蚀坑尺寸对高强钢绞线应力集中影响研究

使用有限元软件ABAQUS 6.14-1建立1860级七丝高强钢绞线的实体模型,并在其上预设蚀坑,针对应力集中现象做仿真分析。通过改变半圆球蚀坑和三轴椭球体蚀坑的尺寸参数,研究其对应力集中的影响,并在椭球蚀坑中综合比较长宽深对高强钢绞线应力集中系数的影响程度。结论如下:在半圆球蚀坑中,逐步增大半径尺寸,应力集中系数也随之增大。在蚀坑半径较小的时候,增长速度较快,当尺寸增大到一定值后,增长速度变缓。在椭球蚀坑中,长度增加,应力集中系数随之不断减小,而宽度和深度增加,应力集中系数则随之增大,对各尺寸变化所对应的应力集中系数进行拟合,都表现出明显的线性关系。其中,深度对应力集中影响最大,而宽度因子和长度因子差异不大。对比蚀坑对钢丝的影响规律并结合吊杆疲劳试验结果,验证了模型的可靠性。

高强钢绞线网/ECC加固RC柱小偏心受压性能研究

为研究高强钢绞线网/ECC(HSME)加固钢筋混凝土(RC)小偏心受压柱的正截面受力性能,对HSME加固RC柱、ECC加固RC柱和未加固RC柱进行了小偏心受压性能试验.结果表明:采用HSME加固后RC柱的整体性能得到显著提升,当采用相同的相对初始偏心距时,与未加固RC柱相比,HSME加固RC柱的开裂荷载、峰值荷载和延性分别提高了100.0%~113.3%、99.8%~108.0%、75.9%~77.8%;相同荷载下,HSME加固RC柱的ECC应变和纵筋压应变均小于ECC加固RC柱,HSME的加固效果更优;HSME加固层为核心混凝土提供了有效约束,改善了RC柱的损伤分布和破坏模式,显著提高了RC柱的承载力和延性;整个受压过程中,HSME加固层与RC柱混凝土协调变形,共同工作性能良好.

高强钢绞线与纤维增强聚合物砂浆粘结滑移性能研究

高强钢绞线-纤维增强水泥基材料作为新型建筑加固修复材料,依靠其内部各组分材料的有效粘结应力,起到加固修复、阻裂增韧的效果。为理清高强钢铰线与纤维增强聚合物之间的粘结滑移机理,共设计55个轴心拉拔试件。得出试件的拉拔力-位移曲线并计算钢绞线与纤维水泥基材料界面粘结强度,分析多种短切纤维、不同基体强度、不同锚固长度等对加固材料粘结能力的影响。结果表明:锚固界面以剪切破坏为主;掺入纤维会削弱基体与钢绞线间的界面机械咬合力,钢纤维可增强基体与钢绞线滑移后的界面摩擦力,使拉拔力下降幅度较小,为15%~35%。

2 200 MPa级超高强度钢绞线用盘条工业试制

以SWRH82B化学成分为基础,设计2200 MPa级超高强钢绞线用盘条化学成分,采用280 mm×380 mm连铸坯通过二火开坯轧制成Φ14 mm盘条,优化盘条冷却速度使热轧盘条抗拉强度由1150 MPa提高到1450 MPa以上,拉拔后实现了钢绞线的强度达到2200 MPa以上的目标。工业试制结果表明:软吹时间、深真空时间是控制非金属夹杂物尺寸和钢中氧含量的关键,软吹时间、深真空时间要大于15 min;在拉速恒定的条件下,过热度35℃以下,中心宏观偏析指数可控制在1.15以下;控制适中的冷却速度可以得到理想的索氏体组织,最佳冷却速度为4.89~5.62℃/s。

