CFRP加固钢筋混凝土箱形梁在不同扭剪比作用下抗扭性能的试验研究

本文对碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土箱形梁在不同的扭剪比作用下进行抗扭性能的试验研究。根据不同的扭剪比(即0.958、1.597和2.556)将12片钢筋混凝土箱梁分为3组,每组中3片梁采用不同的CFRP加固方式,如U形条带加固和U形条带+纵向条带加固。试验结果表明,在极限荷载作用下,所有梁其裂缝的开裂角与扭剪比成正比,但当扭剪比为0.958时接近纯剪破坏下裂缝角度的45°角。试验中出现两种破坏模式:"CBS"中U形条带和部分"CBSL"在主裂缝处剥落和"1CBSL2"中纵向条带断裂,纵向条带对于箱梁的极限扭矩的提高具有一定的作用。对于加固效果,2层U形条带+纵向条带的粘压,使得加固梁的抗扭性能有最大限度的提升,其抗扭提高量:3CBSL2为76.2%,1CBSL2为55.2%,2CBSL2为46.9%,抗扭的提高量与扭剪比成反比,但对于仅采用U形条带加固的箱梁其抗扭承载力提高量最小,U形条带对箱梁的加固效果未能有显著的增强。从总的趋势来看扭转角与扭剪比成正比,扭剪比的增大使抗扭强度的增加量降低,其扭转角峰值却在增加,而抗扭强度并没有与扭转角成一定比例的关系。

压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明:在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。

配工字型钢混凝土梁的剪扭性能数值模拟分析

试验研究了4个配工字型钢混凝土梁试件和1个钢筋混凝土梁试件的剪扭性能,并用ABAQUS软件进行了数值模拟,分析了截面配钢率、混凝土强度、截面尺寸、箍筋间距对梁剪扭性能的影响。结果表明:模拟得到的扭矩-扭率曲线与试验值吻合较好;梁的极限扭矩随着截面配钢率的增大而增大,但当截面配钢率大于3.48%后,对极限扭矩的提高有限;随着混凝土强度的增加,梁的屈服扭矩和极限扭矩均增大,开裂扭率增大;梁的初始刚度、屈服扭矩、极限扭矩和延性均随着截面尺寸的增大而显著提升;提高截面配钢率和降低箍筋间距均可提升梁的延性。

新型扭剪型单边高强度螺栓的参数分析

通过轴向拉伸静力试验,研究套筒类型、螺栓头锥度等设计参数对新型扭剪型单边高强度螺栓抗拉承载力的影响.结果表明,新型扭剪型单边螺栓共呈现出4种破坏形态:安装时套筒拉脱、加载过程中套筒拉脱、加载过程中套筒剪断和安装时套筒剪断.在套筒类型相同的情况下,随着锥形螺栓头锥度增加,单边螺栓承载力降低;分体式套筒比一体式套筒具有更大的强度优势.新型扭剪型单边螺栓采用分体式套筒、25°锥度螺栓头时极限抗拉承载力最高,此型号M20新型扭剪型单边螺栓建议抗拉设计承载力为50kN.

橡胶砂液化特性的动扭剪试验研究

为研究橡胶砂的液化特性,在不同的橡胶质量掺量、循环应力比、相对密实度、频率和有效围压工况条件下对橡胶砂进行动扭剪试验,分析橡胶砂的动力剪切应力-应变关系、动弹性模量和阻尼比的发展趋势.结果表明:橡胶颗粒质量掺量越高,橡胶砂越不易液化,广义剪切应变越小,橡胶砂越不易破坏;在橡胶颗粒掺量一定的情况下,试样破坏周次随循环应力比增大而减少;相对密实度和有效围压增大时,试样的剪切应变降低、抗液化能力增强,而剪切频率增大时,抗液化能力减弱;随着剪切应变和橡胶颗粒掺量的增加,试样弹性模量逐渐降低,阻尼比逐渐增大.

剪扭复合作用下预制拼装混凝土桥干接缝抗剪强度分析

为研究剪扭复合作用对单键齿干接缝抗剪强度影响,本文结合实际预制拼装混凝土桥剪力键尺寸与形状,利用ABAQUS有限元软件对干接缝剪力键受剪扭复合作用直至失效过程进行分析;研究过程首先以已有学者剪力键纯剪切试验为对象,建立其有限元模型,对比文献可以得出:数值模拟与试验得到的接缝位置抗剪强度比值平均为0.94,且数值模拟中裂缝位置与试验裂缝出现位置较为接近,裂缝演化过程较好吻合;在此基础上采用相同方法建立新数值模型,并通过改变荷载作用位置对剪力键施加剪扭复合作用,结果表明:单键齿干接缝抗剪强度随荷载所产生扭转作用增大而减小,扭转对剪力键抗剪强度降低幅度影响显著,当键齿厚度为400 mm,荷载偏移距离为275 mm,荷载移动距离为键齿厚度1/1.45时,抗剪强度较受纯剪切荷载模型减少超过40%;对60个剪扭复合作用模型抗剪强度降低值线性回归,得到偏载距S与抗剪强度减少系数P之间关系为P=1.758×10^(-3)S-0.042,依此对美国AASHTO规范中干接缝抗剪承载力预测计算式提出修改建议;通过另建立8个设置不同参数的剪扭复合作用模型验证修正后计算式准确性与一般性,数值模拟与修正计算式得到的抗剪强度比值平均为1.01,最大为1.06。

