压弯扭作用下新型承插装配式桥墩的抗震性能

为明确并提升承插式拼装桥墩抵抗压弯扭等复合荷载的能力,提出了一种结合灌浆套筒和承插口组合连接的新型承插装配式墩,通过复合荷载作用下的拟静力试验对比了现浇(reinforced concrete,RC)、灌浆套筒(grouting and sleeve,GS)、承插口(socket with ultra-high performance concrete,SU)和结合套筒连接钢筋的新型承插(grouting sleeve and socket with ultra-high performance concrete,GSU)连接拼装桥墩的损伤机理和滞回性能,结合有限元模型重点讨论了承插口深度对滞回性能的影响。结果表明:4个构件的破坏模式都是以受弯破坏为主的弯扭破坏,其中SU构件出现了轻微拔起的现象,而对应的GSU构件并未出现该现象,与RC构件接近;各构件的剪力-墩顶位移骨架发展趋势比较一致,由于GSU构件纵向钢筋连续,具有更好的整体性能,其抗弯承载力与RC构件接近,且明显大于SU和GS构件,4个构件弯曲滞回耗能较为接近;承插口深度为1.0倍截面宽度的GSU构件抗扭承载力略高于RC构件,且明显大于其余装配式墩,GSU构件的扭转刚度、延性系数和耗能能力均大于其他3个墩;当承插口深度采用0.5倍构件截面宽度时,新型承插GSU构件的抗弯和抗扭承载力均略高于整体现浇构件,具有良好的抵抗压弯扭荷载的能力,可以实现浅承插口连接。研究结果可为压弯扭复合作用下装配式墩的应用提供试验依据。

含引气剂海工混凝土的抗冻性能及其梁受弯承载力

为了研究引气剂对海工混凝土抗冻性能及其梁受弯承载力的影响,对2种配合比6根海工混凝土梁及相应的冻损试件进行总计100次快速冻融试验;采用质量损失率、动弹性模量损伤度和抗压强度损失率对混凝土冻融损伤程度进行有效评价;考虑混凝土抗压强度退化以及等效矩形应力图系数的变化,提出了冻融作用下海工混凝土梁正截面受弯承载力计算公式。结果表明:加入引气剂可以增强海工混凝土的抗冻性能,降低梁的开裂弯矩退化速率,但会降低混凝土强度和梁的极限弯矩;在150次冻融循环内,提出的模型能够较好地预测冻融作用下海工混凝土梁的正截面受弯承载力。

扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱拟静力试验研究

为研究扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的力学性能,以截面形式和扭弯比为参数对6个内嵌H型钢-钢管混凝土柱进行拟静力往复加载试验,得到扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、弯矩-位移骨架曲线及关键力学特征和刚度退化曲线。研究表明:1)随扭弯比增加,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的破坏特征由“弯”型向“扭”型转变;2)扭矩增加到弯矩的34%和67%时,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.0%和17.7%,而内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.5%和22.7%,反映内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱均有较好的扭弯复合承载力;3)扭矩对内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的早期受弯刚度影响较小,但会降低内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值割线受弯刚度;4)提出了内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力计算方法,该方法得到的扭弯承载力理论值与试验值吻合良好,有较好的精度。研究结果可完善内嵌H型钢-钢管混凝土组合结构构件的基本理论,为内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力设计计算提供参考。

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度研究

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用。为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向等效抗弯刚度有效率η的隐式表达式。通过截面参数分析,探讨了构件长度对中性轴距离c值、等效抗弯刚度有效率η值、截面最大应力的影响;研究了上下圆弧块厚度、曲率半径、圆心角及半短轴长b值对装配式构件截面上的最大应力的影响规律;为了反映装配式车站环缝实际作用范围,引入了环缝影响系数λ,拓展了类矩形装配式衬砌纵向等效连续化模型。研究结果表明:不同构件长度下截面应力分布状态及η值保持不变,且弯矩方向对其影响较小。在弯矩不变的前提下截面最大应力受半短轴长b值影响较大。当顶板块厚度t1处于0.6~2 m范围时,截面最大拉应力随半短轴长b增加而降低6.8%~9.3%;当底板块厚度t3处于0.6~2 m范围时,随着半短轴长b增加,截面最大压应力降低62.5%~63.6%。随着λ由0增加到1,纵向等效抗弯刚度有效率η由1降低到0.05%且变化趋势逐渐降低,与纵向等效连续化模型计算结论一致。本文研究结论对于装配式地铁车站预制构件结构设计及抗弯承载能力验算可提供有效参考。

拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝受力行为研究

为研究拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的受力行为,开展了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的应力测试试验,测试了高强钢丝在不同轴向荷载和弯曲角度下的应力值。建立了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的有限元模型,分析了高强钢丝的应力分布情况,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的准确性和合理性。基于该有限元模型,进一步研究了高强钢丝表面和截面内的应力分布情况,以及弯曲作用对应力范围的影响。结果表明,存在弯曲角度时,高强钢丝的应力分布会变得不均匀。相同轴向荷载时,高强钢丝应力值和应力范围都随弯曲角度的增加而增大。拉伸-弯曲组合作用会显著影响高强钢丝中部和两端区域的应力变化,使得这些区域内应力沿轴向和径向都存在较大的应力梯度,拉伸-弯曲组合作用效果在这些区域内应重点考虑。

微型钢管桩内接于灌注桩围护结构计算方法探讨

针对土岩结合二元地层深基坑工程中“吊脚桩”围护结构存在的问题,提出了灌注桩内接微型钢管桩围护结构。考虑微型钢管桩与桩间岩土的“纽结效应”和开挖后桩间岩石与带裂缝混凝土相似性,将该结构等效为上部灌注桩+下部带裂缝的钢筋混凝土无腹筋等效梁阶梯变截面桩(梁)模型,下部等效梁中微型钢管为纵向钢筋,桩间岩石为带裂缝混凝土。用侧向刚度折减来定量表征围护结构截面减少和岩体裂缝对围护结构刚度影响,提出基于侧向刚度折减的弹性支点法来计算围护结构内力,并考虑纵筋销栓作用计算等效梁抗剪承载力。工程实例计算表明,侧向刚度折减系数β由0.85减至0.12,上部灌注桩弯矩增大55.8%,下部等效梁弯矩减少48.7%,上部灌注桩剪力减少13.6%,下部等效梁剪力减少22.0%,桩顶水平位移增加39.5%。开挖至土岩结合面处该结构相对于“吊脚桩”围护结构,桩顶水平位移、竖向沉降没有明显突增,桩顶最终水平位移、竖向沉降仅为“吊脚桩”围护结构的43%、69%。桩顶水平位移监测值为5.5mm,仅为计算包络值的35%,说明刚度折减系数可适当提高。本研究可为土岩结合二元地层深基坑支护提供参考。

弯曲作用下承插式管道柔性接口力学性能试验

为分析单调加载方式下不同加载速率对承插式柔性接口力学性能的影响规律,进行DN150 mm弯曲作用下球墨铸铁管道承插式柔性接口单调加载试验,并基于弯矩和转角、转角和拔出位移数据,建立柔性接口的弯矩转角-轴向位移关系所服从的一般规律,给出形式简洁的数学表达式。试验结果表明:1)在接口转角位移未达到接触转角位移时,加载速率对接口弯矩值影响较小;接口转角位移在接触转角位移之后,接口弯矩值的大小受加载速率的影响显著;2)接触转角位移小于2°时,主要为挤压变形;2°~4.7°(接触转角位移)主要为摩阻力及部分挤压变形;接触转角位移大于4.7°至加载停止主要为摩阻力。本文成果可为柔性接口管道抗震设计和施工提供一定参考。

载荷作用下结构纤维对混凝土渗透性能及弯曲韧性的影响

混凝土结构受载荷作用在正常使用中常出现带裂缝工作,导致混凝土结构使用寿命缩短。文中通过冻融循环试验与常水头渗透方法计算混凝土裂缝渗透率,分析其渗透性能,参照RILEMTC162-TDF标准,对混凝土开口梁进行三点弯曲试验,分别计算裂缝表面粗糙程度值,分析与弯曲韧性间的关系。研究表明,结构纤维(SF/PP)均对混凝土的抗渗性能有显著提升作用;结构纤维混凝土开裂的渗透率还受到开裂表面的曲折度与粗糙度影响,且粗糙程度与弯曲韧性之间呈现正向相关性.

