波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

波纹钢结构高温压弯性态数值模拟与理论分析

通过建立有限元模型的方法,对波纹钢结构在高温下的压弯性态进行研究,并结合理论设计方法提出了波纹钢结构N-M-T(轴力-弯矩-温度)曲面。研究结果表明:波纹钢结构受力变形与破坏特征与常温时基本一致,但高温下结构的初始刚度和极限荷载均有所降低;温度低于500℃时,温度升高对波纹钢结构力学性能影响并不明显,超过500℃时结构力学性能迅速劣化;根据波纹钢结构截面(N,M,T)坐标点与N-M-T曲面的相对位置关系,可初步判断此时结构的安全性。

波纹钢厚度对复合结构损伤特性及抗爆性能的影响

为探究不同厚度波纹钢加固混凝土板的抗爆性能,采用FEM-SPH耦合方法建立接触爆炸荷载下波纹钢-混凝土板复合结构三维精细化数值仿真模型,对比分析爆炸试验模拟结果与试验结果;探究波纹钢厚度变化对复合结构动力响应、损伤演化特征及毁伤模式的影响,揭示复合结构中冲击波的传播机理,并对复合结构毁伤预测并评价。研究结果表明,波纹钢-混凝土板复合结构中混凝土板爆坑直径的模拟结果与试验结果高度吻合;复合结构中波纹钢跨中位移、峰值应力和应变随波纹钢厚度增加而减小,而能量吸收值随波纹钢厚度增加而增大;复合结构的损伤范围随波纹钢厚度增大逐渐缩小,其破坏模式为混凝土板的爆坑和贯穿破坏;预测公式可以很好地算出混凝土板爆坑直径和深度,复合结构抗爆性能随波纹钢厚度增加而提高。研究成果可为波纹钢-混凝土板复合结构在结构抗爆防护领域的应用提供理论基础。

梯形波纹钢明渠抗冻胀性能有限元模拟

为研究冻土环境中的梯形波纹钢明渠抗冻胀性能,建立了可精细模拟土-渠相互作用的实体-壳体三维空间有限元分析模型,提出了同时考虑含水率与温度的冻土弹性模量计算公式。通过考虑土体在不同月份的温度场变化,采用瞬态热传导模拟了实际升温、降温过程中的土-渠相互作用。合理考虑了含水率与温度对冻土弹性模量、冻胀系数、内摩擦角、黏聚力等本构参数的影响,研究了波纹钢明渠变形与应力的变化规律,分析对比了不同的土体类型与初始含水率、地下水埋深、横撑间距与截面尺寸、波纹钢壁厚与卷边宽度对变形和应力的影响。结果表明:波纹钢明渠可承受一定的水平冻胀作用;渠周土体初始含水率及地下水埋深对波纹钢明渠变形与应力的影响显著,当地下水位在波纹钢侧壁埋深的下半部分时尤为明显;为减小渠体变形,可采取在渠顶设置横向支撑、减小侧壁坡度、增大波纹钢壁厚或加宽卷边的措施,相比之下,前两种更为经济且有效,不过横撑规格需满足受压稳定性要求;设置横撑后,卷边可提供一定的侧向刚度;虽然加宽渠顶卷边对减小渠顶的横向变形有一定贡献,但在10~100 mm宽度范围内贡献不大;未设支撑的波纹钢明渠Mises应力整体低于钢材屈服强度,应力较大的部位多见于底边角部和底部位置,侧壁应力水平不高;设置横撑后,波纹钢渠体应力较大的部位由底部转移至侧壁及卷边,尤其在卷边与横撑的连接处,钢材可达到屈服状态。

CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点力学性能正交试验研究

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、顺纹向张开型断裂(TL断裂)、端部顺纹压溃、CFRP断裂和螺栓弯折等形式;节点在受力过程中没有明显屈服阶段,主要经历线弹性阶段、断裂失效过渡阶段和断裂失效阶段.通过正交参数分析得到不同因素对所提节点主要力学性能的影响程度及规律.结果表明:各因素对极限强度和延性的影响比对弹性刚度的影响显著,且波角和波高为主要影响因素.极限强度与波角负相关且随着波高的增大呈波动变化,延性与波角和波高负相关.

壁厚对波纹钢管涵受力与变形特征影响分析

以桐岳高速六标波纹管人行通道为工程背景,采用有限元数值模拟的方法,分析不同壁厚(5 mm,6 mm,7 mm,8 mm,9 mm)条件下拱形波纹钢涵洞受力及变形的特征。结果表明:壁厚的增加会整体降低管涵的应力;壁厚的增加对管涵侧面的应力变化控制效果要好于管涵顶部和底部区域;壁厚的增加可以减小波纹钢管涵的变形,当壁厚增加至一定的值时,减小的变形量较小;若仅考虑壁厚对结构的受力及变形这一影响因素,本工程中波纹钢管涵的较佳壁厚选择为7 mm。

