腐蚀-荷载耦合作用下耐候桥梁钢及其焊接节点性能劣化研究进展

耐候钢以其可免涂装使用的优越性被广泛应用于桥梁工程,并且是我国钢桥领域将来一段时间大力发展的重要方向。近年来,随着耐候桥梁钢的广泛应用,耐候钢桥焊接节点的腐蚀与疲劳断裂问题也日益突出,这在一定程度上严重影响了耐候钢桥服役性能。因此,迫切需要开展耐候桥梁钢焊接节点腐蚀力学行为与性能劣化预测方法的研究。基于桥梁实际服役工况,耐候钢往往会受到腐蚀-荷载的耦合作用,故全面系统研究腐蚀环境与荷载耦合作用下耐候桥梁钢焊接节点腐蚀行为,量化导致其力学性能劣化的应力腐蚀损伤与疲劳损伤显得尤为重要。通过分析评价国内外关于耐候钢及其焊接节点腐蚀力学行为、腐蚀演化过程模拟与力学性能劣化评估方法的研究现状,建议了针对耐候桥梁钢及其焊接节点性能研究亟待解决的问题,同时介绍了当前的研究新进展,为耐候钢桥相关研究工作的开展指明了方向,旨在消除我国桥梁设计与建设单位对于耐候钢长期性能所存的疑虑,推动耐候桥梁钢在全国规模化应用进程,为今后我国耐候钢桥建设和维护发挥更积极的作用。

水-荷载耦合作用下沥青路面孔隙水压力研究

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期损坏的主要原因之一.基于饱和多孔介质理论通过轴对称有限元的瞬态动力分析,计算得到饱和沥青路面内部孔隙水压力的时程变化;分析不同渗透性、车速和荷载条件下的孔隙水压力变化规律.结果表明,荷载的动态作用导致沥青路面内部的孔隙水压力具有波动性质;正负孔隙水压力的循环作用是沥青膜破坏的主要诱因;路面内部存水时,高速、重载将加速沥青路面性能衰减.

考虑温度与荷载耦合作用的连续配筋混凝土复合式路面损伤分析

连续配筋混凝土路面的裂缝形态和分布模式是影响路面路用性能和寿命周期的重要因素。本文采用通用有限元软件建立了CRCP+AC的复合式路面模型,并用混凝土损伤塑性模型表征CRCP面板的力学特性。通过对路面结构温度场的分析,得到沥青面层与CRCP面板厚度比的临界值为0.15,达到或超过这一临界厚度比值,沥青面层改善CRCP面板温度状况的作用才会发挥明显。在此基础上进一步分析了复合式路面在温度与荷载耦合作用下,CRCP面板结构损伤的演化规律以及裂缝张开闭合的行为特征。研究结果可以为CRCP+AC复合式路面的设计以及施工过程中的裂缝控制提供理论依据与借鉴。

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。

水-荷载耦合作用下沥青混合料性能变化分析

传统的水对沥青混合料性能影响的研究主要集中在水稳定性上,而对水作用下沥青材料的长期性能研究较少。为此,首先进行了水、温、荷载综合作用下的沥青混合料耐久性能的室内试验设计;而后采用该方法对设计的沥青混合料进行了性能评价。研究结果表明:相应的试验设计在一定程度上模拟了实际沥青路面的水、温、荷载作用状况;水、温的动态作用使得沥青材料的使用寿命发生明显衰减;重载条件下,水-荷载的耦合作用对沥青路面使用寿命的衰减作用更加明显。

腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形研究

为探究腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形规律,对钢-混凝土组合梁进行腐蚀与荷载耦合作用225d的长期性能试验,考虑不同加载龄期、栓钉锈蚀率对钢-混凝土组合梁界面相对滑移和长期挠度的影响。研究结果表明:在腐蚀与荷载耦合作用下,栓钉锈蚀率越高,组合梁的界面相对滑移及长期挠度也越大;长期挠度增长与混凝土徐变发展规律类似,与混凝土加载龄期7d的组合梁相比,混凝土加载龄期28d的组合梁长期挠度较小;基于龄期调整的有效模量法和应力重分布原理,考虑组合梁由混凝土收缩徐变和栓钉锈蚀引起的附加挠度,提出栓钉锈蚀条件下组合梁的长期挠度计算公式;组合梁长期挠度理论计算值与实测值吻合较好,可为工程实际运用提供参考。