采煤机截割部扭矩轴卸荷槽半径对其扭剪强度的影响

针对南沟煤矿MG300/710-WD型采煤机截割部扭矩轴工作时存在过载保护不灵、憋坏电机的问题,借助ansys有限元仿真软件,开展了卸荷槽圆弧半径对扭矩轴最大剪切应力的影响研究。结果表明,扭矩轴的最大剪应力数值随卸荷槽圆弧半径的增大而增大。借助Matlab分析软件拟合得到了扭矩轴最大剪切应力和卸荷槽圆弧半径关系式,经仿真验证了关系式的准确性,为扭矩轴的设计和改进工作提供了技术支撑。

混凝土结构设计中框架梁抗剪扭截面不足的原因及解决方案探讨

框架梁抗剪扭截面不足是混凝土结构设计中建模计算阶段十分常见的问题,一些结构设计人员常常在这个问题上反复调整,耗时耗力;而另一些人采用的点铰法虽快速简便,但其合理性存在争议。文章通过对框架梁抗剪扭截面不足问题出现的原因进行探讨,提出几种解决方法,并分析各个方法的优势与局限,为结构工程师工作效率的提高提供参考。

弯矩、剪力对预应力混凝土构件抗扭强度的影响

模拟一系列预应力混凝土弯剪扭构件，用修正斜压场理论计算各构件的抗扭强度，从而分析扭弯比、扭剪比对构件抗扭强度的影响。

砂土剪切模量测定的弯曲元、共振柱和循环扭剪试验

利用弯曲元、共振柱和循环扭剪试验联合测定了不同围压和密实度条件下干砂的小应变剪切模量,研究了弯曲元试验中输出信号的特性和各种信号分析方法确定剪切波传播时间的可靠性,并对比了不同试验的结果。研究结果表明,在共振柱试验时,需要考虑系统刚度对试验结果的影响,特别当试样刚度较大时。弯曲元输出信号中最先到达的是近场效应,其初始极化方向跟剪切波相反。近场效应随着输入频率的增加有一定程度的减小,但不会消失。实际试验中建议输入频率不断增加,直至输出信号比较稳定。值得注意的是,剪切初达波的振幅可能远小于后续振动,因此容易造成初达波的误判。时域初达波法能比较可靠准确地确定剪切波的传播时间,波峰法、交互相关法和交互功率法结果均随输入频率有较大波动,不能可靠地确定剪切波的传播时间。对比试验表明,弯曲元、共振柱和循环扭剪试验确定小应变剪切模量对细砂和粗砂均吻合良好,初步表明砂土粒径对不同试验方法结果的一致性没有影响。

交通动载下饱和软黏土累计变形的不排水循环扭剪试验

饱和软土地基上长期往复交通动载将诱发显著的路基运营沉降。交通移动荷载下场地应力路径下呈现心形旋转路径,然而现有路基长期运营沉降分析是建立在循环三轴试验基础上,忽略交通移动荷载下地基土单元主应力轴的旋转效应。利用动态空心圆柱扭剪仪模拟心形循环加载路径,并在动态空心圆柱仪上模拟了传统的循环三轴加载路径。对饱和软黏土开展试验研究,对比观察一系列心形循环加载和三轴循环的不排水累计变形行为。试验研究发现,心形循环加载将诱发更大的累计轴向应变和累计孔压,伴随着初始动应力比的增加,二者差异性更为明显。循环加载过程有效动应力比随着循环次数而增大,循环增量破坏时对应的有效动应力比近似为常数。大数目循环加载下,传统塑性安定行为可渐变为循环塑性蠕变状态。

岩石空心圆柱扭剪试验系统研制

针对深部工程岩体开挖时围岩内部应力状态复杂变化的特点,研制了可实现主应力量值变化和应力主轴旋转等复杂应力路径的岩石空心圆柱扭剪试验系统,可用于开展复杂应力作用下岩石的强度、变形和破坏形态的室内试验研究。介绍了该试验系统的基本结构、工作原理及技术参数。该试验系统具有如下特点:(1)通过利用空心圆柱试样与上、下压头的特点,克服了岩石试样扭矩施加的技术困难,将施加轴向力和扭矩的两个加载轴合二为一,彻底解决了轴向力加载与扭矩施加机构之间相互影响的技术难题。(2)通过采用新型自平衡加载三轴室,实现了轴向力、扭矩、内围压和外围压4种荷载的独立施加和控制。(3)采用应力与流量的加载控制方式,并通过软件集成,实现了主应力量值改变和应力主轴旋转耦合应力路径的准确模拟以及加载过程的稳定控制。(4)该试验系统结构简单,功能多样,操作方便。采用该试验系统进行了初步试验,验证了试验系统的可行性与实用性,表明该试验系统具有实现应力主轴旋转及主应力量值改变的复杂应力路径的功能。

