UHPC-NC组合构件界面行为研究

随UHPC材料兴起,现已有较多研究表明将UHPC材料应用于结构接缝处可极大程度地增强结构的整体性能,接缝界面处的粘结强度也逐渐引起学术界关注。然而,如何对结合面处进行有效的有限元模拟却始终未见统一有效的方式。文章在广泛的文献调研基础上,总结现有试验数据,对比试验方法,得到3种不同粗糙度界面粘聚力分别为2.24 MPa,2.37 MPa和2.66 MPa,3种界面摩擦系数分别为1.42,1.63和1.64;提出基于粘聚力和抗剪强度的UHPC-NC界面强度计算式;基于接触分离模型分别建立适用于受拉为主构件及压剪为主构件的3D有限元模型,提出适用于光滑界面、中等粗糙界面及粗糙界面的粘聚力参数、接触损伤相关参数;为验证有限元参数有效性,建立多个文献试验有限元模型并与结果对比较为吻合,可为后期有限元计算提供参考。

预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析

在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。

含钢率对GFRP管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响

为了研究含钢率对GFRP(glass fiber reinforced polymer)管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响,建立15个组合构件的数值模型,在验证模型正确的基础上,通过分析典型构件的冲击全过程、截面弯矩发展以及破坏时应变分布规律,研究构件在侧向冲击荷载作用下的破坏模式;通过分析构件冲击力时程曲线、侧移时程曲线以及能量变化情况,探究含钢率对不同长细比构件抗冲击性能的影响。结果表明:与未配置钢骨的构件相比,GFRP管-钢骨混凝土构件的抗冲击承载力提高了7%~134%,侧向位移减小了13%~68%。在侧向冲击荷载作用下,构件的破坏模式以弯曲破坏为主,同时伴随着GFRP管和混凝土冲击区域的局部破坏,抗弯刚度是影响构件抗冲击性能的主要因素之一。构件的抗冲击承载力随着含钢率的增高而提高,随着构件长细比的增大而降低。含钢率相差1.5%时,截面惯性矩较大的窄翼缘型钢对构件的抗冲击性能更有利。对于长细比大于20的构件,钢骨耗能是组合构件总能耗的主要组成部分。

合金粉末组合烧结成形NiAl基合金筒形构件

基于快速凝固和热压烧结工艺,设计了合金粉末组合烧结工艺以成形高性能NiAl基合金筒形构件。结果表明:NiAl基合金组合烧结界面的结合良好,界面性能优异,光滑与粗糙表面样品界面的结合性能相似。此外,NiAl基合金组合烧结界面没有孔洞、裂纹等缺陷,显示出良好的界面结合,通过界面性能测试分析验证了组合烧结方法成形高性能NiAl基合金构件的可行性。此外,基于NiAl基合金组合烧结工艺,成形出径厚比为6、外径Φ60 mm、高度60 mm的NiAl基合金筒形件,构件整体致密度均匀性良好,改进了热压烧结成形大径厚比筒形构件的致密度不均匀难题。

基于声发射技术的UHPC-NC组合梁延性研究

UHPC-NC组合梁延性的检测方法较为单一,且对梁体的开裂损伤缺少有效的监测手段。文章分别对NC梁和UHPC-NC组合梁进行四点弯曲试验,采用声发射技术对破坏过程进行监测,并基于声发射累计振铃计数和能量对其进行延性分析。结果表明:相较于NC梁,采用50 mm厚UHPC的UHPC-NC组合梁在开裂荷载、屈服荷载和极限荷载方面均有所提高,对开裂荷载的提升效果最大,达到100%,然而,其位移延性和曲率延性分别降低了7.0%和10.0%;在受弯破坏过程中,UHPC-NC组合梁将NC梁的开裂荷载阶段从极限荷载的14.0%延续至25.0%;通过声发射的累计振铃计数和能量分析,证明了这种方法在混凝土结构延性指数计算中的可行性。

钢结构组合构件吊装可行性分析及质量控制要点

采用简易钢框架结构的吊装件作为主体结构时,当吊装设备及吊装绳缆绑扎计算能满足吊装额定重量的前提下,宜采用厂内组合拼装,使部分钢柱及梁连接节点提前在更适宜的环境焊接,更有利于保证焊接质量,从而保证钢结构主体质量。基于此,文章以钢结构组合构件吊装可行性及质量控制要点为核心,结合实际工程案例进行了论述。

