间断焊接包管加固圆钢管构件轴压极限承载力研究

为研究间断焊接包管加固杆件的轴心受压性能,设计了13组试件进行单调加载静力试验。对试件极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和截面应变发展规律进行分析,对比了负载加固与非负载加固对试件极限承载力的影响。结果表明:包管构件的破坏模式可分为整体失稳破坏和内管外伸段强度破坏;包管构件内外管协同工作、共同受力,内管和外管都在屈服后发生整体失稳破坏;负载加固与非负载加固试件的极限承载力基本一致,相差2.2%,非负载加固试件与未加固试件相比,极限承载力最大提高了479.9%。根据试验结果对包管构件的ABAQUS有限元模型进行修正,并用该模型分析了各主要影响因素对包管构件极限承载力的影响规律。提出了包管构件极限承载力经验计算公式,且公式计算结果与试验结果吻合较好。

轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩的受压承载力

基于结构抗震韧性设计理念,提出一种可更换部件的钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩,以改善高墩桥梁的抗震性能。为明确新型组合高墩的正截面承载力,开展了轴心和偏心受压试验,获得其轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-应变曲线和破坏模式。以验证后的有限元模型为基础进行参数分析,探讨荷载偏心率、高墩长细比、软钢板厚度对新型组合高墩受压承载力的影响。研究结果表明:新型组合高墩在轴心和偏心受压下均产生了明显的面内整体弯曲变形,破坏模式均为整体弹塑性失稳破坏。偏心受压试件的承载力随偏心率或长细比的增大呈明显下降趋势,且两者的影响近似相互独立,当偏心率由0增至0.54时,承载力最大降低了约49%;当长细比由4增至79时,承载力最大降低了约38%。软钢板厚度由1 mm增加至10 mm,轴压承载力最大仅提高约9.5%,偏压承载力最大可提高约25%。将新型组合高墩简化为平腹杆格构柱,考虑软钢板对柱肢和钢系梁的约束作用,建立了新型组合高墩轴压承载力的计算公式。采用稳定系数和偏心率折减系数相乘得到承载力总折减系数,得到偏压承载力计算公式。该文建立的实用计算公式的计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好,可用于新型组合高墩的正截面受压承载力计算。

基于试验数据库的UHPC梁抗剪承载力计算方法

为研究钢筋UHPC梁的抗剪承载力计算方法,首先,建立了钢筋UHPC梁的抗剪试验数据库;然后,以此为基础对法国NF P18—710规范、瑞士SIA 2052指南、日本JSCE—2006指南、GB 50010—2010规范、JGJ/T 465—2019规范和DBJ 43/T 325—2017规程中的抗剪承载力计算公式进行评估和分析;最后,修正了法国NF P18—710规范的抗剪承载力公式。研究结果表明:各规范公式均不同程度地保守估计了钢筋UHPC梁的抗剪承载力,其中无腹筋UHPC梁的各规范ξ_(m)为1.71~2.71,有腹筋UHPC梁的各规范ξ_(m)为1.52~2.09;国外规范中,法国NF P18—710规范的ξ_(m)分别为1.52~1.71,预测结果误差最小且安全储备较合理;与法国NF P18—710规范预测结果相比,瑞士SIA 2052指南的ξ_(m)为1.70~1.95,预测结果更为保守;日本JSCE—2006指南对于无腹筋UHPC梁预测结果与法国NF P18—710规范相比较为接近,而对于有腹筋梁预测结果偏差较大;国内规范中,GB 50010—2010规范的预测结果最为保守,ξ_(m)为2.13~2.71;JGJ/T 465—2019规范和DBJ 43/T 325—2017规程在GB 50010—2010规范基础上考虑了钢纤维对抗剪承载力的影响,预测精度有所提高。其中,JGJ/T 465—2019规范的ξ_(m)为1.59~1.74,DBJ 43/T 325—2017规程的ξ_(m)为1.66~1.81。基于规范计算模型误差分析,提出了考虑剪跨比影响的UHPC基体抗剪承载力系数和考虑钢纤维影响的钢纤维抗剪承载力系数的取值方法,修正了法国NF P18—710规范的抗剪承载力计算公式,可较好地预测钢筋UHPC梁的抗剪承载力。

