RoadMesh钢丝网加筋新老路面结合部抗裂性能数值模拟

老路拓宽工程因新老路基路面之间的不良结合和差异沉降易造成沥青路面结构产生纵向反射开裂,为了提高相应的抗裂能力,近年来在结合部沥青下面层和半刚性基层之间铺设RoadMesh钢丝网加筋处治的新技术得到越来越多的应用。为此,依托实体工程,通过预设新老路面结合部纵向开裂,建立了合理的新老路面结合部加筋结构的三维有限元模型,根据不同荷位作用下沥青路面结构力学响应的数值模拟,确定了最不利荷位,并据此对比分析了RoadMesh钢丝网、土工布、自粘式玻纤格栅和高强土工格栅加筋新老路面结合部的沥青路面结构力学响应。研究结果表明,荷载两车轮均作用在新路一侧且靠老路一侧的车轮外缘与结合部对应时为最不利荷位,相应的路表弯沉和底基层层底拉应力最大;4种筋材的加筋抗裂性能依次为RoadMesh钢丝网>高强土工格栅>自粘式玻纤格栅>土工布。因此,RoadMesh钢丝网是一种抗裂性能优良的路面加筋材料,可进行推广应用。

CFRP-OFBG板加固损伤钢梁抗弯疲劳试验及其寿命预测研究

为研究采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固后钢梁的疲劳性能,采用自主研发的具有自监测性能的智能碳纤维-光纤光栅板(CFRP-OFBG板)加固受损钢梁,在完成常幅荷载四点弯曲疲劳试验的基础上,研究不同应力幅作用下CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳性能。借助有限元方法,建立“三维实体”有限元模型,结合J积分计算方法求解得到加固钢梁裂纹尖端的应力强度因子,基于线弹性断裂力学理论建立疲劳裂纹扩展模型,对CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳裂纹扩展寿命进行预测。研究表明:CFRP-OFBG板的加固作用可有效提高受损钢梁的疲劳寿命,延缓裂纹扩展速率,改善裂纹尖端的受力状态,降低裂纹尖端的应力强度因子;在循环荷载作用下,CFRP-OFBG板加固试件的疲劳寿命均随着应力幅的增大呈现递减趋势。将试验结果与预测结果相比较,发现加固试件疲劳寿命预测值比试验值略高,分析认为,这主要是因为在有限元模拟时没有考虑到试验中CFRP-OFBG板的局部剥离。

加肋钢悬臂支撑-底部钢板组合桥面拓宽技术

[目的]在桥面拓宽施工过程中,常出现新旧桥连接处纵向开裂、拓宽桥面横向开裂等典型问题,如何通过优化和改进桥面拓宽技术解决这些问题是桥梁工程的一个重要内容.[方法]以国内首座跨海大桥——厦门大桥的桥面拓宽工程为背景,提出了一种加肋钢悬臂支撑-底部钢板组合的桥面拓宽方法.该方法有机结合了钢-混组合梁、正交异性钢悬臂板、底部加固钢板等桥面拓宽加固方法,采用混凝土现浇板作为桥面板、湿接法连接新旧桥梁,然后通过外延加肋钢悬臂构建支撑结构,并兼做现浇桥面混凝土的永久性模板.[结果]厦门大桥桥面拓宽加固工程的三维有限元仿真结果表明,钢悬臂布置间距增大会导致拓宽部分混凝土桥面板的拉应力增加,而设置下部加固钢板对于拓宽桥梁结构的挠度和应力分布影响明显.[结论]通过合理布置钢悬臂支撑结构和底部钢板,可显著减少拓宽部分混凝土纵横向裂缝的产生,改善拓宽后的桥梁的力学性能.相关成果有效支撑了厦门大桥的拓宽加固改造施工,为同类工程提供了有益的参考.

