钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究

冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制,对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验,基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟,探讨了冲击能量和构件参数(拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度)对RC梁冲击后剩余承载性能的影响,基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式,分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明:RC梁冲击接触局部区域混凝土破损,跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝;随着冲击能量的增大,梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降,受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度,而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力,但其冲击后承载力下降比例也越大,混凝土强度对于受冲击损伤的RC梁剩余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。

砂土中单桩竖向抗压承载机制的离散元分析

将单桩视为平面问题,采用二维离散单元法分析了砂土中单桩竖向抗压承载机制。首先利用离散元模拟地基的形成、挖孔灌注桩的成桩过程以及地基土的双轴压缩试验;然后通过离散元模拟单桩竖向抗压静载试验,分析其承载机制。结果表明:随着桩的沉降增大,桩端阻力一直增大,桩侧摩阻力先增大后达到稳定值;单位桩长侧摩阻力从桩顶到桩端呈非线性增长趋势;当荷载达到桩的极限承载力时,桩端发生刺入破坏,导致桩侧与桩端附近土体的转动场梯度、应力场梯度增大,主应力发生大角度旋转。

渠坡上基桩的水平承载机制试验研究

南水北调中线工程建设中,交通桥和生产桥的支承结构大部分坐落在两侧渠坡上;运行期间的荷载(特别是水平荷载)通过桥墩和承台传到置于渠坡的桩基础上,在一定的深度范围内将产生桩、土分离及不均匀沉降,拉裂基础与渠坡结构层的结合,影响渠道的防渗效果。为了采取有效的防治措施,需要掌握渠坡斜面上基桩的变形机制。作为研究环节之一,通过物理模型试验研究了渠坡上基桩的水平承载机制,结果表明:基桩处在渠坡上的抗变形能力要比处在水平地基上的抗变形能力弱,水平承载能力比基桩处在水平地基上的要小。

城市生态系统承载机制定量研究——以长江三角洲为例

城市生态系统是自然 -社会 -经济复合生态系统 ,探讨其内部各要素的相互作用机制对于实施可持续发展战略、建设生态城市具有理论指导意义。本文尝试将自然生态系统承载力理论扩展到城市生态系统 ,以分析其内部诸要素间的相互作用机制 ,提出了城市生态系统承载机制的水桶模型。采用层次分析法构建了城市生态系统承载机制定量评估模型 ,并以长江三角洲具有代表性的八城市为操作对象进行了研究。案例结果表明 ,长三角八城市的综合承载指数排序由大到小依次为 :无锡、南京、杭州、上海、常州、宁波、苏州、扬州。

竖向荷载下GRF承载机制数值模拟研究

岩土加固基础(geo-reinforcement foundation,简称GRF)是一种新型岩土增强型桩基础,其承载机制目前尚未明确。通过建立GRF的三维非线性模型,并考虑地基中的桩-土接触、锚杆-土接触效应,利用岩土专业计算软件FLAC3D,分析研究了GRF桩土变形以及土体屈服特性、桩身轴力变化规律、侧阻力和端阻力的变化规律。数值计算结果表明:GRF更能调动桩周土体来承载,其侧阻力、端阻力、极限承载力均大于等直径桩;由于锚杆作用,GRF的桩身轴力在锚杆附近出现"台阶式"突降;锚杆作用的发挥与桩顶位移密切相关,只有在桩顶产生一定位移条件下,锚杆才能发挥其承载作用,且土体在锚杆上部形成松弛区,在锚杆下部形成压密区;锚杆随桩体向下移动,与桩体相互作用,锚杆下部及锚杆附近桩体内会产生拉应力。研究结果为GRF在工程中推广应用奠定了一定的理论基础,对设计GRF有一定的参考价值。

扩底桩桩端承载机制初探

桩端承载力是扩底桩承载力的主要组成部分,如何定性、定量地评价其承载机制是扩底桩设计的关键。通过扩底桩的模型试验,对扩底桩桩端承载机制进行了探讨分析,得出了以下结果:扩底桩承载力的大小受桩端阻力的发挥程度控制。扩底桩桩端承载力和桩周摩阻力发挥的不同步程度要比非扩底桩的显著。扩底桩桩端极限破坏形状与非扩底桩的不同,类似于逆向的锚板基础破坏形状。由于扩底部的存在,使得桩端地基承载力强度有所下降;在扩底桩桩端承载力设计计算时,必须进行因扩底引起桩端承载力降低的修正。

城市生态系统承载机制初步研究

文章分析了城市生态系统组成、结构及功能流,立足于资源承载力、环境承载力的角度,探讨了城市生态系统内部资源、环境对人类社会经济活动的承载约束机制,从城市生态系统客观存在性、弹性与扩展性、递阶性及相对性等方面,总结了城市生态系统承载机制的特点,在建立承载机制评价指标框架的基础上,初步提出了承载机制的定量研究方法。