利用在线热处理技术研发YL82B-QM高强钢绞线

通过调整炼钢成分(质量分数),将V含量由0.09%降低到≤0.005%,Cr含量由0.28%降低到≤0.05%,Mn含量由0.85%降低到0.70%,在降低了合金元素情况下,通过调整连铸轻压下工艺、在线热处理技术(吐丝温度890~910℃、盐槽温度510~520℃)生产的Φ15 mm YL82B-QM高强钢绞线盘条,平均抗拉强度达到1227 MPa,断面收缩率39.3%,索氏体化率98%,同圈强度在40 MPa范围内,晶界渗碳体和心部马氏体≤1.0级;与传统的Cr、V合金化Φ15 mm YL82B-V风冷盘条相比,盘条性能更加优良,降低了合金成分的加入量,且不需要风机冷却,极大的降低了能源消耗,做到了绿色环保工业生产,该盘条用于生产Φ10 mm 1570 MPa级轨枕钢丝,经过客户验证,钢丝抗拉强度、延伸率、弯折等重要指标均符合标准要求。

超高强度钢绞线用盘条现状及发展

随着钢铁冶金技术与拉拔工艺技术的进步,钢绞线向着超高强度级别发展,具有广阔的市场前景。讨论了钢绞线用盘条的大小方坯制造流程、冷却方式,讨论了微合金元素的作用,网状碳化物、马氏体组织的形成条件与控制措施,以及超高强度钢绞线及盘条的发展方向。在线水浴韧化处理技术凭借着绿色环保、生产效率高等优点,有着广阔的应用前景。兴澄特钢利用在线水浴韧化处理技术已成功开发2300 MPa级超高强度钢绞线用盘条。

高强度87B盘条开发生产实践

设计和研究了高强度预应力钢丝用盘条87B的成分,通过低倍检验、拉伸试验、金相观察等分析手段研究了铸坯、盘条的组织与力学性能。结果表明:生产的Φ12.5 mm 87B盘条平均抗拉强度1216 MPa,平均断面收缩率34%,氧化层厚度为10~20μm,盘条各项性能均满足用户的需求。

成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥总体设计

成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥主桥跨径布置为(116+120+336+120+116)m,其中336 m主跨为钢箱系杆拱桥,120 m和116 m边跨为混凝土简支系杆拱桥。为解决大桥公铁合建、两岸地形高差大等技术难题,采用铁路在上、公路在下的双层桥面钢箱拱桥新结构,上、下2层桥面高差32 m,上层设4线铁路,下层设6车道城市快速路和两侧人行道。336 m主拱拱肋采用钢箱结构,在主拱上采用将公路柔性吊索内穿于铁路刚性吊杆并独立锚固于拱肋的新技术;系杆采用高强度可换型镀锌钢绞线索。

全封闭碳纤维与高强钢丝复合拉索的弹性模量

探讨了全封闭复合拉索的协调工作机理,即要求芯部高强钢丝束与碳纤维筋弹性模量接近或相等;研究了高强钢丝束捻距与弹性模量间的关系;推导了37股高强钢丝束弹性模量的计算表达式,通过有限元分析验证了表达式的正确性.试验表明,碳纤维筋弹性模量可以达到与高强钢丝束的弹性模量相近的要求.结论表明:复合拉索中的索力按照碳纤维筋与高强钢丝束的轴向刚度进行分配,全封闭复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的弹性模量相等.在整体锚具的张拉下,复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的变形一致,弹性模量相等决定了索力按照复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的截面比例进行分配,能够确保复合拉索索体的协同作用.高强钢丝束的弹性模量与其捻距及扭转角相关,随着捻距的减小,扭转角的增大,高强钢丝束的弹性模量降低.

钢绞线与水泥基复合材料局部黏结滑移模型

为了解决由于钢绞线类黏结滑移试验的局限性,无法直接获得锚固长度内各点的实际黏结滑移关系的问题,本文建立了基于加载端位移的高强钢绞线与工程水泥基复合材料局部黏结-滑移关系模型。基于微元法,结合高强钢绞线与工程水泥基复合材料平均黏结-滑移关系模型,采用试验、理论计算和数值模拟方法,对建立的局部黏结滑移模型相关参数进行对比分析。结果表明:局部黏结-滑移模型的计算结果和数值模拟结果在验证点(自由端和加载端)处与试验结果吻合良好;与平均黏结-滑移关系模型相比,局部黏结-滑移关系模型可表征锚固长度范围内各点的黏结滑移特征,且具有更好的精确性和适用性。