高、低温耦合场水工混凝土弯、压力学研究

为研究来龙灌区二干渠除险加固工程中水工混凝土主材弯、压力学特征影响特性,设计开展了高、低温物理作用下的力学试验,分析了高温、冷冻物理作用对混凝土试样强度、应变影响。试验结果表明,高温温度愈高,抗弯强度呈先增后减变化,而抗压强度呈一致性增大特征,但后者受高温作用影响敏感性弱于前者。在高温物理作用下,弯曲应变破坏特征会逐步由应变软化过渡至硬化,但压缩应变始终呈应变脆性。试验研究表明,冷冻负温增大,弯曲应力、压缩应力均会同向性提高,但前者受低温作用影响高于后者,压缩应变在低温作用下更大,低温每梯次向负温增大10℃,分别可导致抗弯、抗压强度提高27.6%、9.5%。本研究成果可为系统研究水工混凝土弯、压力学特征及力学试验设计提供参考。

柔性法兰节点试验分析及简化计算方法研究

柔性法兰是一种形式简洁、便于施工的钢管连接形式。以柔性法兰节点足尺试验为基础 ,分析柔性法兰在拉弯荷载作用下的受力特点及计算参数研究 ,并提出其简化计算方法。

钢管约束混凝土纯弯构件抗弯力学性能研究

采用有限元软件建模对钢管约束混凝土纯弯构件的荷载-变形关系进行了计算,计算结果分别得到了两个圆形及两个方形构件试验结果的验证。在此基础上,利用有限元方法对钢管约束混凝土纯弯构件受力过程中钢管及核心混凝土之间的相互作用以及构件的荷载-变形关系进行了分析,最后探讨了钢管约束混凝土纯弯构件抗弯承载力的实用计算方法。

弯扭复合作用下RC圆形桥墩滞后性能及模型研究

多维地震作用下,斜交桥和曲线桥梁等非规则桥梁的钢筋混凝土(RC)桥墩受到轴压、弯曲、剪切和扭转复合作用,特别是在扭转作用,引起非规则桥梁RC桥墩弯剪失效,从而影响桥梁结构的抗震性能。为了阐明弯曲和扭转耦合作用对RC圆形桥墩滞后性能的影响,对扭弯比不同的12个RC圆形桥墩进行循环试验研究,评价弯扭相互作用对RC桥墩抗弯性能和抗扭性能的影响,并基于试件的破坏特征以及力和位移关系等试验结果,建立能够预测弯扭相互作用下RC桥墩滞后性能的恢复力模型。结果表明,弯扭相互作用降低了RC桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区域要高于弯曲塑性铰长度区域。提出的考虑扭弯比影响的RC桥墩的弯曲恢复力模型和扭转恢复力模型,可以较好预测弯扭相互作用下RC圆形桥墩的滞回性能。

偏载作用下组合箱梁桥波形钢腹板的屈曲

通过建立波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的空间有限元模型,分析钢腹板尺寸参数的变化对弯-扭耦合作用下箱梁钢腹板屈曲临界荷载系数及屈曲模态的影响规律.结果表明:跨中偏载作用下,波形钢腹板的屈曲总是发生在跨中偏载一侧的腹板上;钢腹板折叠角小于20°时,不同箱梁高跨比的钢腹板抗屈曲能力增幅基本一致,折叠角大于20°时,高跨比越小,抗屈曲能力随折叠角增大其增幅越大;不同厚度的钢腹板随折叠角度的增大其抗屈曲能力增大,折叠角大于20°时,钢腹板越厚,抗屈曲能力随折叠角增大其增幅越大;对不同高跨比的箱梁,折叠角度一定、腹板厚度增加时,腹板抗屈曲能力和箱梁抗扭能力的增幅基本相同;折叠角小于20°时,箱梁抗扭能力随高跨比的减小而迅速减小,折叠角大于20°时,箱梁抗扭能力随高跨比增大而线性增大.

