基于Arduino的SMA丝材智能修复损伤钢筋混凝土梁试验研究

为修复钢筋混凝土梁在使用阶段中由于材料老化、裂缝开展等原因造成的损伤,提出一种基于Arduino智能平台和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA,具有形状记忆效应和超弹性特性)的智能修复控制系统,根据挠度及裂缝控制原理,设计智能修复控制装置。该装置由输入模块、处理模块和输出模块组成,当检测到钢筋应变超过限值时,输出模块升高SMA丝材温度对梁体进行修复。为验证该智能修复装置的修复性能,设计对比梁A(无修复装置)与试验梁B(加装智能修复控制装置),在加载过程中对试验梁B进行3次修复,对2根梁的跨中挠度、钢筋应变及裂缝宽度等进行对比分析。结果表明:破坏时试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度均小于对比梁A,并且在3次修复中试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度和钢筋应变最大回复率分别为31.0%、47.0%和71.5%。说明该智能修复控制装置可以监测试验梁受损情况并激发SMA材料对试验梁实施修复,实现钢筋混凝土梁的智能修复。

大型梁式承台模型试验及跨中挠度简化计算方法研究

为了解大型梁式承台的力学性能,以某快速化改造工程的大型梁式承台为背景,按照缩尺比1∶10制作梁式承台模型进行力学性能试验,结合有限元计算,分析梁式承台结构受力、破坏模式、开裂情况等,并研究不同跨高比条件下梁式承台的受力特性。结果表明:在跨中荷载作用下,梁式承台受力大致可以分为线弹性阶段、裂缝发展阶段和屈服阶段3个阶段;线弹性阶段截面应力分布已不满足平截面假定,剪切效应对结构变形的影响不可忽略;模型最终破坏模式为弯曲破坏;裂缝主要表现为跨中弯曲裂缝和斜裂缝;跨高比越小,梁式承台剪切刚度越大。为考虑剪切效应对梁式承台变形的影响,拟合得出梁式承台跨中挠度的简化计算方法,将该方法计算值及规范计算值与试验值进行对比,可得在裂缝发展阶段,规范计算值与试验值偏差较大,所提方法计算值与试验值偏差较小,该方法可用于线弹性阶段及裂缝发展阶段梁式承台跨中挠度的初步估算。

丹江口水库特大桥施工关键技术

十淅高速丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥。主墩采用群桩基础、八边形承台;桥塔采用H形混凝土结构;地锚式桥台采用箱形预应力混凝土结构;主梁采用混合梁,边跨为双边主肋预应力混凝土梁,主跨为钢-UHPC组合梁,主跨跨中设置中央无轴力连接装置+伸缩缝构造。针对该桥结构特点及水文条件,主墩桩基础和承台采用衡重式挡墙+单壁钢围堰方案,变水中施工为陆地施工,节约了工期和投资;塔柱采用液压爬模分节施工,中塔柱内倾塔肢间设2道水平横撑,保证了施工期塔柱受力和线形;地锚式桥台采用分块、分层并设后浇带的方案,有效改善了大体积混凝土的抗裂性能;边跨混凝土梁采用搭设钢管支架分段现浇施工;主跨钢主梁采取工厂化块件制造,库区陆地总拼并浇筑UHPC形成组合梁,再水运至桥位,采用桥面吊机悬臂吊装,现场施工湿接缝,解决了汉江上游航运能力不足的问题,同时创新提出并应用了钢-UHPC组合梁安装五步施工法,提高了主梁安装质量;中央无轴力连接装置采用逐缝合龙法高精度合龙方案,有效保证了结构功能的发挥。

一种实心装配式预制梁抗弯性能试验研究

为了了解一种实心装配式预制梁的抗弯性能,分别对两类4根预制梁进行了静力加载试验。通过对预制梁破坏机理、裂缝特征、梁跨中混凝土应变变化规律、荷载-挠度曲线及延性进行分析,得出两种预制梁的受弯破坏特征大致相似。实心预制梁的极限承载力与对比试件空心预制梁相比提高了17.58%。承载力安全储备增加了11.86%;实心预制梁裂缝数(13条)与对比试件(22条)相比减少了约40.91%。前者的刚度和抗裂性等指标均优于后者。然而,实心预制梁在延性方面却略有下降。主要原因是预制梁在混凝土材料填充实心后,增大了梁上部受压区的有效面积,延缓了被压碎时间,提高了整体刚度并抑制了其变形。研究结果可为实心预制梁进一步科学优化及工程应用提供重要参考。