大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受力性能

为探讨大直径高强钢绞线预应力混凝土梁的受力性能,进行了6根以直径17.8mm的1860级钢绞线作为预应力钢筋和HRB400级钢筋作为非预应力钢筋的后张预应力混凝土梁在竖向荷载作用下的受力性能试验。对预应力混凝土梁中钢绞线和非预应力钢筋应力、混凝土应变以及短期最大裂缝宽度和跨中挠度等试验数据进行分析。结果表明:采用大直径高强钢绞线作为预应力钢筋的预应力混凝土梁工作性能良好,大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受弯破坏形式和挠曲模式与普通预应力混凝土梁基本相同;试验梁跨中控制截面符合平截面假定,极限承载力可按照现行规范的正截面抗弯理论计算,按照现行规范计算的试验梁裂缝宽度和挠度与实测值吻合较好。

钢拉杆与钢绞线的抗力分项系数研究

由于缺乏足够的试验统计数据,目前对于索结构中拉索构件的设计强度多采用以经验为主的允许应力法确定,或在形式上采用分项系数,但具体数值仍按允许应力法推算,这与当前以概率极限状态法为基础的规范设计体系是不协调的。收集大量的钢拉杆与钢绞线试验数据,通过数理统计得到两种拉索材料的抗力分布模式,考察影响构件抗力的不确定性因素的统计特性;验证拉索结构的荷载效应与外荷载之间存在近似线性关系,通过引入荷载效应比以及荷载、抗力的均值等统计量,将荷载抗力分项系数表达式等价为极限状态方程的形式,采用基于一次二阶矩理论的验算点法对两种拉索进行可靠度分析。最后分别给出适于工程应用的钢拉杆与钢绞线的抗力分项系数,为今后相关规范的修订提供参考。

高强钢绞线网增强ECC加固无损RC梁截面刚度计算

高强钢绞线网增强ECC(Engineered Cementitious Composites)是一种新型高性能复合材料,具有优异的延性、韧性及裂缝控制能力。为了进一步将该复合材料用于混凝土结构加固,以显著提高加固后结构的整体性能,进行该复合材料加固无损钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁的抗弯刚度的试验和理论研究。考虑纵向高强钢绞线配筋率、工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)配方及高强钢绞线直径的影响,设计制作6根高强钢绞线网增强ECC加固无损RC梁和1根未加固的对比RC梁,进行受弯性能试验,并采用刚度比法对加固梁的受弯刚度进行分析。研究结果表明:采用高强钢绞线网增强ECC加固无损RC梁,可显著提升RC梁的受弯刚度、承载能力、控裂及变形能力,加固梁的受弯刚度随着纵向高强钢绞线配筋率或ECC弹性模量的增大而提高,纵向钢绞线配筋率接近的情况下,改变钢绞线公称直径,对加固梁的受弯刚度的影响不大。基于试验结果分析,采用相关力学理论和混凝土结构基本原理,推导建立了高强钢绞线网增强ECC加固无损RC梁的受弯刚度计算公式,该公式计算结果与试验结果吻合较好。

纤维增强高强钢绞线聚合物砂浆复合层单轴拉伸试验研究

通过拉伸试验机对高强钢绞线网-纤维增强聚合物砂浆(HSS-FRCM)复合层试件进行静态拉伸力学性能试验,研究短切PP纤维及短切钢纤维增强砂浆对HSS-FRCM复合层单轴拉伸力学性能的影响。结果表明:短切纤维的掺入可有效提高整体复合层的抗拉性能,提高其抗开裂能力,且在未开裂阶段,两种不同纤维的掺入对其抗拉刚度的影响差别较大。

预应力钢绞线超高强混凝土管桩轴压性能研究

通过对2种常用桩型的预应力钢绞线超高强混凝土管桩和预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩进行轴压性能试验、数值模拟分析和经验公式计算,研究了管桩的极限轴压承载力、极限轴压变形及破坏特征.结果表明:所有管桩试件均呈现受压破坏,混凝土首先压碎,导致纵筋向外压曲,箍筋拉断.数值模拟得到的桩身破坏断面与试验桩身破坏断面吻合较好,数值模型可以较为准确地预测管桩极限轴压承载力和极限轴压变形.预应力钢绞线超高强混凝土管桩以及预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩的抗压承载力建议按照国家标准图集《预应力混凝土管桩》(10G409)中公式进行计算.