火灾后波纹钢腹板组合梁力学性能研究

建立了波纹钢腹板组合梁全过程火灾下有限元分析模型,利用持荷情况下,经历火灾升-降温全过程作用后的波纹钢腹板组合梁力学性能试验结果验证了模型的合理性。采用验证后的有限元模型对影响组合梁火灾后力学性能的参数进行了研究,其中包括:升温时间、荷载比、剪跨比及材料强度。分析结果表明:全过程火灾后组合梁有受弯破坏和受剪破坏两种破坏模式,剪跨比为1.5时,组合梁发生受剪破坏;剪跨比为2.5和3.5时组合梁发生受弯破坏;火灾后波纹钢腹板组合梁剩余承载力与剪跨比、混凝土强度及外包钢梁屈服强度成正比,与升温时间、荷载比成反比;升温时间越长,荷载比对组合梁火灾后剩余承载力影响越显著。

装配式波纹钢综合管廊研究与应用现状

装配式波纹钢综合管廊因其质量轻、设计标准化、施工时间短、装配简单、绿色环保以及优越的工作性能等优点成为城市地下空间有效利用的热门趋势。为进一步了解装配式波纹钢综合管廊,对其结构和性能特点、施工工艺以及应用现状进行阐述。

摩擦摆支座对长联波纹钢腹板桥抗震性能的影响

通过分别建立采用摩擦摆支座与普通盆式支座的超长联波纹钢腹板连续梁桥全桥有限元模型,对比分析各自的自振特性、三组不同地震波激励下的桥梁上下部结构响应,探究摩擦摆支座对于超长联波纹钢腹板连续梁桥抗震性能的影响。分析表明:摩擦摆支座能够对桥梁结构发挥非常有效的减隔震作用,既能延长主梁结构的水平向自振周期,以改善上部结构抗震性能,又能对桥梁下部结构起到十分有效的减振作用;摩擦摆支座也会使主梁产生较大的顺桥向水平振动幅值与横桥向永久位移。

农村公路涵洞设计中波纹钢结构涵的设计研究

为解决农村公路涵洞设计中波纹钢结构涵的问题,提高波纹钢结构涵的承载能力和抗震性能,对其进行深入研究。首先,分析不同类型波纹钢结构涵的优缺点;其次,研究波纹钢结构涵的材料与选择;最后,从具体步骤、质量控制与监测、安全管理3个方面论述波纹钢结构涵的制造与装配过程,为农村公路涵洞设计提供参考。

双跨波纹钢拱桥力学性能的试验研究

本文研究了一座双跨13 m跨径波纹钢拱桥在静载和动载作用下的力学性能,静载测试了五种工况,动载测试了20 km/h、40 km/h、60 km/h和80 km/h四种车速。通过对截面应变、拱顶位移、动应变和内力分析,得出以下结论:双跨波纹钢拱桥的两跨会相互影响,当车辆作用于一跨时,该跨产生竖向和水平变形,水平变形会使土体挤压另一跨;测试的双跨波纹钢拱桥的轴力较大,不能被忽略,并且轴力大部分表现为拉力;路面结构层对波纹钢拱桥的整体性能有影响,发挥着类似减压板的功效,使整体受力更均匀,弯矩更小;拱顶应变在某一特定车速下达到最大值,车辆作用频率越接近结构自振频率,产生的动态响应越大;应变动力增大系数小于1。

波纹钢板-混凝土组合箱型桥梁的结构设计

为了探索波纹钢板-混凝土组合箱型结构设计思路,本文依托于某工程实例,系统地论述了波纹钢板-混凝土加劲肋的概念、应用技术和设计步骤。首先根据刚度等效原则将波纹钢板-混凝土加劲肋统一换算成钢板拱,然后建立有限元分析模型,求解结构内力,依据规范中的验算条件进行判别结构是否可靠,基础设计过程可参考相关公路桥梁规范。该结构的首次应用为桥梁工程提供一种新的结构方式,其工程经验可为相似工程提供参考。

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁,以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验,分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化,通过有限元软件对节点进行模拟,并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明:试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区,节点核心区域未发生明显破坏,实现了塑性铰的外移;试件滞回曲线饱满,等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀,传力效果良好,节点核心区未屈服,梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变,节点工作性能良好,能有效传递弯矩以及剪力。

装配式波纹钢结构连接部位轴压力学性能试验研究

为探索装配式波纹钢结构连接节点的轴压力学行为,以无节点构件作为对照组,以预紧力矩和螺栓间距作为参数变量,开展波纹板轴压试验,研究波纹钢构件螺栓节点受力性能及其对极限承载力的影响,分析构件破坏形态和承载力变化。建立有限元模型,将模拟的构件破坏形态和荷载-位移曲线与试验数据进行对比验证,总结了不同螺栓排数下的构件破坏形态,得到了波纹钢螺栓连接部位荷载-位移特征曲线。结果表明:栓接波纹钢构件破坏形式分为波纹板变形破坏和螺栓孔变形破坏两种;4排螺栓连接的波纹钢构件与无节点波纹钢构件破坏形态均为波纹板屈曲破坏;随着预紧力矩的增加,构件滑移荷载和构件承载力峰值不断提高,当超过标准力矩20%时,滑移平台消失;构件发生螺栓孔变形破坏时,荷载-位移曲线在峰值位置处延性较优;研究成果可为装配式波纹钢结构连接部位设计优化提供参考。