混杂纤维发热格栅增强砂浆/混凝土板力学性能

为了解决混杂纤维发热格栅碳纤维保护不足、固化后不易盘卷等问题,提出了一种碳纤维发热芯与玄武岩纤维格栅协同变形一致、绝缘效应良好的混杂纤维发热格栅。通过改变基体材料、埋入深度和碳混杂率,研究混杂格栅在不同基体内的黏结性能,分析了混杂纤维发热格栅增强砂浆/混凝土板的弯曲性能和电阻性能,相应的格栅截面配筋率分别为0.2%和0.1%。结果表明:格栅混凝土基体界面黏结性能优于与格栅砂浆基体界面黏结性能。界面黏结性能随着碳混杂率的增大而提升,而黏结应力随着埋入深度的增大而降低。加入格栅可大幅提升素基体板的极限承载力、极限挠度和延性。100%碳混杂率格栅增强砂浆板的极限承载力和极限挠度分别提升141.8%和90倍,而100%碳混杂率格栅增强混凝土板分别提升108.5%和23倍。砂浆增强板破坏时,碳纤维发热芯未破坏,电阻变化率保持在3.32%以内;混凝土增强板破坏时,大部分100%碳混杂率格栅碳纤维发热芯未破坏,电阻变化率保持在1.08%以内。在施加20000次往复荷载作用后,50%极限荷载水平对应的混凝土增强板跨中位移和电阻变化率趋于稳定。

调顺跨海特大桥主桥中跨合龙施工控制关键技术

调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5)m双塔双索面全封闭钢箱组合梁斜拉桥,中跨合龙段长12 m,重452 t,中跨合龙难度较大。采用MIDAS Civil软件建立主桥空间有限元模型,对主桥中跨合龙进行施工控制。针对主桥施工工艺、桥址环境及结构体系特点,采用温度配切法作为中跨合龙方案;在合龙前对合龙口进行敏感性分析,选择对横向对拉、端部配重相结合的方式调整合龙口空间姿态;对合龙口温度及长度进行准确预测,同时解除中跨侧塔梁临时固结纵向约束;合龙时将“倒梯形”合龙改变为“梯形”合龙;主要构造焊接后体系转换与次要构造焊接同步进行,提高中跨合龙效率;优化合龙口桥面板横向湿接缝施工工序,增加成桥状态压应力储备。合龙后的索力、线形偏差均较小,合龙状态较好。

G3铜陵长江公铁大桥主梁合龙施工方案

G3铜陵长江公铁大桥主桥为跨径布置(127.5+131+988+131+127.5)m斜拉-悬索协作体系桥,结合斜拉-悬索协作体系桥结构特点,提出主梁跨中合龙和交叉区合龙2种方案。对于跨中合龙方案,无法实现直接跨中合龙,可采取合龙口两侧主梁压重或设置临时吊索施工措施进行合龙口调整实现跨中合龙,当采用压重措施时,全桥需压重2450 t;当采用设置临时吊索措施时,全桥共需设置临时吊索44根。对于交叉区合龙方案,提出采用插值计算方法寻找主梁最优合龙口,该桥最优合龙口位于从桥塔往中跨方向第3根吊索之下,在交叉区最优合龙口合龙主梁不需要采用其它措施,合龙口两侧主梁线形可自动匹配。从结构受力、施工便捷性、工期等方面对2种方案进行对比,结果表明:主梁合龙口设置于交叉区时主梁受力较小,无需压重或设置临时吊索,且由于斜拉段和悬吊段主梁可以同步吊装,节约工期,因此该桥主梁采用交叉区合龙方案。大桥主梁推荐施工方案为先边跨钢梁顶推施工,再主跨钢梁单悬臂架设及缆载吊机吊装,最后在交叉区合龙。