2300 MPa级铁路桥梁用高强钢绞线盘条的开发

包钢自主设计了铁路桥梁用BG87高强钢绞线盘条,通过轧制控冷工艺、静态CCT曲线的测定、拉伸试验以及金相检验等手段研究了其力学性能、显微组织以及拉拔性能。结果表明:开发的高碳钢盘条强度、组织性能良好,可以满足2300 MPa级预应力钢绞线的使用要求,而且产品在昌景黄高速铁路试验桥上得到应用,实现了国内2300 MPa高强钢绞线产品的突破。

4500kN大噸位OVM锚锚下应力分析

ＯＶＭ锚是新一代群锚体系，它分成ＯＶＭ１５及ＯＶＭ１３两种型号，适用于锚固标准强度为１７７０ＭＰａ～１８６０ＭＰａ的高强钢铰线，张拉力可从１６０ｋＮ以上自由选择。目前国内采用的最大张拉力是４４４４．９ｋＮ．本文采用ＰＡＦＥＣ－ＦＥ有限元分析通用软件对４５００ｋＮ的锚下应力进行了分析．给出了锚区三维应力的数值，分布状态及分析意见．最后对桥规（ＪＴＪ０２３－８５）中有关局部承压强度的条件进行了讨论．

SWRH82B高碳钢盘条生产实践

SWRH82B高碳钢盘条主要用于制作高强度低松弛预应力钢丝和钢绞线。采用长短复合流程,优化化学成分,LF炉精炼时间不小于45 min,白渣保持时间不小于15 min;连铸结晶器电磁搅拌频率5 Hz,电流246 A,拉速2.1～2.3 m/min,过热度小于30℃,比水量0.7～0.85 L/kg;轧制温度1 050～1 100℃,开轧温度950～990℃,减定径轧制及吐丝温度880～900℃,辊道速度40～60 m/min。生产的预应力钢绞线用SWRH82B高碳钢盘条,抗拉强度大于1 150 MPa,断面收缩率大于35%,夹杂物的尺寸小于20μm,数量小于6个/mm2,w(N)≤70×10-6,w(O)≤40×10-6,完全满足1 860 MPa级以上钢绞线用盘条的需要。

大跨预应力混凝土空心板的振颤及防范

由于高强钢铰线预应力混凝土空心板厚度减少 ,刚度降低 ,自振频率降低 ,在室内各种振动荷载作用下虽然强度和挠度满足要求 ,但有时使用者会感到不舒适。基于加拿大国家建筑法规提出了当单块预应力混凝土空心板的基频不满足限值时应采用装配整体式方案。为保证装配整体式预应力楼盖共同工作 ,应浇筑混凝土现浇层 ,用正交异性板理论分析楼板基频。通过分析得知加设现浇层可增加楼盖的基频和刚度 。

SMPM与其它加固方法的比较及RC构件加固程序简介

为了减少加固设计中的大量重复性工作,依据最新颁布的《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006),用EXCEL编制了钢筋混凝土构件的加固程序。应用编制的计算程序,对6根不同截面的钢筋混凝土梁,同时采用钢绞线和碳纤维进行加固设计。对采用一层同梁宽的钢绞线或碳纤维加固后梁的抗弯承载力分析表明,钢绞线加固方法对承载力提高的幅度更大。结合对加固性能指标(使用空间的影响、防火、环保等)的综合比较,说明新型的钢绞线网片聚合物砂浆加固方法更符合经济、美观、实用的理念。