城市生态可承载机制研究

文章在研究城市生态承载力基本概念的基础上,通过对城市发展经典Logistic模型的改进,研究了城市在不同承载力支持下的城市生态可承载机制。

浸油碳化物衍生碳润滑涂层的承载机制研究

采用高温氯化处理工艺在碳化硅表面制备了具有多孔结构的碳化物衍生碳涂层（CDC）,考察了浸油（聚a烯烃,PAO）对CDC涂层承载性能的影响.结果表明：在低载（〈5 N）下,浸油前后涂层的摩擦磨损性能相当,随着载荷的增加,尤其是在中等载荷（~10 N）下,浸油涂层的摩擦性能变差,表现为较大的摩擦系数与磨损.分析认为CDC涂层的孔洞被PAO填充,其孔壁在摩擦过程中受到载荷应力与液压的双重作用而破碎,是导致浸油CDC涂层磨损加剧,承载能力大大降低的主要原因.

五星形桩截面尺寸优化及竖向承载机制试验研究

五星形混凝土桩是一种新型截面异形桩,由圆截面均匀内切5个圆弧形成,其截面参数主要有被切割圆半径R、切割圆半径r、切割圆弧所对应的外包圆圆心角2x、外包圆弧对应圆心角θ。经截面尺寸优化分析,推导出周长最大化五星形桩和周长面积比最大化五星形桩。为进一步掌握五星形桩承载性能,以砂雨法制作土样,在干砂中进行了4根单桩对比模型试验研究,4根单桩为:周长面积比最大化五星形桩F_2、周长最大化五星形桩F_1、与F_2等截面周长圆桩C_1、与F_2等截面面积圆桩C_2。试验结果表明:与F_1相比,F_2的桩侧表面积与其相近,极限承载力大致相同,但F_2混凝土用量是F_1混凝土用量的0.75倍,单位体积混凝土承载力更高,F_2为最优的截面尺寸;与等截面面积小圆桩C_2相比,F_2桩侧表面积是其1.53倍,极限承载力是其2.4倍,显示出在相同混凝土用量下五星形桩F_2具有良好的承载性能,截面异性扩大效应明显;与相同截面周长的大圆桩C_1相比,F_2桩截面面积是其0.44倍,极限承载力是其0.96倍,但F_2桩单位体积混凝土承载力是C_1桩的2.21倍,显示出更高的承载性价比。各级荷载作用下五星形桩侧摩阻力所占比例在80%以上,特别是F_2桩,在90%以上,表现出摩擦桩的特性。研究成果可对五星形桩的工程应用提供一定理论支持。

盾构工作井水泥加固土承载机制试验研究

通过考虑不同水泥掺量、不同围压等试验条件下的固结不排水三轴试验,研究了盾构始发和接收端粘性加固土和砂性加固土力学性质,并根据试验结果对两者加固土承载机制进行了分析,研究结果表明:(1)无论原状土土性如何,水化物的存在使得加固土的应力-应变曲线由原状土的硬化型向软化型转变,且曲线阶段性明显;(2)加固土偏应力峰值由摩擦分量和粘结分量组成,当A_w>5%时,以粘结分量为主,反之则以摩擦分量为主;(3)粘性加固土和砂性加固土两者虽原状土土性不同,但水化物粘结的存在,使得两者的力学性质和承载机制基本类似,但两者应力应变曲线的软化程度不同。

青藏高原碎石土地基混凝土承台式螺旋锚基础原位载荷试验及承载机制分析

螺旋锚是一种施工高效、环保的基础,为支撑其在青藏高原架空输电工程中的应用,揭示碎石土地基螺旋锚基础抗拔承载机制,开展了不同安装角度、不同锚盘个数的单个螺旋锚基础轴向上拔,以及浅埋承台式螺旋锚群锚基础斜向上拔的原位载荷试验。试验结果表明:单个螺旋锚基础竖向上拔荷载-位移关系曲线介于陡降型与直线型之间,主要发生锚盘上部土体局部剪切破坏而进入承载极限状态,呈现深基础承载特性;螺旋锚竖向倾斜角度越大则其轴向抗拔极限承载力越小,但加载初期倾斜角度对承载性能的影响不明显,锚盘越多则承载力越大;浅埋承台式螺旋锚群锚基础在斜拉荷载作用下承台和螺旋锚均发挥了一定的抗拔和抗倾覆作用,其中竖向位移20mm时浅埋承台因与地基相互作用而先期进入极限状态,随后主要由螺旋锚继续抵抗基础顶部增量荷载作用,另外群锚主要通过对承台的不均匀作用力来抵抗倾覆力矩。

