用下,CFRP-OFBG板加固试件的疲劳寿命均随着应力幅的增大呈现递减趋势。将试验结果与预测结果相比较,发现加固试件疲劳寿命预测值比试验值略高,分析认为,这主要是因为在有限元模拟时没有考虑到试验中CFRP-OFBG板的局部剥离。

碳纤维板加固H型钢梁抗剥离夹具研制及应用试验

外贴碳纤维板是钢梁抗弯加固的常用方法,但其端部易因界面应力集中导致剥离破坏,严重影响高性能材料的有效利用,特别是结构加固后的安全服役.为此开发出一种适用于H型钢梁的简易夹具——C形槽板夹,以加强碳纤维板的端部锚固.通过多根带夹碳纤维板加固梁的静力加载试验,验证了此夹具的可靠性,并考察了碳纤维板伸入剪跨段长度与剪跨段长度之比及锚固方式(纯粘、端锚和混锚)对加固效果的影响.研究发现端锚加固不同于纯粘,只要梁的控制截面仍在夹具之间,碳纤维板的极限应力、加固效果及利用效率均随其长度缩短而提高,当碳纤维板长度分别为600、750 mm时,前者极限应变和承载力比后者分别高27.3%和8.1%.由于钢梁表面处理质量较差,混锚加固梁均发生突然剥离,后期退化为端锚加固梁,因而相比端锚加固梁加固效果改善不大,需要提高表面处理质量再做类似研究.尽管如此,相比纯粘加固梁,混锚加固梁采用C形槽板夹后剥离破坏被延迟,抗弯性能大为改善.试验过程中还用压电阻抗法对界面剥离情况进行了检测,结果符合实际.

基于遗传算法的斜拉桥基准模型参数修正方法

健康监测对于斜拉桥结构全寿命的安全使用十分重要,而使用传感器采集斜拉桥数据进行健康监测存在盲区.结合Benchmark模型对桥梁结构进行监测,能够在给定状态下,比较和评价不同的健康监测方法标准,对桥梁的设计、运营以及管养等方面有重要意义.本文基于背景工程,提出用于斜拉桥结构健康监测的基准模型.首先,使用Matlab建立斜拉桥的鱼骨梁简化有限元模型,并建立斜拉桥的板壳单元精细模型,作为简化补充模型和模态矫正模型;其次,采用正交试验设计,对建模过程中的待修正参数进行斜拉桥动力特性参数的显著性分析;最后,基于遗传算法对模型参数进行修正,提出了动态自适应技术和并列选择的方法优化遗传算法结构,干涉遗传选择过程,并赋予初始种群更高的离散性,与调用GA函数的方法对模型进行修正进行比较,验证了改进后的遗传算法具有更高的计算效率,模态参数误差较小.

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

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。

结构刚塑性动力解的弹性补偿

近年来,我国学者以膜力因子法和饱和分析方法相结合为理论工具,对梁、板等结构件在脉冲载荷作用下的塑性大变形行为作了全面深入的研究,为脉冲加载下结构的最终挠度提供了优于历史上各种刚塑性近似解的最佳刚塑性预测公式。然而,由于实际工程应用中金属结构弹塑性动力响应的复杂性和数值模拟的局限性,与考虑材料弹性效应的结果相比,刚塑性解对脉冲加载下结构所预测的最终挠度的误差有多大,是一个亟待解决的关键问题。对这个问题的首阶段研究成果厘清了材料弹性对脉冲加载下结构塑性动态大变形的影响,定量评估了由最佳刚塑性理论解与弹塑性数值模拟得到的最终挠度预测结果之间的差异。在此基础上,提出了补偿弹性效应的策略和方法,即:在已有的最佳刚塑性解预测的挠度基础上添加一个补偿项,将补偿项表达为脉冲载荷强度的效应与结构自身刚度的效应分离的变量函数,并尽量减少待定系数/指数的数量,以求表达式的简洁;根据这些原则在金属结构的主要工程应用领域内选定结构刚度和外载参数的变化范围,对固支梁和固支方板的案例实施拟合与补偿,最后得到了对梁和板增添补偿项后的简单而实用的最终挠度预测公式,其相对误差在3%的范围之内,很适合工程设计应用。文末列表给出了符号与公式的一览,并对梁和方板的结果作了综合和比较。

