CFRP布加固无腹筋混凝土梁的抗剪作用试验研究

对12根几何相似的CFRP加固无腹筋钢筋混凝土简支梁进行剪切破坏试验,分析梁深、配纤率对梁剪切破坏模式与失效机制的影响,获得了CFRP条带的全过程应变分布情况,讨论梁深和CFRP配纤率对CFRP条带抗剪贡献的定量影响,进而提出CFRP抗剪贡献的计算公式,并与试验结果及规范计算结果等进行对比分析。结果表明,梁深对CFRP布抗剪贡献影响明显,即梁深增大时,CFRP布名义抗剪强度显著降低。梁高由300 mm变化至1200 mm时,CFRP名义抗剪强度下降约50%,具有明显的尺寸效应;不同尺寸下,CFRP布名义抗剪强度均随着配纤率的增大而增大,但名义抗剪强度增大幅度随着配纤率的增大而减小,呈现出非线性增长趋势;建立的CFRP抗剪承载力计算公式能较准确地预测不同配纤率及截面尺寸下的CFRP抗剪承载能力。

钢板混凝土墙-钢筋混凝土楼板连接节点抗剪性能

模块化技术正在推动新一代核电厂的设计和发展,兼具优良工作性能和工业化施工性能的钢板混凝土(SC)结构在模块化结构具有广泛应用前景。SC墙-RC楼板连接节点作为SC模块结构与RC结构之间的典型传力构件,其结构设计必须既要保证荷载的有效传递,又要考虑模块化施工的可行性。为研究SC墙-RC楼板连接节点抗剪性能,设计并完成了2个“薄墙厚板型”SC墙-RC楼板连接节点循环加载试验,包括GB/T 51340—2018建议的钢筋连接器连接、附加抗剪键等两种连接方式。试验结果表明:在剪跨比1.50下试件均发生RC楼板弯剪破坏,节点主要传力破坏路径为加载端至楼板根部的斜压杆区域,说明节点结合面不配置抗剪键仍满足抗剪要求;试验过程中,直螺纹钢筋套筒无滑脱、未发生钢筋或焊缝拉断,延性系数均大于4,说明钢筋连接器连接的传力性能良好,可作为SC墙-RC楼板连接节点的有效连接方式;该节点核心区仍属于抗剪薄弱区域,若要满足“全强度连接”设计准则,核心区对拉筋体积含钢率应不低于0.59%。

基于机器学习的农田土壤抗剪强度参数检测方法研究

土壤抗剪强度参数包括粘聚力和内摩擦角,是评价土壤侵蚀敏感性和反映耕层耕作性能的重要指标。为实现农田土壤抗剪切强度参数的快速检测,提出了一种基于机器学习的土壤抗剪切强度参数检测方法。以STM32单片机为核心处理器,采用圆锥杆、滚珠丝杆滑台、三角支架等构建土壤数据采集装置,利用DYMH-103柱式压力传感器和FlexiForce薄膜传感器分别检测圆锥杆贯入土壤的锥尖阻力和锥侧压力,采用CSF11土壤水分传感器获取土壤含水率信息,通过多传感器数据特征向量提取构建建模数据集。数据集相关性分析结果表明:土壤抗剪强度参数与锥尖阻力、锥侧压力和土壤含水率之间具有明显相关性。利用蒙特卡罗交叉验证(Monte Carlo Cross Validation,MCCV)剔除了数据集中的4个异常样本;同时,提出了一种ELM-PLSR组合建模算法,以决定系数R^(2)和RPD为评价指标,对比评估了ELM、PLSR和ELM-PLSR 3种不同机器学习模型,结果表明:ELM-PLSR模型预测性能优于ELM模型和PLSR模型;检测粘聚力时,对应的R^(2)、RPD分别为0.919和3.475;检测内摩擦角时,对应的R 2和RPD分别为0.910和3.304。研究结果可为土壤抗剪强度参数快速测量提供参考。

基于直剪试验土石混合体路基的稳定性问题研究

某市为推动经济发展,制定了高速公路修建计划,为满足公路修建用料的巨大需求,特使用分布广泛的土石混合体作为高速公路的填料。但是土石混合体因其不均匀性,各向异性,使得工程力学特性复杂,难以琢磨,对其建筑的公路路基的强度和稳定性缺乏足够的认识。清楚地掌握土石混填路基的强度和变形的影响机理和因素,对指导现场施工具有重大意义。基于此,通过现场取样,采用室内直剪试验和数值模拟相结合的方式,分析验证土石混合体的物理和力学特性及路基的稳定性问题。