胶州市生态系统承载机制及实证研究

本文立足于城市生态系统的结构与功能,探讨了系统内部资源、环境对人类社会经济活动的承载机制,总结了城市生态系统承载机制的特点,认为城市生态系统承载机制具有客观存在性、阈值性、相对性等特点,并从城市生态系统压力水平、约束水平、支撑水平等角度构建相应的定量研究指标体系,运用主成份分析法,提出了城市生态系统资源承载指数、环境约束指数以及综合承载指数。

非埋式桩板结构路基承载机制

为了研究深厚湿陷性黄土地基非埋式桩板结构路基的承载机制,选取试验段典型断面进行元器件布置与长期观测;考虑桩土相互作用,依据等刚度的原则引入综合转动刚度的概念,建立了纵、横向平面分析模型,对非埋式桩板结构的受力与变形特性进行测试分析。实测结果表明:结构主筋应力测试值与理论值相差10%～30%,吻合较好,最大值出现在托梁支座断面上侧,为60.60MPa;桩侧土体承受约95%的荷载,且未产生负摩阻力;桩板结构的荷载传递规律与传统路基不同,桩基将荷载传递到更深的持力层,改善了路基软弱土体部分的受力状态;轨道结构完工半年后,承台板顶面最大累计沉降出现在中跨跨中断面,为1.0mm,满足沉降控制要求。

隧道式锚碇承载机制的室内模型试验探究

为揭示隧道式锚碇的承载机制,探究加载过程中锚碇及周围岩体的力学响应规律,依托绿枝江大桥隧道锚工程,开展隧道锚1∶100室内三维地质力学模型试验。通过有效模拟散索鞍、主缆散股、预应力管道、钢绞线、等传力构件,真实地还原了隧道式锚碇的传力路径和特征。通过分析从加载到破坏过程中锚–岩界面压力,围岩应力、变形响应,揭示出隧道式锚碇抗拔承载过程的时空演化机制,并在分析深部岩体位移峰值点迁移规律和表观裂纹扩展过程的基础上,预测隧道式锚碇的破坏形态。主要结论有:(1)从加载到破坏过程中,锚–岩界面应力呈无响应(0～5P)–弹性增长(5P～13P)–加速增长(13P～19P)–迅速衰减(21P～23P)的阶段性特征;(2)自加载至破坏过程中,锚塞体是由后向前、逐层挤压上覆岩体,由近及远、逐步调动周围岩体联合承载的;(3) 5P荷载前,锚塞体和围岩基本无变形,5P～13P荷载下,锚体和围岩位移低速线性增长,13P～21P荷载下,锚体和围岩位移均加速增长且锚体位移增长速度大于岩体,23P荷载下岩体损伤严重,锚体因克服岩体束缚被拔出;(4)隧道锚表观裂纹是在锚塞体、围岩的位移加速增长后才产生,极限荷载下形成的网状破裂区为:拱顶以上50cm、洞底以下35 cm、墙左墙右各35 cm,隧道式锚碇最终的破坏形态为不对称的喇叭状。

悬索桥重力式锚碇结构-地基联合承载机制

基于普宣高速公路宣威岸重力式锚碇工程,设计了不回填无预应力、不回填有预应力和回填有预应力3种计算工况,利用数值仿真试验分析了重力式锚碇和地基的力学机制和破坏模式。承载机制表明:8倍设计荷载之前没有塑性变形,为弹性工作状态,最大变形在锚岩界面,摩擦效应居主导,基底拉应力区可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于稳定可控状态;12倍设计荷载之后塑性区逐步扩展,达到20倍设计荷载时全部贯通,基底塑性变形明显,锚碇结构变形显著,基底夹持岩体剪切破坏,夹持效应居主导,基底拉应力区不可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于不可控状态;锚碇施加的预应力只在结构-岩基协调变形之前起作用,之后影响不大;回填可以极大地改善基底应力状态与结构扭转变形、抗滑移和抗倾覆稳定性,可在容许变形范围内适当考虑增强效应。可见,重力式锚碇结构-地基协调变形与联合承载机制,表现为摩擦效应、夹持效应和回填效应的综合作用。监测结果显示:通过基底拉应力和压应力监控结构与地基接触面安全性,监测值小于地基容许承载力3MPa;通过基底变位和地基深部水平位移监控结构抗滑移稳定性,实际工程监测值小于1mm;通过角点不均匀沉降监控锚碇抗倾覆稳定性,倾斜值小于0.006;通过大体积混凝土温控监测可知,内部最高温度小于60℃,进出水温差小于15℃,内表温差小于20℃,峰后降温速率小于3℃·d^(-1);锚束锁固荷载监测变化幅值不超过设计值的5%。