高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩塑性铰长度

为探讨高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩塑性变形能力,应用大型有限元程序ABAQUS,结合Mander本构模型、双折线本构模型、UHPC材料本构关系和混凝土损伤塑性模型,建立了高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩延性分析模型,通过与不同UHPC加固高度的钢筋混凝土桥墩和不同加载角度下UHPC箱型桥墩拟静力试验结果对比验证了模型的有效性。在此基础上,进一步提出塑性铰区域长度确定方法,探讨轴压比、纵筋直径、纵筋屈服强度以及试件高度等参数对组合桥墩塑性铰区域长度的影响规律,评估规范塑性铰长度建议公式的适用性,建立了UHPC-NC组合桥墩等效塑性铰长度计算公式。结果表明:组合桥墩塑性铰区域长度随轴压比增大单调递减,随试件高度的增大单调递增,随纵筋直径和屈服强度的增大表现出先增大后减小的变化趋势;当轴压比接近0.5时,UHPC的破坏与受拉区纵筋的屈服同步发生,当纵筋直径和屈服强度分别为16 mm、500 MPa时,墩底塑性铰区域耗能能力达到最优。与数值分析结果的对比进一步表明:规范建议的计算公式在一定程度上将低估组合桥墩的塑性变形能力,建立的等效塑性铰回归公式可为高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩抗震研究提供参考。

钢-超薄UHPC组合构件新型界面连接的抗剪性能

为实现预制UHPC薄板与钢构件的装配式连接、后期可拆卸等目标,以及针对钢-超薄超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)组合桥面体系中UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件的问题,提出一种由预埋带垫加长套筒、高强螺栓连接组成的新型抗剪连接方式。开展了6组新型螺栓连接件的推出试验,包括5组高强螺栓和1组负泊松比螺栓连接件,分析了新型连接件的破坏形态及荷载-滑移曲线特征,研究了螺栓直径、螺栓长径比、螺栓种类等参数对极限滑移、抗剪刚度等力学性能的影响,研究结果表明:新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被剪断,预埋带垫加长套筒底部的UHPC无损坏压溃现象;新型高强螺栓连接件的抗剪承载力、界面相对滑移随高强螺栓的直径增大而增大;高强螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓抗拉强度的55.8%,故建议在钢-UHPC组合构件中采用较大直径的高强螺栓连接件,有效减少抗剪连接件的数量;而负泊松比螺栓的抗剪承载力和抗剪刚度明显较小,但极限滑移却明显增大,表现出良好的延性,建议将负泊松比螺栓应用于钢-UHPC组合构件的负弯矩区段,避免负弯矩区段出现开裂。

基于动态贝叶斯网络及构件性能退化的钢板组合梁桥时变可靠性分析方法

为分析构件性能退化对钢板组合梁桥可靠性的影响,提出一种基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network,DBN)的时变可靠性分析方法。该方法首先依据材料劣化公式建立钢板组合梁桥抗力退化模型;然后基于DBN构建组合梁桥构件性能退化初始模型,利用钢板组合梁桥抗力退化模型随机生成不同变量组合作用下的抗力数据,对该初始模型进行训练,通过参数学习得到DBN先验模型及节点条件依赖关系,并加入观测节点及可靠度节点,建立适用于可靠性分析的DBN模型;最后输入桥梁检测数据,实现桥梁可靠度指标更新。采用该方法和蒙特卡洛法对某钢板组合梁桥时变可靠性进行分析,结果表明:2种方法预测结果基本一致,该方法可准确预测钢板组合梁时变可靠度;以可靠度为寿命评价指标,输入该桥运营60年时的检测信息,更新前、后该桥的使用寿命分别为75年、64年,应提前对桥梁采取维修与养护措施。

基于C-OWA算子的PC构件供应商综合评价方法研究

供应商提供PC构件的优劣直接影响到建设项目的质量、成本及工期,因此,对PC构件供应商的选择方法进行研究有一定的现实意义。首先,从构件质量、构件成本、供货能力等5个方面建立较为完善的评价指标体系;其次,基于C-OWA算子计算评价指标组合权重,并基于该权重构建了PC构件供应商综合评价模型;最后,运用该模型进行实证研究,得出甲、乙、丙三个供应商的评价值分别为6.6849、5.5712、7.2683,丙为最优的结论。基于C-OWA算子的PC构件供应商综合评价方法操作简单,评价结果可靠,具有一定的参考价值。

