膨胀式自应力灌浆卡箍长期滑动承载力测试

考虑到灌浆收缩徐变的可能影响,对膨胀式自应力灌浆卡箍的长期滑动承载力进行了试验研究。结果表明,对比28天养护期试件,卡箍1年养护期试件的长期膨胀压力和长期滑动应力并没有下降,尤其长期滑动应力反而平均提高了30%多,经分析其主要原因在于膨胀剂中的氧化钙成分对灌浆长期密实性的提高以及卡箍结构对灌浆膨胀的良好限制作用。该试验表明膨胀式自应力灌浆卡箍具有良好的长期承载能力和耐久性,适合在海洋结构的水下修复加固中应用。

膨胀式自应力灌浆卡箍压力测定方法

膨胀式自应力灌浆卡箍中膨胀水泥环施加于受损内管表面的压力对该类型卡箍的滑动承载力有决定性的作用,因此测量卡箍中膨胀水泥环产生的压力对研究该类型卡箍的性能十分重要。介绍卡箍试件养护期间直接测量水泥膨胀导致的受损内管变形应变的方法以及膨胀压力的计算方法,该方法能够很好的祛除温度及垂直于应变花表面法向压力对测量结果的影响,准确地测定水泥膨胀过程中内管不同位置的应变变化。同时介绍通过测量卡箍螺栓的伸长间接测量膨胀水泥环对损伤内管表面平均压力的方法。试验表明在水泥浆中掺入FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间快速产生较大的径向压力,提高卡箍的滑动承载力。

膨胀式自应力灌浆卡箍滑动承载力试验研究

确定适当的膨胀剂类型及其掺量范围对于膨胀式自应力灌浆卡箍的工程应用具有重要意义。测试了三种不同类型的膨胀剂在不同掺量下卡箍试件产生的膨胀压力及相应的滑动应力,并对测试值进行了比较。试验结果表明在三种膨胀剂情形中,FEA膨胀剂能够在灌浆环与受损内管表面间产生较大的径向压力,且增加两者间的粘结强度,提高了卡箍的滑动应力,适宜在海洋结构的水下修复加固中应用。同时根据试验数据并基于现有的2个经验公式提出了适用于FEA膨胀剂的膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式,以用于指导相应的卡箍设计。

实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能测试

以中试研究的试验结果为基础,介绍了实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的测试情况。通过2个鞍板壁厚不同模型的膨胀压力和滑动应力的试验测试,表明实际尺寸样机承载性能的测试结果与小尺寸模型试验基本一致,15%膨胀剂掺量下的卡箍膨胀压力均超过1.8 MPa、滑动应力均超过2.5 MPa,实际尺寸卡箍样机仍然具有较高的承载性能,并且海试卡箍的滑动应力为2.56 MPa,达到了模型试验的水平。

膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究

膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构,由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态,在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用ABAQUS建模这种卡箍,构筑了三种灌浆本构关系模型,主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数,然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例,比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核,线弹性模型最保守,容易校核不合格,而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。研究结果可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。

膨胀式自应力灌浆卡箍与传统式的对比及其承载性能研究

本文把膨胀式自应力灌浆卡箍与传统式自应力灌浆卡箍进行了对比,然后对膨胀式卡箍的滑动应力经验公式和剩余承载力进行试验研究。对比管件表面喷砂状况下2种卡箍滑动应力经验公式发现,在相同预应力下(<3MPa范围),膨胀式卡箍的滑动应力明显大于传统式卡箍;增加测试了膨胀式卡箍管件表面喷丸状况下的滑动应力数据,拟合得到了滑动应力经验公式中的相关系数,该经验公式具有良好的准确性;试验发现膨胀式自应力灌浆卡箍在受损管件与灌浆环滑脱后仍有一定的剩余承载力,最大剩余承载力一般超过滑动承载力的70%。

载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑和防撬设计影响

传统的卡箍设计方法是通过建立海洋平台有限元模型并在强度分析基础上提取受损单元处完好时的最大载荷,将此载荷作为卡箍设计的初始条件。而卡箍实际承担的是平台安装上卡箍之后载荷重新分担下相应受损处承受的载荷,一般会比初始设计载荷大。着重研究载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑设计和防撬设计的影响,针对渤海湾中主要承受冰载荷作用的一个典型平台结构,提出了在线单元平台有限元模型上近似模拟卡箍的方法,提取载荷重新分担下的卡箍设计载荷进行了分析。结果表明载荷重新分担对卡箍防滑设计影响较小,但对防撬设计有着显著影响,并对此提出了在螺栓设计时增加螺栓预紧力安全系数的应对措施。

膨胀式自应力灌浆卡箍大尺寸模型的承载性能测试

为了推进膨胀式自应力灌浆卡箍技术的工程应用,本文进行了大尺寸卡箍模型的承载性能测试分析,主要通过内管表面多点的应变测试来分析灌浆环内表面的膨胀压力分布,通过测试螺栓拉力来分析灌浆环外表面的平均膨胀压力,最后利用"推出法"测定卡箍的滑动承载力,并结合膨胀压力分布情况进行分析。试验结果表明:灌浆环内表面膨胀压力在各个断面的分布是一样的,但断面不同位置膨胀压力的分布不均匀。由于灌浆环顶部存在空隙,造成了底部膨胀压力最大,两侧的压力较小,顶部是负压力。由螺栓拉力测试的灌浆环外表面平均膨胀压力理论推导出的内表面膨胀压力可以看出,内表面底部测试的膨胀压力比较符合推导值,侧部膨胀压力则偏小。滑动承载力测试时内管表面应变的数值大小也证实了膨胀压力的不均匀分布情况。另外该类型卡箍可以在灌浆后短时间(3~4d)内形成承载能力。