预应力CFRP修复含裂纹钢板疲劳寿命的延长预测

为研究预应力碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)修复对于海上油气勘探开发平台上含裂纹钢板的疲劳寿命的延长效果。基于围线积分方法建立计算预应力CFRP修复含裂纹钢板应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的仿真分析模型,结合线弹性断裂力学,验证模型的准确性,提出1种简单、高效的SIF计算方法;基于扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)建立预测预应力CFRP修复含裂纹钢板疲劳寿命的仿真分析模型,并利用疲劳试验结果进行验证,分析预应力对含裂纹钢板疲劳寿命的延长效果。研究结果表明:CFRP修复对含裂纹钢板有良好的修复效果,可较为明显地延长其疲劳寿命,随着预应力的增大,其延长效果会进一步增强。研究结果可为海上平台安全评估提供参考。

新型高强钢板在结构抗接触爆炸中的应用

为研究NFB700E1高强钢板对钢筋混凝土结构抗震塌性能的提升效果,开展了五组组合结构抗接触爆炸试验(以Q345普通钢板为对照组),并基于试验结果,建立了较为真实的数值仿真模型,通过多组数值仿真算例,计算出钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构的相当不震塌系数,量化了防震塌钢板对钢筋混凝土抗震塌能力的提升幅度。结果表明:抗爆试验中,随着钢筋混凝土靶板厚度减少,其爆坑等效直径、爆坑深度和防震塌钢板的最大变形量均呈增大趋势;通过对比爆坑深度和钢板最大变形量等参数,不断迭代优化,得到了吻合程度较高的有限元数值仿真模型;计算得到钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构和钢筋混凝土的相当不震塌系数,其中NFB700E1高强钢板8 mm厚时相当不震塌系数约为0.141,6 mm厚时约为0.159,相较于钢筋混凝土(0.475),相当不震塌系数分别提高了70.3%和66.5%;相较于Q345普通钢板(0.230),相当不震塌系数分别提高了38.7%和30.9%。本工作建立的数值仿真模型可拓展延伸到更多工况,为其他防护工程抗震塌研究提供借鉴。

不同方案钢板混凝土防爆墙的抗爆性能分析

减小爆炸破坏的有效方法是在爆炸点与建筑物之间设置一道防爆墙。采用LS-DYNA软件借助已有文献推荐的方法建立数值分析模型。研究了不同药量爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙(RCBW)的破坏过程。提出了4种不同方案的钢板混凝土防爆墙并对其抗爆性能进行分析、排序。最后,利用RC框架作为防护对象,分析不同钢板混凝土防爆墙的防爆效果。结果表明:爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙的破坏过程分为3个阶段,处于第3阶段的钢筋混凝土防爆墙发生严重的破坏。相比较于钢筋混凝土防爆墙,4种不同方案的钢板混凝土防爆墙的抗爆性能均有明显的提高,其中双面钢板混凝土防爆墙的防爆效果最好。爆炸荷载下,经双面钢板混凝土防爆墙防护后的RC框架柱没有发生任何破坏,而经其他3种方案防护的框架柱均有一定程度的塑性损伤。

粘贴钢板加固竖向开裂T梁加固效果评价

为研究粘贴钢板对竖向开裂预应力混凝土T梁的加固效果,通过破坏性试验研究2片20 m预应力混凝土竖向开裂T梁的受力性能。分别从裂缝、位移、应变等方面对加固效果进行评价。结果表明:竖向开裂T梁的结构安全储备不足,但相比于未加固梁,通过粘贴钢板加固,开裂后的刚度提升了33.2%,屈服荷载和极限承载力分别提升了34.7%、52.9%;减少了33.7%的裂缝产生与扩展;并且在混凝土进入软化阶段前,钢板与结构的协同受力能力优异。可见,粘贴钢板加固预应力混凝土竖向开裂T梁的加固效果优异。

钢箱梁顶板-U肋疲劳裂纹钢板加固参数与效果分析

为研究钢板加固钢箱梁顶板-U肋疲劳裂纹的具体加固参数与加固效果,以加固件长度与厚度、是否设置加劲肋为变化参数,建立局部有限元分析模型,通过分析顶板-U肋焊趾处应力,评估受损构件的钢板加固效果,并提取裂纹尖端应力强度因子,研究不同参数对于加固效果的影响规律。结果表明:采用钢板加固顶板-U肋焊缝细节,可使模型中焊趾应力峰值降低约40%;胶层破坏时通常从顶板处开始破坏,现场加固时应确保顶板处胶层粘贴紧固;当钢板长度大于裂纹长度时,钢板长度对裂纹尖端应力水平影响较小,加固时保证钢板能够完全覆盖裂纹即可;当钢板板厚达母材板厚的1/2时加固效果趋于稳定,实桥加固时可取板厚为母材板厚的一半;与未加固裂纹相比,采用带加劲肋钢板可将裂纹尖端应力强度因子降低约50%,建议在加固时采用带加劲肋钢板,进一步提升加固效果。