某连续刚构桥增设中墩加固方案研究

某连续刚构桥为(64+115+64)m变截面预应力混凝土箱梁桥,常规检测发现该桥存在主跨跨中下挠、混凝土开裂与预应力损失等病害。采用设置体外预应力钢束、封闭裂缝、粘贴碳纤维布和钢板等措施加固后,检测发现跨中仍持续下挠,需再次加固,因此提出在主跨跨中增设中墩的加固方案。中墩采用钢管混凝土格构式墩,墩身由4根钢管(管内填充C50混凝土)、“N”字形横向联结系、斜撑与斜联组成,钢材均为Q345qDNH钢;在主梁腹板外侧设置体外预应力,在主跨跨中新增中横梁并设置腹板加厚层。为研究该方案加固效果的有效性,采用有限元法对比分析增设中墩加固前、后结构的承载力,运用反应谱、动态时程与耐震时程法分析增设中墩加固前、后结构的抗震性能,基于等效试验荷载法评估增设中墩加固后结构的承载力与刚度。结果表明:增设中墩加固后结构承载力、刚度和抗震性能均有效提升,加固后实际工作状况较好。

混杂纤维RAC梁开裂弯矩和抗裂性能有限元分析

为研究不同混杂纤维掺量对再生混凝土(RAC)梁抗裂性能的影响,本文通过有限元分析软件ANSYS对6根RAC梁的开裂荷载、屈服荷载、开裂状态和屈服状态下的挠度以及开裂应力、屈服应力进行分析,并根据6组混杂废弃纺织纤维RAC梁的试验数据和《水工混凝土结构设计规范》推算混杂废弃纺织纤维RAC梁开裂弯矩的理论计算公式。结果表明:1)掺入适当比例的废弃纺织纤维与玄武岩纤维可有效降低RAC梁的跨中挠度,增强RAC梁的刚度;2)推算出的理论公式计算值与试验值吻合良好。

针对大跨度刚构桥常见病害的优化设计

依托甘肃省G30连云港至霍尔果斯高速公路清水驿至忠和段扩容改造工程(兰州北绕城东段)控制性工程什川黄河大桥,针对连续刚构跨中持续下挠问题,提出将跨中曲线型底板束调整为跨中底板水平束,以消除径向力,减小跨中下挠设计方案;针对混凝土腹板开裂问题,提出采用波形钢腹板钢-混组合梁替代传统混凝土腹板设计方案,解决刚构混凝土腹板开裂问题;针对大跨度桥梁梁截面波形钢腹板过高容易屈曲问题,提出设置内衬混凝土+水平横隔板措施,保证腹板局部稳定。以上问题的解决,进一步拓宽了刚构桥的应用范围。

正常使用极限状态下桥梁限载取值适应性分析

为提升桥梁设计水平,文章基于可靠度理论分析了桥梁车流模拟方法、限载方式及限载值、超限车违规率对桥梁结构疲劳寿命的影响。同时,利用Midasl/civil软件建立计算模型,计算了不同荷载组合下桥梁结构的可靠度指标和跨中挠度,以验证正常使用极限状态下桥梁限载取值的适应性。

大跨径连续刚构桥跨中下挠的成因及对策

跨中下挠过大是目前国内大跨径连续刚构桥的主要病害之一.对跨中下挠过大的原因进行了全面的分析,并在此基础上提出了有效的改进措施.

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比>1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.

简支梁桥荷载试验横向分布系数分析方法

在桥梁设计的内力分析中,横向分布系数的简化计算方法有多种.但通过荷载试验结果来分析桥梁在成桥状态下的实际横向分布系数,有待深入研究.本文通过对简支梁桥跨中挠度与横向分布系数之间的关系进行理论分析,认为可通过实测跨中挠度计算各梁的横向分布系数,并以某桥的荷载试验为例,以此分析成桥后梁与梁之间的实际横向联系效果.

基于有限元分析的PE燃气管道有固定墩的跨越段应力分析

研究有固定墩的聚乙烯燃气跨越管道力学性能,对城镇燃气管网的安全运行具有重要意义。基于有限元分析理论,建立了两端设有固定墩的聚乙烯跨越管道仿真模型,运用工程分析软件ANSYS对聚乙烯燃气管道进行模拟,分析并讨论了跨长、管径以及内压等因素对管道变形和应力的影响及其变化规律。研究结果表明,管道跨中挠度在跨长低于15m时增加缓慢,但是当跨度大于15m时,管道的跨中挠度会急剧增加;管道所受的应力随着管道跨度的增加而增加,但是增长相对平稳;管径对管道的跨中挠度和应力也有影响,管道的跨中挠度和应力均随着管径的增大而减小;管道内压对管道的跨中挠度影响较小,几乎没有变化,但是管道所受应力随着管道内压的增大而增大。