考虑交通拥塞时变特性的预制构件生产调度与装车组合集成优化

生产调度、装车组合与交通拥塞是影响预制构件制造企业生产运营效率及成本的重要主客观因素,如何在考虑交通拥塞时变特性的情况下有效集成生产调度与工件装车组合方案是预制构件制造企业迫切需要解决的问题。针对该集成优化问题,首先以最小化总提前拖期惩罚和车辆运输费用之和为目标,建立了预制构件生产调度与工件装车组合集成优化数学模型。随后为降低问题求解困难,通过深入分析问题解结构特点,提出了一种基于自适应多邻域协同搜索的果蝇优化算法(AMNCS-FOA)。其主要特点是:设计了一种带有插零操作的集成决策编码方式用于表示生产调度和工件装车组合方案;在算法的嗅觉搜索阶段,基于组内交换、组间交换、组内插入和组间插入四种邻域构造,提出了一种自适应概率邻域选择策略;在视觉搜索阶段,为提高算法全局搜索能力,以一定概率接受劣解作为种群中心进一步执行迭代搜索。计算结果显示,AMNCS-FOA算法在求解该集成优化问题时具有更快的收敛速度以及更好的求解质量。与预制构件制造企业常用的规则启发式方法相比,提出算法在求解质量上具有不低于13%的平均改进率,有望显著增加预制构件企业净利润并提高客户满意度。

装配式建筑钢混组合结构预制构件精准制作施工技术

为进一步保证装配式建筑中钢混组合结构的施工质量与效率,提出装配式建筑钢混组合结构预制构件精准制作施工技术,其核心内容主要体现在钢结构与预制混凝土构件的结合以及钢结构在预制构件中的预埋。在预制混凝土构件的制作过程中,将钢结构构件通过模具和一系列辅助工装架体完成在预制混凝土构件中的精准预埋,最终使得钢结构与混凝土完美结合,形成装配式钢混结构预制构件。从装配式钢结构外墙(带钢支撑)、带钢梁内墙板、密肋叠合板、钢构转角外挂板等出发,总结阐述装配式钢混结构预制构件的精准制作要点,极大地提高了装配式建筑行业的技术水平。

基于改进果蝇优化算法的BP神经网络在组合梁钢构件定位中的应用

为提高桥梁钢构件的安装精度,建立了基于改进果蝇优化算法的BP神经网络,实现了对钢构件空间坐标的精确预测。在果蝇算法中,引入Logistic映射以优化果蝇种群初始位置,增加混沌动态权重和多种群协同搜索用于加强算法的全局搜索和局部探索能力,有效改进了BP神经网络在处理复杂工程问题时训练时间长和精度低等问题。改进后的BP神经网络可对影响钢构件定位的多个变量进行识别,并筛选出其中的关键变量。结合某波形钢腹板-预应力混凝土组合梁矮塔斜拉桥的工程实例,利用优化后的神经网络对即将施工节段的钢腹板和钢锚箱的空间坐标进行预测。研究表明:经过施工过程验证,该桥钢锚箱与波形钢腹板开孔连接件的孔轴误差、钢锚箱拉索套管误差等问题得到了大幅改善,体现了改进的BP网络在准确预测钢构件的空间坐标。

50 m U形UHPC-NC简支梁桥设计研究

为简化混凝土U形梁施工和提升结构耐久性,以广西贺巴高速茶花山天桥为背景,提出一种可实现快速化施工、结构性能优异并兼具经济性的新型U形超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)组合梁结构。该U形UHPC-NC组合梁桥主跨50 m,纵梁采用UHPC,为弧形立面,跨中处梁高3.2 m,支点处梁高1.95 m,跨中区域腹板厚10 cm,近支点处腹板加厚至25 cm,支点区域腹板厚60 cm;每片纵梁分3段预制,相邻节段间设置齿键,采用胶接缝连接;2片UHPC纵梁由12道宽40 cm、高65 cm预制预应力混凝土横梁通过UHPC现浇接缝连接,纵梁与横梁均为预应力构件;桥面板由7.5 cm厚预制桥面板底模与16.5 cm厚现浇NC桥面板构成。结构分析结果表明:纵梁和横梁剪扭耦合效应明显,跨中区域以受弯为主,支点附近以剪扭耦合作用为主,且剪力和扭矩呈反对称分布;该桥各构件承载力、稳定性、抗裂性能和刚度均满足规范要求;与钢-混凝土组合梁和钢箱梁相比,新型U形UHPC-NC组合梁结构每平米造价分别低约32%和44%,具有良好的经济性。