地下车库地坪钢纤维混凝土施工技术应用研究

由于混凝土自身材料特性等原因,车库地坪找平层易开裂、空鼓,为减少裂缝的产生,一般采用钢筋网片方案进行抗裂,而实践发现,这一方案并不能起到很好的抗裂作用,取而代之的应是钢纤维混凝土这一新型高性能混凝土材料,该文对地下车库地坪钢纤维混凝土的施工技术进行研究:在施工之前,布设基准点并预设排水沟,根据配合比制备混凝土,并在混凝土中布设钢纤维,在施工地面布设抗裂钢筋;利用激光整平机摊铺混凝土,并做伸缩缝切割以及找平处理,进行钢纤维混凝土浇筑,采用“铺设土工布+洒水+固化剂”方式对钢纤维混凝土进行养护,完成地下车库地坪钢纤维混凝土施工。结果表明,钢纤维混凝土施工后地下车库地坪裂缝宽度、长度以及深度均低于最大限值,符合规范要求,设计技术具有良好的施工效果,在地下车库地坪钢纤维混凝土施工方面具有良好的应用前景。

钢筋混凝土预制板裂缝分析

探究钢筋混凝土预制板裂缝开展规律及处理方法对提高钢筋混凝土预制板结构的安全性、耐久性和可靠性至关重要。文章设计了4个钢筋混凝土预制板试件,其中一个未设置钢筋网片,另外三个设置了不同配筋率的钢筋网片,对试件进行了加载试验,对比了不同试件的荷载-挠度曲线、刚度比、承载力,分析了裂缝的间距及宽度。结果表明,设置钢筋网片能够抵抗裂缝开展、提升试件的承载力及刚度,且随着钢筋网片配筋率的增大,试件刚度、极限承载力提升幅度增大,裂缝短期最大宽度的降低幅度提高。

大体积砼基础防裂缝措施及冷却管兼做钢筋支撑架的研究

针对大体积砼筏板基础中常见的裂缝问题,进行了理论分析和深入研究。在此基础上,提出了多种有效的防裂缝措施,如优化配合比、采用低水化热水泥、设置冷却管等。特别地,本文还探讨了利用冷却管兼做钢筋支撑架的方案,为解决裂缝问题及降低施工成本提供了一种新颖的思路。通过理论分析和工程实例,证明了这些措施的有效性和可行性。

钢筋钢丝网砂浆加固RC梁的抗剪试验

进行了钢筋混凝土(RC)原梁、钢筋钢丝网砂浆(SWM)加固RC梁和钢筋网砂浆(SM)加固RC梁的抗剪试验研究.结果表明:相对于SM加固法,SWM加固法能大幅度提高加固梁的抗剪承载力;即使在钢丝网用量很少的情况下(施工方便),加固梁仍具有良好的裂缝控制能力和相对较大的变形能力.同时,给出了加固梁的抗剪承载力和斜裂缝宽度的计算公式,其计算结果与试验结果基本吻合.

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明：锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。

锈蚀钢筋混凝土梁粘贴钢板加固试验研究

制作了7根配筋率为0.81%的钢筋混凝土适筋梁,模拟既有钢筋混凝土结构在受荷后的实际状况,对其中的6根梁经预裂加载后采用电化学方法进行快速锈蚀,锈蚀试验按钢筋锈蚀率3%、6%和9%分为3组。采用粘贴钢板法对每组中的1根锈蚀钢筋混凝土梁进行了加固处理。通过加载对比试验研究表明:粘贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的正截面应变符合平截面假定,且正常使用性能得到明显改善、承载力达到了预期增强效果。粘贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和延伸高度,挠度变化呈现弹塑性变形特征,延性破坏特征明显。加固梁基本上发生钢筋钢板屈服后的受压区混凝土压碎破坏,其承载力受钢筋锈蚀率的影响较小。采用U型钢板箍辅以螺栓锚固梁底的粘贴钢板,是保证粘贴钢板与锈蚀钢筋混凝土梁协同工作的必要措施。