盐冻融-荷载耦合作用下高性能混凝土试验及损伤模型研究

通过对掺加粉煤灰、硅粉及矿渣的高性能混凝土在盐冻融-荷载耦合作用下的试验研究,提出了考虑多因素作用下混凝土疲劳损伤度模型。试验结果表明:荷载显著的影响盐冻融循环次数和破坏形态;不同应力状态下混凝土试件的质量变化率无明显差别。质量损失率是反映盐冻融-荷载耦合循环次数的主要参数,而相对动弹性模量是反映荷载影响的主要参数。提出的盐冻融-荷载耦合作用下的混凝土损伤度模型,可以反映出混凝土所受应力、相对动弹性模量、混凝土抗拉强度及循环次数对损伤度的影响。当耦合影响因子β接近零时,混凝土趋近疲劳寿命;所预测的损伤特性与实际损伤情况符合较好。

老化-荷载耦合下叠层轮胎隔震垫的竖向力学性能

为研究叠层轮胎隔震支座(Scrap tire rubber pads,STP)在老化与不同荷载耦合下的轴压性能,选取180 mm×180 mm×69 mm的6层STP,利用老化试验箱和加载模具在100℃恒温及4 MPa、5 MPa、6 MPa作用下分别对试件进行77 h、154 h、231 h、308 h加速老化试验,对比试验前后加载模具力、试件外观、竖向极限压应力、竖向刚度和竖向变形性能的变化,得到它们随老化时间的变化规律。同时,在考虑老化前后STP竖向力学性能稳定性的基础上,建议选取5 MPa为最佳设计压应力。最后提出了STP的轴压破坏准则,修正了适用于叠层轮胎隔震垫的竖向变形性能公式。

冷热−荷载耦合下锂渣混凝土梁的受弯承载力

为研究静载与冷热循环共同作用下锂渣混凝土梁的损伤机理和抗弯性能,对4组不同冷热循环次数(0、100、300)和静载水平(0、0.2、0.35)组合下的锂渣混凝土梁开展了抗弯加载试验。此外,基于轴心抗压试验得到的锂渣混凝土本构模型,通过对梁截面的受力分析,提出了冷热-荷载耦合下锂渣混凝土梁的受弯承载力计算公式。将公式所计算的结果同实测值对照,发现公式的计算结果均小于实测值,故在安全储备范围之内,可为大温差地区锂渣混凝土矩形截面梁受弯承载力的计算提供参考依据。

老化-荷载耦合下废旧叠层轮胎隔震垫力学性能研究

为研究老化-荷载耦合作用下废旧叠层轮胎隔震垫(STP)的力学性能,选取废旧的四季胎制作15组规格为180mm×180mm×69mm的6层STP,其中3组为对照组,其余12组STP置于老化温度100℃及荷载5MPa的条件下进行77、154、231、308h的加速老化试验;对试件进行竖向力学性能试验和拟静力试验,分析老化时间对STP的竖向刚度、水平等效刚度、滞回曲线、骨架曲线、屈服刚度和等效阻尼比的影响,并将废旧轮胎隔震体系中STP(无卡槽STP)和新型村镇墙下隔震体系中STP(有卡槽STP)的力学性能进行对比分析。结果表明:STP的竖向刚度随老化时间的增加而增大;随着老化时间的增加,STP的滞回环面积均呈现先增加后减小的趋势,有卡槽STP滞回环面积均高于无卡槽STP滞回环面积;有卡槽和无卡槽STP的等效阻尼比随着老化时间的增加呈先减小后增大的规律;有卡槽STP的水平等效刚度和屈服刚度均高于无卡槽STP,随着老化时间的增加有卡槽STP的水平等效刚度和屈服刚度均高于初始值,说明老化后的有卡槽STP的力学性能稳定,能明显提高基础的隔震性能。