简支转连续钢-混组合梁负弯矩区连接构造受力性能试验研究

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥工程为依托,设计了两根负弯矩区具有混凝土横梁连续段的试验梁SCB-1和SCB-2,针对不同荷载作用下两根梁的受力性能进行室内试验研究,同时就试验过程中的构件扭转现象进行了有限元分析。结果表明:极限荷载下试验梁破坏模式为钢筋先屈服,负弯矩区横梁连接栓钉受力约为220MPa,满足使用要求,试验梁裂缝主要集中在横梁中线两侧1/5~1/3计算跨径范围内,是构件抗裂的关键区域;构件设计过程中应尽量避免偏载和不均匀支撑的共同作用;扭转现象使得构件整体受力性能降低约20%,实际工程中建议增加横向连接刚度。

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩受压性能试验

为改善传统钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能,基于能力设计原理和结构抗震韧性设计理念,本文提出一种可更换部件的四肢钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩。本文设计制作了1/10比例的缩尺试件,通过轴心和偏心受压试验,研究荷载偏心率、软钢板厚度等对新型组合高墩受压性能的影响。试验结果表明:新型组合高墩试件在轴压作用下,四肢钢管混凝土柱基本整体协调变形;当加载至试件破坏时,四肢钢管及软钢板均早已受压屈服,钢管套箍作用充分发挥;破坏形态呈整体弯曲失稳。在受偏心压力作用且偏心率不超过0.405时,四肢钢管混凝土柱全截面受压,组合截面纵向应变分布在弹性阶段基本满足“平截面假定”,在弹塑性阶段近似满足“拟平截面假定”;当加载至试件破坏时,破坏形态亦呈整体弯曲失稳。此外,钢系梁受力较小,仅起构造作用;而增大软钢板厚度,可有效提高新型组合高墩的截面抗弯刚度和正截面受压承载力,降低其侧向挠度;故在计算新型组合高墩的受压承载力时,应充分考虑软钢板的“结构元件”作用。

基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性分析方法研究

传统木构建筑的构件重要性对于整体结构状态的评估具有重要意义,为弄清楚传统木构建筑的构件重要性,开发了一种基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性评价程序,基于荷载工况修正与荷载重分布修正重构了荷载分布矩阵,基于荷载施加构件修正改进了构件重要性计算方法。以典型传统木构建筑——保国寺大殿为例进行了数值模拟分析,并基于广义刚度评价了构件重要性,分析了各项修正对构件重要性的影响情况以及最终修正对构件重要性的结果变化率。结果表明:柱类构件的修正变化为-0.526%~2.192%;梁栿类构件的修正变化为-2.638%~50.598%;铺作类构件的修正变化为-12.763%~9.989%;槫类构件的修正变化为-7.586%~6.918%。保国寺大殿构件重要性排序:柱类>槫类>梁栿类>铺作类;修正后柱类、梁栿类重要性提高,铺作类、槫类重要性降低。可为传统木构建筑的结构状态评估和预防性保护提供参考。

基于组合赋权VIKOR的PC构件供应商选择

PC构件是装配式建筑实体的关键构成部分,为保障建设项目的安全性与经济性,应探索选择优质PC构件供应商的方法。通过分析已有相关文献,结合专家访谈,构建PC构件供应商评价指标体系,组合赋权后借助VIKOR方法构建供应商选择决策模型,最终在实际案例中验证模型的可行性。结果表明该模型可为企业选择PC构件供应商提供科学决策方法,促进装配式建筑行业的发展。

钢板组合梁构件退化对结构敏感性分析

随着安徽省内双主梁钢板组合梁梁桥的推广应用,钢板组合梁建设后管养需求日益扩大,其构件退化对结构的影响有待明确。结合安徽省钢板组合梁桥实际工程,建立钢板组合梁有限元模型,通过模拟不同构件退化情况,分析在役钢板组合梁构件退化对结构的敏感性,明确影响钢板组合梁整体性能的构件退化主要因素及影响规律。研究表明:预制桥混凝土面板强度的退化是影响在役钢板组合梁结构性能的主要因素,其次为钢主梁锈蚀深度的影响,钢主梁锈蚀面积、钢横梁锈蚀程度、混凝土湿接缝退化等是影响钢板组合梁受力性能的次要参数。

矩形钢管混凝土柱-软钢板组合高墩地震模拟振动台试验

在矩形钢管混凝土柱-软钢板组合高墩试设计基础上,设计制作了2个比例缩尺模型,开展地震模拟振动台试验,对新型组合高墩的抗震性能进行初步验证。试验结果表明,新型组合高墩模型的地震反应受到地震动频谱特性和场地类别的显著影响,软弱土会放大其地震反应;在频遇地震作用下整体处于弹性状态,在强烈地震作用中,软钢板将率先屈服耗能。