ZY4200/12/28新型结构液压支架研究

针对普通结构液压支架使用过程中存在的拆装困难、维修不便和使用安全等问题,设计了一种新结构液压支架,采用了创新的顶梁结构形式、管路敷设方式和底座立柱压板结构。实践表明,该结构能够适应矿井复杂环境,具有操作方便、维护性好、安全性高等特点。

蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点抗震性能研究

目的 提出一种蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点,探究节点抗震性能及不同因素对其影响规律,为相关设计提供借鉴。方法 理论分析蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点传力机制,建立并验证蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点ABAQUS模型,研究端板厚度、开孔率对节点初始转动刚度、承载能力、耗能能力、延性、刚度退化及破坏形式影响规律。结果 蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩最终由柱腹板与正向端板抗弯、柱翼缘与侧向端板抗剪承担;剪力最终由高强摩擦型螺栓连接面间摩擦力承担;端板厚度及开孔率越大,节点耗能进入蜂窝梁耗能阶段越早,连接刚度足够时节点抗震性能主要取决于蜂窝梁。结论 提出了蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩路径传递分配系数计算方法,建议节点端板厚度应大于1倍柱翼缘厚度,开孔率取值为60%~65%。

带钢筋桁架楼承板的PRC连梁抗震性能试验研究及数值分析

为适应超高层建筑以及现代工业化住宅建筑体系迅速发展的需要,提出了一种带钢筋桁架楼承板的新型钢板-混凝土组合(plate-reinforced composite,PRC)连梁。通过拟静力试验,分析了不考虑楼板作用、带普通钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)楼板及带钢筋桁架楼承板PRC连梁的破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等。在此基础上,采用ABAQUS软件分析在不同峰值荷载作用下钢筋桁架楼承板PRC连梁的混凝土、钢板和钢筋骨架的应力发展情况。研究结果表明:钢筋桁架楼承板的设置能显著提高小跨高比PRC连梁的受剪承载力、耗能能力和延性,设置楼板能显著提高连梁的峰值荷载,且带钢筋桁架楼承板对PRC连梁承载力的提升比带普通RC楼板更强,其连梁试件PRC-S3的正向峰值荷载比不带楼板连梁PRC-NS1和带普通RC楼板连梁PRC-S2分别提升了31%和18%,但带楼板连梁在梁板交界处产生通缝之后连梁的刚度退化较为严重;带钢筋桁架楼承板的PRC连梁具有优越的耗能能力,在连梁跨度范围内均出现了显著的对角压杆,主压杆及其衍生压杆共同构成桁架作用来承受剪力;楼承板桁架上下弦钢筋以及连梁纵筋均在连梁根部位置出现应力集中,且连梁试件PRC-S3破坏点对应的累积耗能是不带楼板试件PRC-NS1的1.39倍。

武汉光谷高新大道桥钢塔制作关键技术

自21世纪初以来,我国已建成多座大型钢塔桥梁,其制作工艺及相关设备的研发及应用已日趋成熟。随着社会经济的发展,因钢塔具有景观效果良好、现场施工干扰小、工厂化制作等优点,在城市中小跨径桥梁建设中也得到了大量应用。以武汉光谷高新大道桥施工为背景,介绍该项目钢塔结构形式和结构特点,分析钢塔的制作难点,针对外壁板制作、钢塔节段制作、钢塔与横梁段固结、节段整体预拼装等关键技术进行了分析研究,解决了钢塔线形、节段匹配等精度控制难题,有效保证了钢塔的制造和安装质量。