水-荷载耦合作用下的沥青路面车辙变形分析

为探究水-荷载耦合作用下的沥青路面车辙变形特点。基于Biot理论,运用有限元数值模拟方法,对比分析水-荷载耦合作用与单独荷载作用下的沥青路面车辙变形规律。分析结果表明:水-荷载耦合作用下的沥青路面车辙变形量及变形速率低于单独荷载作用,密闭于沥青路面联通空隙内部的水一定程度上有助于沥青路面的抗变形能力;水-荷载耦合作用与单独荷载作用下沥青路面的车辙变形比与荷载循环作用次数呈对数函数,且随着荷载循环作用次数的增加而降低。

高温-荷载耦合作用下废旧叠层轮胎隔震垫劣化机理分析

为探究高温-荷载耦合作用下废旧叠层轮胎隔震垫(STP)劣化损伤,选取几何尺寸为180 mm×180 mm×69 mm的6层STP,将其置于高温100℃、常温20℃,荷载4 MPa、5 MPa、6 MPa的耦合条件下进行308 h的温度侵蚀试验。随后进行扫描电镜(SEM)、拟静力加载试验,观察橡胶分子微观形态变化、STP外观变形以及轮胎炭黑移动过程,结合拟静力试验结果,综合阐明高温-荷载耦合作用下STP劣化机理。结果表明:高温-荷载耦合作用使STP橡胶表面层的交联密度显著提升、局部分子量增大、STP内部橡胶分子形成饱和化学键、反应活性降低、形态发生转变,导致STP竖向刚度在4 MPa下最大提高31.9%;水平等效刚度提高,但退化速率比常温下快;竖向变形性能变差,在不同设计压应力下的变形量均在2%以内;最大单圈耗能较常温下减小2.5%。研究成果可为新型墙下叠层隔震结构在高烈度村镇地区的推广和应用提供理论参考。

OLSM缓解层沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题，提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料作为裂缝缓解层的方法，采用三维有限元法，对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热一荷载耦合应力对比分析可知，后者的耦合应力明显小于前者的应力。试验路观测与理论计算分析表明，开级配大粒径沥青碎石混合料中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消散及吸收裂缝处路面应力，可有效地防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝，是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。

开级配大粒径沥青碎石防裂层沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对我国半刚性基层沥青路面、刚性基层沥青路面以及旧水泥混凝土路面加铺沥青路面存在的反射裂缝问题,提出采用开级配大粒径沥青碎石(OLSM-25)作为防裂层的路面结构。采用三维有限元法,在OLSM-25防裂层的热–荷载耦合应力影响规律分析的基础上,结合均匀设计、回归分析和退筛法,提出OLSM-25防裂层的热–荷载耦合应力计算公式,为设置开级配大粒径沥青碎石防裂层的路面结构设计提供理论依据。

温度-荷载耦合作用下水泥混凝土桥面防水黏结层剪应力分析

为了分析水泥混凝土桥面防水黏结层在温度-荷载耦合作用下剪应力的变化,应用Abaqus软件建立桥面铺装体系有限元模型,沿纵桥向布置车道荷载以确定最不利荷位,并计算防水黏结层在最不利荷位处受不同荷载大小、铺装层厚度及模量等参数变化下的剪应力,分析剪应力在温度-荷载耦合作用下的变化规律。计算结果表明:最不利荷位出现在桥梁跨中处,最大剪应力产生在梁端支座处;防水黏结层剪应力随铺装层厚度的增加而降低,当铺装层厚度为8~12cm时,其值下降较为缓慢;相对于温度,防水黏结层剪应力对荷载的变化更为敏感,在高温和重载耦合作用时,85%桥面在服役期间防水黏结层剪应力值远远大于现行规范的规定值,这是桥面铺装层体系容易出现早期病害的主要原因之一。