动扭剪试验中砂土液化后流动特性分析

土体在初始液化后仍然可能承受动荷载作用发生大变形。引入流体力学中的剪应变率和表观黏度的概念,对振动扭剪试验中饱和砂土液化后的流动特性进行了分析。分析中将砂土的状态分为0有效应力状态和非0有效应力状态。结果表明,砂土在0有效应力状态下表现出与静扭剪试验类似的"剪切稀化"非牛顿流体的特征,表观黏度随着剪应变率的增大而减小。加载周数对"剪切稀化"状态下的剪应变率幅值有影响,随着加载周数的增加,剪应变率幅值逐渐增大,而对流动曲线的形状没有影响。在非0有效应力状态下,砂土的表观黏度随应变的增大而增大,随孔压比的减小而增大,且所有的试验得到的表观黏度与孔压比具有一致关系。

四向振动空心圆柱扭剪仪模拟主应力轴旋转应力路径能力分析

主应力轴旋转对土体的动力特性有着显著影响。利用GDS动态空心圆柱扭剪仪(HCA)能够实现内围压、外围压、轴力和扭矩四向动态加载的功能,提出了3种主应力方向变化的应力路径加载方式,分析了3种应力路径在实际工程中的应用,并进行了试验验证。当四向动载根据推导的波形函数加载时,可以实现:1平均主应力p、中主应力系数b和偏应力q保持恒定,主应力轴循环旋转的应力路径;2平均应力p和中主应力系数b保持不变,偏应力q循环变化,而主应力方向角?=90°突变的应力路径;3平均主应力p、中主应力系数b保持不变,偏应力q、主应力方向角α连续变化的应力路径。应力路径1为模拟海洋波浪荷载作用下的应力路径试验提供了理论依据,应力路径2可用于模拟不同方向地震荷载的作用,应力路径3可以模拟波浪荷载作用下桩周土体的应力路径以及交通荷载作用下的应力路径。

扭剪荷载作用下桶形基础与土相互作用机理模型试验

基于室内模型试验分析方法,研究不同长径比的桶形基础结构在扭剪荷载作用下的破坏机理.结果表明:模型试验与数值计算结果吻合较好;随着扭剪荷载施加量的增大,桶形基础旋转角度不断增加,两者近似直线变化;荷载量急剧变化,旋转角度增幅迟缓;当扭剪荷载达到某一值时,荷载量增加缓慢,旋转角度急剧变化,两者近似直线变化.研究结果还表明:桶体内、外壁土压力分布均为对称形式,并且桶体内壁土压力大小由桶顶部向底部逐渐增大,桶体外壁土压力基本相同;桶形基础在扭剪荷载作用下,地基底部形成圆环剪切破坏,桶体周围以桶轴线为中心,产生旋转剪切变形,逐渐向周围扩散.

扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的弹塑性有限元数值分析

针对均质软黏土地基上扭剪荷载作用下桶形基础的破坏包络面,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析.通过比较系统的数值计算与分析,分别考察了V-T、H-T、V-H-T空间内桶形基础的地基破坏模式以及破坏包络面特性,进而推导了其破坏包络面的拟合数学表达式.由此表明:(1)桶形基础在扭剪荷载作用下,以桶体中心为圆心,形成圆形塑性区,并且不断地向外扩展,距离桶体越近的区域塑性应变相对较为显著;(2)V-T、H-T空间内桶形基础的承载力性能随着桶体长径比(L/D)的增大而提高;(3)推导的破坏包络面拟合数学表达形式,可以近似地表达桶形基础的承载性能,以此评价扭剪荷载作用下桶形基础的稳定性.

双剪统一强度研究的扭剪试验应力路径与控制

双剪统一强度理论在π平面上的极限线为多条直线构成的折线,形式简单,应用方便。为了证实材料强度极限线的形状,需要采用复杂应力的试验设备,试验揭示材料在复杂应力条件下的强度特性。在双剪统一强度理论的指导下,结合空心扭剪试验的应力控制条件,推导了采用扭剪试验设备来进行双剪强度试验研究的应力计算公式,提出了相应的应力路径设计与控制方程。

岩石空心圆柱扭剪仪试验能力

针对自行研制的岩石空心圆柱扭剪仪可独立控制4个加载参数(轴力、扭力、内围压和外围压)的功能,通过数学和力学分析,系统地整理出几种易于实现且符合实际工程的应力路径及加载方式:在轴力与内围压满足一定关系的前提下,可以获取岩石的抗拉强度,提供一种新型测量岩石抗拉强度的方法;通过控制内外围压及轴力,可以进行常规三轴试验与真三轴试验,克服了现阶段岩石真三轴试验中试验装置复杂、试样加载面摩擦大的缺点;在轴力与内、外围压分别满足一定关系时,可以分别实现平均应力p不变与中主应力系数b不变的应力路径,用于研究应力主轴旋转对岩石力学性质的影响。上述应力路径的实现对岩石力学性质的研究以及现阶段岩石室内试验的发展具有重要意义。