带预应力UHPC华夫桥面板抗弯性能试验研究

为研究钢纤维类型、预应力筋等因素对UHPC华夫桥面板力学性能的影响,以北京亦庄文昌桥为背景进行抗弯试验研究。设计制作了4组板肋梁试件,对比分析钢纤维类型(直线型、端钩型)、预应力筋等因素对试件破坏模式、裂缝发展以及抗弯承载力等性能的影响,并基于美国《UHPC华夫板设计指南》,提出考虑预应力筋的华夫桥面板抗弯承载力计算公式。结果表明:底部纵向受拉筋的屈服是试件进入破坏阶段的特征之一,试件最终为适筋梁受弯破坏;设置预应力筋能一定程度提升试件的强度和延性,并能有效增加初裂缝附近UHPC的应变;设置预应力筋能明显改善试件的耐久性,而且钢纤维为直线型时提升效果比端钩型更显著;提出的抗弯承载力计算值与试验值吻合较好,能准确计算UHPC华夫桥面板的抗弯承载力。

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能分析

由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能进行模拟分析。分析结果表明,空间钢构架对混凝土梁的斜截面受剪承载力有利,随着剪跨比的减小、配箍特征值的增大其斜截面受剪承载力提高。基于已有的试验研究和模拟分析,采用极限平衡原理,考虑空间钢构架的有利作用,建立空间钢构架混凝土梁抗剪承载力的计算公式,公式的计算值与试验值吻合较好,可以作为空间钢构架混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。

钢筋混凝土柱压弯承载力与刚度实用计算方法

为研究框架柱的压弯承载力与压弯刚度,通过建立三维实体有限元模型,在与拟静力试验结果验证较好的基础上,进一步建立了162根足尺钢筋混凝土柱有限元模型算例进行参数分析,探讨了各参数对柱的承载力、刚度的影响,提出了参数影响下的柱承载力、刚度实用计算公式。结果表明:当轴压比≤0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力增大,当轴压比>0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能有效的增大柱的压弯峰值承载力,且提高纵筋配筋率的效果更好;当轴压比≤0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度增大,当轴压比>0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能增大柱的弹性刚度;提出的实用计算公式可较准确地反映有限元结果,可为实际工程中框架柱的设计作一定的参考。

不同截面钢管混凝土长柱承载力的统一算法

为了研究不同截面钢管混凝土长柱的承载力计算方法,收集了391个不同截面形式的钢管混凝土长柱承载力试验结果,对其承载力进行计算,通过对比试验结果发现规范承载力计算方法具有较高的准确性,但离散性较大,偏于不安全。现基于截面形式、套箍系数、相对偏心率和长细比等参数对规范承载力计算方法影响的研究,提出了适用于不同截面形式钢管混凝土长柱的承载力计算公式,利用该公式得到的承载力计算值与试验值比值的平均值为0.938,方差为0.025,计算结果的离散性较小,非保守估计数据点比例较低,仅为23.08%,计算结果更安全,该计算公式可供工程设计人员参考。

重组竹格栅式条形基础承载力计算方法研究

重组竹作为一种新兴的绿色建筑材料,以其绿色环保、轻质高强、耐腐蚀和易加工装配等优点成为广大学者的研究重点,以重组竹作为结构承重构件的项目不断落地.针对村镇建筑低荷载和低层数的特点,提出一种以重组竹为材料,适用于上部结构形式为竹木结构的格栅式条形基础,并对其开展结构选型和优化设计.开展了砂土地基中基础底面开孔率为0和24%的格栅式条形基础的土工离心机模型试验,揭示了基础底面开孔对地基极限承载力、基底压力和土体附加应力的影响规律.试验结果表明,基础底面开孔对极限承载力和基底压力的分布影响显著,但对土体附加应力的分布无明显影响.通过有限元计算方法模拟了砂土中格栅式条形基础的竖向承载特性,并且有限元计算得到的荷载-位移曲线和基底压力分布规律与离心机模型试验值结果吻合良好,证明了有限元方法的正确性.采用经验证的有限元方法对不同开孔率下格栅式条形基础的承载性能进行了系统研究,计算得到了不同密实度砂土地基中不同开孔率的格栅式条形基础的地基极限承载力,并与太沙基极限承载力计算结果进行了对比,引入开孔率概念,得到考虑开孔影响的格栅式条形基础的地基极限承载力计算方法.