胶合竹-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

基于已有的推出试验,选择螺杆、凹槽和预紧力凹槽3种连接件,开展了5根胶合竹-混凝土组合梁的四点抗弯试验,研究连接件类型与数量对组合梁抗弯性能的影响.试验结果表明,组合梁具有较高的初始组合效应,在正常使用极限状态内的组合效应相对稳定,且组合梁的抗弯刚度和承载力随连接件数量增加而提高;对于采用螺杆连接件的组合梁,其极限承载力取决于指接部位的抗拉强度;对于凹槽类连接件的组合梁,其极限承载力主要由端部连接件的抗剪切强度控制;采用预紧力凹槽连接件的半装配式组合梁与现浇施工方式的凹槽组合梁相比较,其抗弯性能很接近,但施工效率显著提高;欧洲规范EC 5中的等效截面刚度法高估了试件的承载力,不适合直接套用于组合梁.

钢筋混凝土梁抗震可靠度影响因素

目的研究钢筋混凝土梁抗震可靠度的影响因素,分析各因素对钢筋混凝土梁抗震可靠度计算的影响规律,为钢筋混凝土梁设计和加固提供参考.方法采用考虑变量随机分布的JC验算点法,对钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪可靠度进行计算,统计可靠度随各因素的变化规律.结果梁抗弯可靠度随配筋率和应变速率的增大而增大,随荷载比的增大而减小.梁抗剪可靠度随应变率和剪力增大系数的增加而增加,随配箍率和荷载比的增大而减小.钢筋混凝土梁抗弯可靠度和抗剪可靠度随几何尺寸(宽、高、保护层厚度,箍筋间距)的变化有微小变化或无变化.结论梁抗弯可靠度受配筋率、荷载比以及应变速率的影响较大,受几何尺寸的影响很小;梁抗剪可靠度受配箍率、荷载比、应变速率及剪力增大系数取值的影响较大,不受几何尺寸的影响.

弯曲薄板的修正的功的互等定理及其应用

研究发现,弯曲薄板Betti(贝蒂)的功的互等定理命题中的两个主要前提,"一个弯曲薄板"和"两组力的作用"是相互矛盾的,因为两组力的任意一组力都可以改变"一个弯曲薄板"成为另外一个弯曲薄板.这一矛盾导致弯曲薄板Betti的功的互等定理是一个具有逻辑错误的定理.基于对这一矛盾的分析,提出了修正的功的互等定理,在该定理中,给出了弯曲薄板的功的互等定理的正确命题.同时,该修正的功的互等定理为功的互等法提供了理论基础,功的互等法是结构分析的一个新颖的和强有力的方法.

预制节段式无粘结预应力混凝土箱梁受弯扭剪共同作用分析

预制节段无粘结预应力混凝土箱型桥梁是一种在西方已推广的桥梁结构形式。它满足了人们使用工业化预制件快速施工的愿望。这种结构形式及施工方式可以节省大量施工时间并使施工不受天气影响。与有粘结预应力技术相比,无粘结预应力钢束一般有外保护层,可以防止由于混凝土开裂对预应力钢束的锈蚀损伤,保证结构的耐久性。本文针对预制节段无粘结预应力混凝土箱型桥梁受弯扭剪复杂作用力下的计算模型和破坏机理进行研究,并与德国步伦瑞克工业大学(TU Braunschweig)从事的试验结果相比较,证明了本文研究结果的正确性。

地震作用下预应力混凝土管桩运动响应三维数值分析

基于黏弹性人工边界,建立上部结构-桩-土的共同作用三维有限元模型,分析地震作用下预应力混凝土管桩的运动响应特性。分别针对预应力混凝土管桩的桩径、双层软硬土剪切波速比值、上覆土层厚度、上部结构荷载等影响因素进行数值计算。参数分析表明:在地震作用下,桩径的增大会导致桩身整体弯矩相应增加,特别是桩身土层分界面处增大明显;软硬土层剪切波速比及上覆土层厚度的增加,引起土层分界面处桩身峰值弯矩增加;固定桩头条件下,桩头与桩身软硬土层分界面处均会产生较大的运动弯矩;上部结构的惯性荷载对固定桩头的内力有着较大影响,对桩身深处段弯矩影响较小。本文研究结论可为预应力混凝土管桩抗震设计提供有益的理论参考。

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。

弯剪共同作用下活性粉末混凝土梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验。考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异。基于修正压力场理论,对开裂后的混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正;将弯矩效应叠加至纯剪作用下的截面分析中建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序;对RPC简支梁的试验结果与计算结果进行对比分析。研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。