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果,首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响。随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验,评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命,并与各国规范相关S-N曲线进行比较。分析和试验结果表明:采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命,但高强螺栓止裂孔修复效率更优,其延长结构寿命是单纯止裂孔修复的9倍以上。以测点应力发生突变为疲劳失效判据时,单纯采用止裂孔修复不足以满足各国规范规定的疲劳强度等级,而高强螺栓止裂孔修复组明显高于AASHTO中A类细节等级,具有优异的抗疲劳性能。

CFRP加固损伤钢板的弯曲性能研究

针对含横向表面裂纹的受弯钢板,基于复合材料加固受弯钢板界面应力分布的理论解,设计了加固方案。通过有限元仿真分析了钢板受弯时粘结界面的应力分布和加固前后的受弯性能。最后通过试验验证了加固方案和计算方法。研究表明:有限元仿真结果与试验结果表现一致;对于含表面裂纹的受弯钢板,用CFRP加固可显著提高其抗弯刚度和承载能力,加固效果显著。

早期裂缝对钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响研究

钢板混凝土组合剪力墙在施工中易出现早期温度裂缝和收缩裂缝,为定量分析早期裂缝对钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响,基于混凝土受拉损伤等效模拟混凝土裂缝方法,对含早期裂缝的组合剪力墙抗剪承载力进行研究。首先提出降温生成初始裂缝和后续推覆分析的两步法,然后通过不同参数模型间的结果对比,分析开裂程度、轴压比和含钢率对含早期裂缝的钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响。

加固的历史风貌建筑墙体试验及结构抗震分析

针对天津现存的历史风貌建筑普遍存在砂浆强度低的情况,研究了原材料砖砌体及加固砖砌体试件的抗震性能。制作了2片原材料墙体试件、4片原材料墙体钢筋网水泥砂浆抹面加固试件,并对其进行了低周反复加载试验。应用等效体积单元(RVE)法对砖砌体进行模拟,对加固砖砌体则提出采用二次RVE法进行模拟,求得了其等效参数。用有限元模拟了加固墙体试件的低周反复荷载试验,并与试验进行了对比分析。最后对某一历史风貌建筑进行了加固前后的抗震性能有限元分析,验证了二次RVE法应用于加固砖砌体中的可行性。

受拉FRP加固X80钢板中表面裂纹应力强度因子的数值分析

半椭圆表面裂纹是金属结构中比较常见的一种缺陷,在外界因素作用下容易发生扩展,甚至导致结构破坏,而采用纤维增强复合材料(FRP)等新材料对其进行加固维修可以大幅度提高其使用寿命.文中应用Abaqus有限元软件,对受拉FRP加固X80钢板中半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行数值分析,并给出了加固条件下应力强度因子的半经验表达式.结果表明,在均匀拉伸载荷作用下,对于应力强度因子及加固效果,裂纹形状比的影响较大,裂纹相对深度有一定影响.

芜湖长江公铁大桥3号墩盖板大体积混凝土防裂技术研究

芜湖长江公铁大桥主桥3号桥塔墩盖板混凝土设计方量13 285m^3,属于大体积混凝土。为防止盖板大体积混凝土施工过程中内部或表面产生有害温度裂缝,从混凝土原材料优选、配合比优化、温控计算以及现场温度裂缝控制等方面进行防裂控制研究。结果显示:优化试验后选出了符合要求的盖板原材料和C40混凝土配合比;根据盖板温度应力场仿真计算结果,结合相关规范要求制定了原材料、混凝土、保温保湿养护等的温控标准;通过在现场采取骨料遮阳、胶材筒喷淋等措施控制混凝土入模温度,布设冷却水管控制混凝土内部温度,采取仓面喷雾、顶面蓄水等措施进行保温保湿养护,达到了预期的温控效果。