钢-UHPC组合梁纵向抗剪性能试验研究

钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的纵向抗剪性能严重影响组合梁的正常使用和结构安全性。为探究钢-UHPC组合梁的纵向抗剪性能,完善钢-UHPC组合梁中UHPC板的纵向抗剪承载能力计算公式,对2个钢-UHPC组合梁试件展开了四点弯曲试验,通过试验观测得到该组合梁的开裂损伤模式、荷载-挠度曲线、钢-混界面滑移发展等结构行为。在试验研究的基础上,基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型建立了该组合梁的有限元模型,通过将有限元模拟得到的荷载-挠度曲线与试验得到的结果对比,证明了该有限元模型的正确性。基于该数值模型,通过参数分析确定了UHPC板中斜压杆发展角度,给出了斜压杆发展角度的拟合公式。基于传统的钢筋混凝土拉压杆理论,考虑UHPC抗拉强度,修正了钢-UHPC组合梁纵向抗剪承载能力计算公式。结果表明:布置纵向双排栓钉的钢-UHPC组合梁,UHPC板纵向剪切裂缝呈八字形延伸发展,其裂缝发展形式与相同栓钉布置方式的普通混凝土板相似;钢-混凝土组合梁采用UHPC翼缘板,拉-压杆模型中压杆与拉杆的承载力均得到提高,能有效提高混凝土板纵向抗剪承载能力;通过与数值结果对比,证明修正的钢-UHPC组合梁的纵向抗剪承载力计算公式具有良好的精度。

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。

基于坝前淤积厚度的淤地坝拦沙量计算方法

淤地坝是黄土高原水土流失严重地区的主要水土保持工程措施之一,准确计算淤地坝的拦沙量,对预测未来黄河输沙量、确定新时期黄河治理开发方略等具有重要意义。为探索更精确、实用的淤地坝拦沙量计算方法,基于收集到的典型淤地坝设计文件中的库容曲线数据和实测淤积资料等,通过点绘淤地坝库容曲线(即库容V与坝高H关系曲线)和函数拟合,分区(黄土丘陵沟壑区各副区和黄土高塬沟壑区)建立了基于坝前淤积厚度的拦沙量计算公式。研究表明:黄土高原地区淤地坝库容曲线符合幂函数关系,对35座典型淤地坝按幂函数V=aHb进行拟合,确定系数R2均在0.9400以上,式中系数a与指数b成负相关的对数函数关系且a、b值可由淤地坝总坝高、总库容来确定;分区建立的淤地坝拦沙量计算公式,确定系数R2均在0.8800及以上,用20座有设计资料的淤地坝对建立的拦沙量计算公式进行验证,最大误差在30%以内、平均误差为4.22%,能够满足淤地坝拦沙量估算的精度要求。

软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandtl计算式的改进

软土地区,应用Prandtl地基承载力计算式验算墙底抗隆起稳定性安全系数存在两个问题:一是不能反映随着围护体插入深度的增加,墙底抗隆起稳定性安全系数也随之增大;二是不能体现基坑宽度对墙底抗隆起稳定性安全系数的影响。本文在分析基坑开挖卸荷与应用Prandtl公式计算地基承载力的力学边界条件差异的基础上,认为现有的Prandtl计算式不足以反映基坑隆起破坏滑动模式;依据极限平衡计算原理,提出考虑围护体墙底以上基坑内外两侧土体抗剪作用的改进计算模式。按基坑宽深比为3的标准划分宽、窄基坑,并分别给出宽窄基坑抗隆起稳定性安全系数计算式。通过工程实例计算表明:本文提出的改进公式与成功实施的工程实例安全状况相符,能解释在软土地区随着围护体插入比的增大,基坑抗隆起稳定性得到提高的规律;按照宽窄基坑划分,可以合理计算窄基坑的抗隆起稳定性安全系数。本文研究结果可有助于软土地区基坑抗隆起稳定性计算评价和基坑围护结构的优化设计,也有待于进一步理论研究的补充完善和工程实践的验证。

桁架式钢骨混凝土框架节点受剪性能试验研究

为研究轴压比以及配钢率对桁架式钢骨混凝土框架节点受剪性能的影响,制作了5个核心区剪切破坏的桁架式钢骨混凝土框架中节点,研究不同轴压比和用钢量对节点极限承载力、抗震性能及破坏形态的影响。基于有限元软件ABAQUS,对5个桁架式钢骨混凝土框架节点模型开展了力学性能分析。结果表明:所有构件的破坏形态全部为核心区剪切破坏;提高轴压比对于构件的极限承载力有积极作用,但会使其耗能能力和延性降低;节点核心区配置交叉斜腹杆角钢可提高构件的极限承载能力以及抗震性能;通过分析参数可得,提高轴压比以及混凝土抗压强度、增加核心区交叉斜腹杆的尺寸并且提高其屈服强度都会提高节点的极限承载力;推导了桁架式钢骨混凝土框架节点的抗剪承载力计算公式,经验证计算值与实测值和模拟值相近,可为工程设计提供理论参考。