测试海洋工程桩-土动力响应的多荷载耦合加载装置的设计与实现

结合海洋工程桩基础全生命周期的受荷特点,研制出一种测试海洋工程桩基础-土动力响应的多荷载耦合循环加载装置,该装置能同时或分别施加水平循环荷载、竖向循环荷载、水平冲击荷载。对装置各个模块的工作原理进行了详细阐述,并推导了各模块工作时输出力的大小和规律。其中,水平循环加载模块,通过变频电动机转轴的转动带动对心曲柄滑块机构中的滑块在导轨上水平往复运动,从而实现水平循环荷载的施加。水平冲击加载模块,变频电动机的转盘带动绕线器转动,通过钢丝绳与绕线器连接的冲击加载小车沿倾角为θ的导轨向上运动至撞击杆处时,连接在冲击加载小车上的撞击脱钩器与撞击杆发生碰撞后自动脱钩,冲击加载小车进入水平导轨,撞击安装在模型桩上的加载板,实现水平冲击荷载的施加。竖向循环加载模块,利用与变频电动机相连的钢丝绳带动小车沿导轨运动,引起与加载板相连的弹簧伸长或压缩,通过与下加载板连接的卡扣实现竖向循环荷载的施加。该装置能得到多荷载耦合作用下海洋工程桩基础动力响应及桩土相互作用导致的桩周土刚度弱化规律,对海洋工程桩基础的设计和维护具有重要意义。

水泥混凝土路面胀缝破坏的温度-荷载耦合分析研究

采用有限元法对文献《水泥混凝土道路伸缩缝的探讨》所提供的工况进行建模,分析水泥混凝土路面胀缝在不同温度和车辆荷载下的应力变化,得到温度对胀缝破坏影响较小,而车辆超载对胀缝破坏影响较大,以及车辆荷载作用下模拟结果和真实破坏相吻合的各部分的应力分布情况。分析结果补充了胀缝的破坏机理,从而为进一步深入研究胀缝的设置问题创造了条件。

地震-列车移动荷载耦合作用下高铁路基振动特性研究

基于轨道结构-路基-地基动力相互作用理论,建立考虑地震-列车移动荷载耦合输入的轨道结构-路基-地基动力学模型,研究高速铁路路基及轨道在耦合荷载作用下的振动响应问题。通过编制DLOAD子程序并与ABAQUS有限元计算程序联立,实现地震荷载与列车移动荷载耦合作用的施加,以高速铁路桩承式路基及自由式路基为研究对象,对地震-列车移动荷载耦合作用下两种路基系统的动力响应进行数值计算并比较两者的振动响应差异。结果表明,耦合荷载对桩承式路基动力响应影响显著,该荷载作用下桩承式路基会发生共振现象,使得桩承式路基中轨道和路基振动位移幅值均大于自由式路基的振动位移幅值;桩承式路基不会影响路基系统的振动频率,但会改变路基系统的振动大小,桩承式路基中轨道X方向加速度、路肩边及路基坡脚处的竖向加速度分别减小6.2%、50%、28.6%。

车辆-温度荷载耦合作用下的公路路面结构受力分析

当前道路往往会出现沥青混凝土桥面铺装破损等情况,主要是由于温度载荷、车辆载荷综合影响而出现的。常见的路面铺装计算模型往往只会对车辆载荷进行分析而没有对温度载荷的情况进行充分的考虑,本文通过ANSYS软件对水泥混凝土路桥面沥青混凝土铺装在温度载荷、水平载荷以及竖向载荷共同影响下的响应情况进行分析和研究,对应力和形变的状态进行判断,桥型主要使用混凝土整体式简支板桥。

温度-荷载耦合场与沥青路面 结构设计参数的影响关系

建立沥青路面结构层模型,对沥青路面在温度-荷载耦合作用下力学特性进行仿真分析,明确沥青路面温度分布规律及沥青结构层厚度对沥青路面温度分布的影响。