两种结构类型的走滑相关剪断裂带

里德尔剪切是走滑带的典型构造样式,但近年来发现的很多剪断裂带中的剪断裂组合样式与经典里德尔剪切不同。在这些剪断裂带中,剪断裂的排列方式与两盘位移方向性质相同,即左阶左行或右阶右行,被称为同阶行剪断裂,其叠合部位具有离散性质。基于库伦破裂准则,认为这些剪断裂带是在双剪切带夹持的断夹块上发育的。在双剪切作用下,最大主应力迹线方向上将产生2组共轭势剪破裂,在递进变形过程中,与最大剪应力(主走滑方向)成小锐夹角的剪破裂将优先得到发展,而与最大剪应力成大锐夹角的剪破裂将受到抑制而被限制在前者之间,形成一种不同于经典里德尔剪切组合样式的新型剪断裂带。这种类型的剪断裂带发育离散型叠合带,对成藏成矿具有重要意义。

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。

预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

纤维织物增强高延性混凝土加固RC短柱抗剪性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土短柱的抗剪性能,设计了6根钢筋混凝土柱,包括2个对比柱和4个TR-HDC加固柱.通过低周反复荷载试验,对比分析剪跨比、纤维织物层数对试件破坏形态、变形、承载力和耗能能力的影响.结果表明:采用TR-HDC加固钢筋混凝土短柱,可显著提高其抗剪承载力;TR-HDC与原混凝土柱协同工作性能良好,加固后的混凝土柱的变形、承载力和耗能能力明显提高;增加纤维织物的层数对钢筋混凝土短柱的抗剪承载力提高幅度较小,但可大幅增强柱的耗能和变形能力;剪跨比较大时,更有利于发挥TR-HDC加固材料的力学性能.基于桁架-拱模型,提出TR-HDC加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力计算方法,计算结果较准确.

预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁受剪性能

将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁,再与整体现浇的混凝土板组合成的组合梁,称为预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁(PUCS-MCS组合梁)。它是一种能充分发挥不同材料的性能、施工方便且整体性能好的新型桥梁结构。为探究其抗剪性能,开展了9根模型梁的试验。分析了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件变形、破坏模式、抗剪承载力的影响;基于试验研究结果,提出了PUCS-MCS组合梁抗剪承载力计算方法。结果表明:PUCS-MCS组合梁均为剪压破坏,所有梁在开裂前的荷载-挠度曲线差异不大,在开裂后刚度不断下降;PUCS-MCS组合梁的抗剪承载力随接缝处剪力键数、UHPC钢纤维掺量、配箍率和纵筋率的增大而增大,随干接缝数量增加和剪跨比的增大而减小,其中影响最显著的是干接缝和剪力键,影响最小的是钢纤维掺量和配箍率,因此PUCS-MCS组合梁可不配箍筋,并可采用较低钢纤维掺量的UHPC。

冻融作用下冰碛体剪切特性与围岩压力研究

冰碛体是由冰川作用搬运大量碎屑物质堆积形成的特殊岩土体。受赋存的地理及气候条件影响,冻融作用会对穿越该类围岩的隧道尤其是洞口段的工程建设带来挑战。笔者调研了中国西藏地区冰碛体围岩地质条件,设置冻融循环直剪试验研究了冻融循环次数与含水率对冻结冰碛体的力学特性和力学指标影响,引入冻融次数与含水率综合参数K,拟合得出黏聚力c公式。结果表明:冻融循环和含水率对冰碛体黏聚力c有较大影响。改进了太沙基理论,提出了适用于冰碛体围岩隧道洞口段的围岩压力计算公式。以昌林铁路某隧道为例,计算不同条件下的围岩压力,验证了公式的合理性。研究发现:冻融循环和含水率是影响冰碛体力学性能变化的重要因素,冻融作用对洞口段隧道围岩压力有不同程度的影响,在工程建设中应充分考虑。