波纹钢腹板组合框架抗火性能研究

为深入认识波纹钢腹板组合框架这种新型装配式结构体系的耐火能力,对其抗火性能进行了有限元模拟和分析。考虑波纹钢腹板界面特征,建立了框架温度场和热力耦合分析模型,并验证了模型的合理性。分析了框架截面温度场分布特征,以及梁火灾荷载比、柱火灾荷载比、线刚度比、配筋率、耐火保护层对波纹钢腹板组合框架结构耐火性能的影响。研究结果表明:在火灾过程中,波纹钢腹板组合柱温度分布呈现梅花状;框架在火灾下的破坏模式主要为柱破坏,框架柱呈现C型弯曲破坏;柱轴压比、梁柱线刚度比、梁荷载比对框架的耐火极限存在不同程度的影响,而配筋率影响很小;工程中常用参数范围无耐火保护情况下,框架耐火极限一般小于60 min。研究结果可供此类结构抗火设计参考。

波纹钢制管廊与混凝土管廊受力性能的有限元分析研究

随着城市现代化的不断发展,由于地上占地有限,城市的一些管网、管线通过反复开挖路面、架空密集的线网来获取更大的空间,进而满足基础设施建设的需求。这些做法出现了“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等现象。为了解决影响市容市貌的现象,推广使用在地下空间敷设各种市政管线及管网的地下综合管廊。目前地下综合管廊采用较多的结构有波纹钢制管廊和混凝土结构管廊,两种管廊在承受荷载作用时,发生的作用有所区别,故有必要对两种结构进行分析对比研究。采用综合分析和有限元软件Abaqus模拟等方式,对波纹钢制管廊和混凝土管廊进行受力对比分析,研究两者的受力性能,为不同工程环境中选择适用于工程现状的管廊结构形式提供依据,实现节约成本,缩短工期的目的。

波纹钢加固盾构隧道结构破坏机制的足尺试验研究

文章以在具有9 cm收敛变形的盾构隧道上进行波纹钢加固为背景,对超载工况下波纹钢加固盾构隧道结构的力学性能进行了足尺试验研究。具体介绍了试验方案设计,提供了结构变形、界面剪切、界面剥离、波纹钢应变的发展情况和破坏过程等试验结果,并对加固结构的受力特点和破坏机制进行了分析。试验结果表明:波纹钢是一种有效的盾构隧道加固方法。在试验工况下能够承担4.5 m的上覆土增量荷载。波纹钢加固结构的主要破坏原因为波纹钢-管片粘结界面的破坏。界面破坏可分为界面剪切与界面剥离两种类型,均主要发生在转动变形较大的隧道顶部、腰部纵缝附近。

拼装式波纹钢衬砌结构法兰连接节点力学性能试验与数值分析

为研究暗挖衬砌中使用的波纹钢结构法兰连接节点的受力性能,设计对该类节点进行抗弯试验研究及数值分析。对法兰连接波纹钢试件、带有加强构件的试件与无连接钢板试件进行纯弯试验研究,监测各个试件在纯弯曲状态下的应变和变形,同时改变法兰板厚度与波纹板厚度两种参数,研究其对于连接节点承载能力的影响。运用有限元法对板件在试验工况下的响应进行模拟,改变法兰板厚度、螺栓预紧力及荷载方向以探究其对法兰板的响应。结果表明,构件的几何参数将导致节点破坏模式与承载能力的不同,相对较弱的构件将控制节点处的承载能力。所选用的两类加强方式均对构件的强度与刚度有较好的加强效果。有限元计算结果与试验结果吻合较好,法兰板厚度和螺栓预紧力均对节点的力学性能产生了一定影响。节点承受负弯矩状态下的刚度有所降低,约为承受正弯矩时刚度的50%~65%。

内置约束拉杆横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能研究

为探究约束拉杆对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,采用有限元软件ABAQUS数值仿真模拟和轴压试验分析了内置横向拉杆的横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压性能,通过对比分析了内置横向拉杆的数量对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的荷载-轴向应变曲线、延性、屈服荷载以及核心混凝土约束效应的影响规律。研究表明,内置横向拉杆能够增强对核心混凝土的约束效应,提高横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压承载力和延性。

波纹钢腹板钢箱组合梁动力特性及参数分析

为研究波纹钢腹板钢箱组合梁(steel box composite girder with corrugated steel web,SBCSW)这一新型结构的动力特性,结合兰州某SBCSW工程实例,以截面等效换算法为原则,采用有限元软件ABAQUS建立SBCSW、波纹钢腹板混凝土组合梁(concrete box composite girder with corrugated steel web,CBCSW)和混凝土箱梁(concrete box girder,CBG)的计算模型,对比研究3种截面类型组合梁的动力特性,并将有限元模拟结果与理论计算值进行对比,验证有限元模拟的精确性。选取组合梁的顶板厚度、腹板厚度和底板厚度为分析指标,以单片梁、简支梁、连续梁和刚构梁为分析对象,研究不同参数对不同类型SBCSW动力特性的影响,为SBCSW的设计及动力分析提供参考。