新型板桁架组合梁承载力分析

为研究新型板桁架组合梁的承载力与挠度设计方法,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限承载力计算公式。利用有限元软件对混凝土强度、混凝土板厚度、混凝土板宽、压成型钢板厚度、下弦杆截面积、梁高等设计参数进行研究,验证了承载力公式的适用性,并讨论不同参数对于极限承载力的影响。将板桁架组合梁挠度等效为空腹虚拟梁的弯剪变形挠度和虚拟桁架梁剪切变形挠度,在虚功原理基础上推导出挠度计算公式,并利用有限元方法与挠度计算公式进行对比分析,结果表明:极限承载力计算公式、挠度公式与有限元实测值拟合程度良好,验证了公式的准确性与适用性;混凝土板宽度、混凝土强度、梁高、下弦杆截面积、混凝土板厚度对极限承载力影响较大,各参数增加一倍,板桁架组合梁极限承载力分别提高28%、32.7%、35%、41.4%、47.6%;压成型钢板厚度对极限承载力影响几乎忽略不计。

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,研究了工字钢参数变化对内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能影响。结果表明,有限元模型建立准确;当含钢率小于34%时,纵向放置工字钢腹板厚度参数变化对局压承载力影响较大;当含钢率大于34%时,横向放置工字钢翼缘厚度参数变化对局压承载力影响较大;对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,纵向放置工字钢宽度参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过模拟结果验证,所提公式计算承载力与模拟承载力比值为0.86~1.06,计算结果较为准确。

自升式钻井平台拔桩阻力预测的数值计算方法

自升式钻井平台完成钻井作业后,需要进行拔桩操作。历史上发生的多起自升式平台拔桩事故都与在特定地质条件和入泥深度下平台的拔桩能力评价相关,而其中拔桩阻力预测的偏差是重要的因素。文中分析自升式平台拔桩阻力的影响因素,用通用有限元软件Abaqus对拔桩过程进行数值计算,实现对拔桩过程中桩土相互作用、孔隙水与桩周土体的流固耦合作用及桩周土体的重新回落、淤积、固结等的数值模拟,得到拔桩过程中桩周土体的变形、破坏等运动规律,进而得出平台在特定孔位、特定入泥深度下的拔桩阻力。数值分析与规范公式计算的结果对比发现,公式计算所得结果偏大,主要是因为公式计算将各部分阻力(桩靴底部吸附力、桩靴侧面摩擦阻力、桩靴上部覆土的重力和桩侧土体的剪切破坏力)取最大值相加所得,而实际过程中各部分拔桩阻力并非同时达到最大值。文中的数值计算方法弥补了现有公式计算的不足,为进一步评定平台拔桩能力及结构强度的设计提供一种较为准确的计算方法。

PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究

由于采用了不同的PBL试件,考虑了不同的影响因素,国内外现有的PBL剪力键承载力计算公式差异较大。本文设计、制作了20组不同的PBL试件共59个,完成了极限承载力试验,研究分析了各种因素对PBL键承载力的影响,并在此基础上提出了PBL键承载力计算公式。结果表明,影响PBL键极限承载力的主要因素是钢板孔洞大小、贯通钢筋的大小和强度、混凝土强度和箍筋强弱;其次是每个试件的孔洞个数和贯通钢筋个数以及试件尺寸等。本文提出的PBL键承载力计算公式较全面地考虑了上述各主要因素,物理意义明确,与其他公式相比,其计算结果和本文的试验结果最为吻合。该公式可用于PBL键的设计计算。

混合配筋预应力混凝土管桩抗剪性能试验研究

通过开展7根混合配筋预应力混凝土管桩和3根预应力混凝土管桩的抗剪性能试验,对比了两种预应力混凝土管桩的抗剪承载力,分析了非预应力钢筋和轴压力对抗剪承载力的影响。试验结果表明:配置非预应力钢筋提高了预应力混凝土管桩的抗剪承载力和抗剪刚度,施加轴压力可以明显提高预应力混凝土管桩的抗剪承载力。针对试验试件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在试验与有限元分析结果的基础上,提出了修正的抗剪承载力计算公式,可以为混合配筋预应力混凝土管桩技术规程的编制工作提供依据。