波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥跨中下挠对比分析

为对比研究波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥的下挠特性,分别建立某大跨波形钢腹板刚构桥的杆件模型及三维实体模型,在此基础上将钢腹板替换为混凝土腹板,并添加腹板预应力束,对比研究钢腹板剪切、混凝土收缩徐变、预应力损失等因素对两桥的影响。结果表明:自重作用下钢腹板相比混凝土腹板产生了较大的剪切变形,波形钢腹板刚构桥挠度更大;预应力主要产生轴向力而非竖向力,故预应力作用下两种桥梁产生的剪切变形均不明显;相对湿度和收缩徐变的改变对普通PC刚构桥挠度影响更明显;普通PC刚构桥成桥各阶段总竖向位移约为波形钢腹板刚构桥的1.6-2.0倍。体内预应力损失对波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥均有较明显的影响,体外预应力损失对波形钢腹板刚构桥挠度影响不明显;自重系数每增加0.025时,两桥跨中挠度约增加6%-8%。

跨中受落石冲击的拱形护桥明洞力学响应

为了解落石冲击下拱形护桥明洞的力学响应特征,以高铁双线拱形护桥明洞为研究对象,采用动力有限元方法,分析质量为2 000 kg的球形落石,从50 m垂直高度处沿不同方向冲击结构顶部跨中时结构的力学响应。研究表明:冲击过程中结构的受力不利部位与冲击前自重作用下相同,上部结构的拱顶、拱脚内侧、边墙墙脚外侧和下部结构桩基的柱顶内侧和柱脚外侧等部位是受力不利部位,且桩基的外侧立柱受力要大于内侧立柱;冲击过程中结构荷载效应变化率以垂直冲击最大,沿结构纵向45°次之,沿结构侧向45°最小;在本次计算范围内,所设计的拱形护桥明洞结构最大应变率小于1×10-3s-1,属准静态力学范围,落石最大侵彻缓冲层深度为0.9 m,而设计的缓冲层厚度为2 m,同时最大、最小应变值均在材料极限应变范围内,说明结构可以承受本次分析工况下的落石冲击;经缓冲层将落石冲击力传递到结构顶部的冲击荷载主要集中在拱顶中部,宽度占结构顶部总宽度的16.7%,拱顶中部承受了整个冲击荷载的44.9%。

大跨径梁式桥的主要病害

论述了预应力混凝土大跨径梁式桥的两种主要病害,一是跨中下挠,二是梁体开裂。分析了跨中下挠、垂直裂缝、斜裂缝、纵向裂缝的原因,并叙述了预防对策。这些对策主要是:梁有足够的正截面和斜截面强度;设计中要控制恒载挠度(包括徐变挠度)在一个较小值;在梁纵向两悬臂端施加水平力对顶后合龙;三维分析箱梁主拉应力并布置预应力束;预留体外备用钢束;混凝土加载龄期不小于7天;竖向预应力应两次张拉以保证有效预应力。

考虑跨中塑性铰的钢框架结构非线性分析

给出一种考虑跨中塑性铰的钢框架结构的非线性分析方法 ,该方法可以通过 1单元 /杆件来分析杆件上有分布荷载 ,从而可能会在杆件内部形成塑性铰的情形 .除此之外 ,该方法还可以考虑轴力的二阶效应、剪切变形、横截面塑化、残余应力、初始缺陷等几何和材料非线性因素的影响 ,既克服了塑性区法因单元划分过多而花费机时的缺陷 ,又弥补了塑性铰法不能考虑横截面塑化及仅在单元两端形成塑性铰的不足 .计算分析表明 ,结果令人满意 .

连续刚构桥设计关键技术问题的探讨

针对连续刚构桥箱梁混凝土开裂、跨中下挠、底板崩裂等病害,分析其产生的原因,提出一些防止病害发生的对策措施,主要有:腹板斜裂缝可以通过增加梁高、设置腹板下弯钢束及加强竖向预应力有效性来改善;跨中下挠可通过增加顶板负弯矩钢束、采用塑料波纹管和真空辅助压浆工艺、控制钢束张拉龄期及设置后期备用钢束来改善;底板崩裂可通过合理控制结构的预应力度、选择合适的墩身刚度、优化钢束配置、优化梁高变化规律、合理选择底板厚度与波纹管间距及设置防崩钢筋等来改善。