冲钻孔灌注桩承载机制和承载力解答研究

首先对快速和慢速灌注混凝土的情况及其与承载力关系的力学机制进行分析,认为在其他条件相同情况下,快速灌注混凝土情况对应于桩基础承载力的上界,实际施工的混凝土灌注速度介于研究中定义的快与慢之间,所以其承载力也介于这两者之间。其次,对于快速灌注混凝土的情况,桩孔壁土体受处于流态的混凝土法向分布压力作用,其凝固并达到设计强度后的承载性能与法向分布压力大小直接相关,并以此定义桩土作用的力学模型位移和应力边界条件和求解方法。最后,应用变分理论求解桩土作用在桩周土体中形成的应力场和界面的法向压力,求解桩土作用界面上的极限摩阻力,从而求得冲钻孔灌注桩的理论极限承载力和桩身轴力,并结合现有超长灌注桩的桩身轴力实测资料,验证本文分析方法和求解结果的合理性。

自升式钻井平台桩靴贯入饱和砂土的机制研究

为研究桩靴贯入饱和砂土的承载机制以及桩靴周围砂土变形机理,开展桩靴的抗压承载土工模型试验以及桩靴-土体相互作用的透明土试验,测得了桩靴荷载-沉降变化规律、桩靴周围砂土的位移向量场和等值线图,初步探讨了桩靴贯入饱和砂土时的承载机制与桩靴周围砂土变形机理。基于圆孔扩张理论及分段位移迭代算法,推导出静载作用下桩靴荷载-沉降变化规律;与试验结果的对比发现:计算误差约为11.7%。通过浅应变路径法(SSPM)计算得到桩靴周围土体位移理论值;与试验结果对比发现:计算误差在16.7%~26.3%。

基于数值仿真的重力式锚碇承载机制研究

为了研究悬索桥重力式锚碇承载机制,并保障重力式锚碇承载安全。依托某大桥重力锚工程,在Flac3D软件平台,采用重力式锚碇三维数值加载试验,计算有无齿坎和是否回填等条件对于重力式锚碇承载性能、基底应力变化、位移发展以及塑性区发展的影响,分析齿坎和回填覆土在重力式锚碇承载过程中的作用,结果表明:平底不回填工况的极限承载力约为8P (P代表设计缆力),平底回填工况极限承载力约为12P,齿坎不回填工况极限承载力约为12P,齿坎回填工况极限承载力约为16P。齿坎能够改善锚碇的受力状态,明显提高锚碇的极限承载能力。回填不仅可以提高锚碇的承载性能,还可以有效抑制锚碇位移的发展。重力式锚碇通过齿坎和回填土的约束作用能够充分调动基础和围岩联合承载,安全性能显著提高。平底锚碇主要依靠基底摩擦承载,塑性区仅在锚碇底部发展,最终破坏模式表现为滑移失稳;齿坎锚碇在荷载初期依靠摩擦承载,随着荷载的增加,齿坎调动岩体联合承载的效应逐渐发挥,塑性区的变化表现为荷载初期塑性区在锚碇底部发展,大荷载作用下锚碇齿坎处岩体则开始逐渐进入塑性,最终破坏模式为齿坎附近岩体的剪切破坏和锚碇的倾覆破坏。

地下洞室围岩顶拱承载力学机制及稳定拱设计方法

受枢纽布置和地形地质条件的限制,三峡工程地下厂房布置于右岸白岩尖山体中,主厂房洞室上覆岩体最薄处仅1倍厂房跨度,显然不满足现行规范关于上覆岩体厚度不小于2倍开挖宽度的要求。对于这类浅埋式的大跨度高边墙地下厂房,在上覆岩体厚度有限及一定初始应力条件下,洞室顶拱的稳定性是必须解决的首要技术问题。从岩体结构、岩体强度和地应力水平对围岩稳定性控制的角度出发,通过对地下厂房洞室围岩顶拱承载力学机制的研究,提出地下洞室岩体稳定拱的定义及其存在的力学条件,给出地下洞室岩体稳定拱的确定方法,分析采用地下洞室岩体稳定拱确定上覆岩体厚度的可行性,形成一套确定浅埋式地下厂房洞室埋置深度的稳定拱设计方法。研究结果表明,三峡工程地下厂房顶拱围岩具备形成稳定拱的埋深条件和水平应力等条件,形成稳定拱的最小埋深约为2/3倍洞跨,在上覆岩体中形成稳定拱的最小水平侧压系数应大于1.5,而最大水平侧压系数不宜高于3.0。据此进行主厂房顶拱设计,多年的应用成效显示,地下厂房顶拱围岩是稳定安全的,表明三峡工程地下厂房顶拱在既定的围岩强度、岩体结构以及初始地应力水平等条件下,采用稳定拱设计方法确定洞室上覆岩体厚度是合适、可靠的,能够保障洞室围岩稳定,满足工程安全的要求,可为解决大型浅埋洞室的设计提供理论基础和科学依据。