复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临界状态与剪胀性方面,对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上,提出该领域呈现如下发展态势:①通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析,能够促进粗粒料本构理论的发展进步;②结合应力路径试验中的应力变形规律研究,可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展,从而体现强度与变形问题的统一;③采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性,能够耦合应力状态与孔隙比,尽量避免“一种材料,多组参数”。研究结果表明状态参量和应力路径相结合的方法,使得粗粒料的力学特性研究更加具有科学性和系统性。

非对称集中荷载下无腹筋RC梁受剪性能试验研究

非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁具有两个不同的剪跨比,而两剪跨段受剪承载力与剪力作用之间的相对大小存在不确定性.通过开展6根非对称和4根对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁受剪性能试验研究,获取了破坏形态、荷载-跨中位移曲线和纵向受拉钢筋应变,并分析了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式、修正压力场理论、基于截面应变分析的抗剪模型和Zsutty统计公式的适用性.结果表明,对于小剪跨比恒为1.0的无腹筋简支梁,大剪跨比为2.0~4.0的梁均在大剪跨段发生剪切破坏;当大剪跨比由3.0增大至3.5时,梁的极限承载力出现由大剪跨段控制转变为小剪跨段控制的现象《.混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)预测非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁发生剪切破坏的位置与试验结果相反,而Zsutty统计公式的预测效果最好.

钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗剪试验研究

目的为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗剪性能,方法对4根倒置组合梁试件通过三点加载方式进行了静载试验,通过研究其负弯矩作用下的破坏形态及变形特征,得到了组合梁的荷载-挠度曲线、应变分布、荷载-滑移曲线、最终破坏形态等。结果试验研究结果表明:UHPC翼板显著提升了组合梁的变形能力和极限承载力;相较于试件SUCB-3(NC翼板),试件SUCB-1(1/2UHPC翼板和SUCB-4(全UHPC翼板))的承载力分别提高了18.2%和27.3%,变形能力则分别增强了38.02%和41.2%;钢纤维的添加能有效地抑制翼板裂缝的开展,钢纤维掺量从0提高到2%,试件的最大裂缝宽度从1.06 mm降低到0.92 mm,变形能力增强了23.61%,承载力则提高了4%。结论提出了考虑钢箱、UHPC翼板和充填混凝土贡献的组合梁抗剪承载力计算公式。

L形内置钢板混凝土组合剪力墙抗剪性能分析

为揭示L形内置钢板混凝土组合剪力墙的工作机理并提出其抗剪承载力计算公式,首先建立了非线性有限元模型,并通过试验结果进行了验证。在此基础上研究了高宽比、轴压比、钢板厚度、混凝土强度、翼缘长度等参数对剪力墙抗剪性能的影响。最后,提出了剪力墙的抗剪承载力计算公式。结果表明:剪力墙在受力过程中,腹板是主要受力构件;随着高宽比的减小,剪力墙的抗剪承载力和初始抗侧刚度增大;随着轴压比的增大,剪力墙的抗剪承载力增大,但当轴压比超过0.5时,抗剪承载力开始降低;将所提出的剪力墙抗剪承载力计算公式与现有的计算公式相比,计算结果误差较小,可以为工程应用提供参考。

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.

氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能试验

为探究氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能,开展干湿循环(0 d、60 d和120 d)不同沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)的单搭接拉伸剪切试验,研究失效模式和断裂能的变化及影响最大剪应力的因素,结合试验结果推导了考虑干湿循环的界面黏结滑移本构方程,并通过数值模拟验证其有效性。结果表明:随干湿循环进行,表面开槽法失效模式由CFRP断裂破坏转变为剥离破坏;120 d界面断裂能下降量较未开槽法减少60.04%~69.42%;正梯形组120 d最大剪应力相比其他表面开槽形状提升7.18%~9.48%。表面开槽法在氯盐干湿循环作用下具有较好的抗剪性能,建立的界面本构劣化方程适用于氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面黏结性能的分析和模拟。

干湿循环下木质素改良粉土抗剪强度特性

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验,研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明:掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能;一定干湿循环次数下,改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低,内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变;当木质素掺量为8%时,改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低,当木质素掺量为0时,纯土试样经过1次干湿循环即崩解,强度损失率为100%;当木质素掺量为8%时,改良土的强度损失率最低,黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明,木质素掺量为8%时,石英、方解石、白云石含量最高,黏土矿物含量较高,钠长石含量最低,这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示,当木质素掺量为8%时,改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。

单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。