间断焊接包管加固圆钢管构件轴压极限承载力研究

为研究间断焊接包管加固杆件的轴心受压性能,设计了13组试件进行单调加载静力试验。对试件极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和截面应变发展规律进行分析,对比了负载加固与非负载加固对试件极限承载力的影响。结果表明:包管构件的破坏模式可分为整体失稳破坏和内管外伸段强度破坏;包管构件内外管协同工作、共同受力,内管和外管都在屈服后发生整体失稳破坏;负载加固与非负载加固试件的极限承载力基本一致,相差2.2%,非负载加固试件与未加固试件相比,极限承载力最大提高了479.9%。根据试验结果对包管构件的ABAQUS有限元模型进行修正,并用该模型分析了各主要影响因素对包管构件极限承载力的影响规律。提出了包管构件极限承载力经验计算公式,且公式计算结果与试验结果吻合较好。

低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙受力性能试验研究

为研究低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙的受力性能,对5个T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙进行了低周反复加载试验。基于试验数据,分析了T型组合剪力墙的破坏模式、滞回曲线、变形能力及耗能能力,重点研究了边缘约束条件、波纹类型以及轴压比不同变化参数对T型组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙破坏模式主要有压屈破坏和压弯破坏两种;设置边缘约束构件是提高T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙承载能力和变形能力的关键因素;纵向窄波纹钢板对内部混凝土的约束能力更强,在低周反复荷载下两者协同工作性更优,而横向窄波纹钢板试件强度退化最严重;采用全截面塑性设计方法进行T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验值与计算值吻合良好;T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙具有较好的承载能力和变形能力,可适用于高层及超高层建筑结构中。

地基承载力特征值确定土变形模量的探讨

目前我国地基沉降计算主要采用土压缩模量来计算,再用经验系数对计算结果进行修正。这种方法对于一些结构性较强的硬土地基误差较大,主要原因是取样扰动影响。为此,探讨了变形模量与地基承载力特征值的理论联系,在笔者提出的确定变形模量经验方法基础上,总结出依据地基承载力特征值确定变形模量的方法,该方法具有理论依据,可便捷地通过岩土工程勘察报告中常提供的地基承载力特征值确定土的变形模量,能够更为准确计算地基沉降值。采用不同方法(压板试验法、压缩模量推求法、标贯击数法、承载力经验法、依据地基承载力特征值确定变形模量法)计算了若干试验案例,通过对不同方法结果的对比,初步验证了依据地基承载力特征值确定变形模量法是可行的。

轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩的受压承载力

基于结构抗震韧性设计理念,提出一种可更换部件的钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩,以改善高墩桥梁的抗震性能。为明确新型组合高墩的正截面承载力,开展了轴心和偏心受压试验,获得其轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-应变曲线和破坏模式。以验证后的有限元模型为基础进行参数分析,探讨荷载偏心率、高墩长细比、软钢板厚度对新型组合高墩受压承载力的影响。研究结果表明:新型组合高墩在轴心和偏心受压下均产生了明显的面内整体弯曲变形,破坏模式均为整体弹塑性失稳破坏。偏心受压试件的承载力随偏心率或长细比的增大呈明显下降趋势,且两者的影响近似相互独立,当偏心率由0增至0.54时,承载力最大降低了约49%;当长细比由4增至79时,承载力最大降低了约38%。软钢板厚度由1 mm增加至10 mm,轴压承载力最大仅提高约9.5%,偏压承载力最大可提高约25%。将新型组合高墩简化为平腹杆格构柱,考虑软钢板对柱肢和钢系梁的约束作用,建立了新型组合高墩轴压承载力的计算公式。采用稳定系数和偏心率折减系数相乘得到承载力总折减系数,得到偏压承载力计算公式。该文建立的实用计算公式的计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好,可用于新型组合高墩的正截面受压承载力计算。

穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法研究

为准确计算岩溶区桥梁桩基嵌岩深度,依托莆炎高速公路岩溶区桥梁桩基工程,分别考虑桩基竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量,提出3种穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法,并验证3种方法的可靠性。选取34根代表性桩基对比嵌岩深度设计值与所提方法计算值,并选取1根试桩对比规范值与所提方法计算值。结果表明:34根代表性桩基中,1根桩基的嵌岩深度设计值小于考虑全寿命周期内溶洞溶蚀量的嵌岩深度计算值,占比2.9%;10根桩基的嵌岩深度设计值同时满足竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量要求,且安全储备合理,占比29.5%;23根桩基存在安全储备较高问题,占比67.6%,其中14.7%的桩基嵌岩深度设计安全储备高达5倍。各规范关于桩基嵌岩深度的取值差异较大,为确保桥梁桩基承载安全,同时降低施工难度和成本,建议设计穿越溶洞桥梁桩基的合理嵌岩深度时,充分考虑桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱偏压力学性能研究

为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线;加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小;当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势;随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化;根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

复合地基沉降量计算的平均切线模量法

地基的沉降量计算一直是地基基础工程中的重点问题,在地基基础设计过程中地基沉降量是重要的建筑变形控制参数,在满足地基承载力要求的前提下,只要将地基的沉降控制在允许变形的范围内,就能达到更好的经济效益,因此地基沉降量的准确计算对地基基础工程至关重要。地基沉降量的计算不仅与地基土层的物理力学性质、强度参数、变形指标有关,还与基础的尺寸有关,本文在原位载荷试验p-s曲线符合双曲线的基本假定条件下,采用切线模量法反算地基土层的切线模量和强度指标黏聚力,得到地基土层的变形和强度指标参数后,再用平均切线模量法计算实际基础的p-s曲线,进而确定实际基础的地基沉降量。文中通过CFG桩复合地基原位载荷试验及地基沉降量计算案例对切线模量法计算地基沉降量进行了优化,并与现行规范中地基沉降量计算方法进行了比较说明,验证了该计算方法的合理性。

空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能分析

由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能进行模拟分析。分析结果表明,空间钢构架对混凝土梁的斜截面受剪承载力有利,随着剪跨比的减小、配箍特征值的增大其斜截面受剪承载力提高。基于已有的试验研究和模拟分析,采用极限平衡原理,考虑空间钢构架的有利作用,建立空间钢构架混凝土梁抗剪承载力的计算公式,公式的计算值与试验值吻合较好,可以作为空间钢构架混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。

张弦式钢-竹组合工字形梁的短期受弯性能

为研究张弦式钢-竹组合工字形梁的受弯性能,以预应力水平、张弦及加载方式为基本参数,设计制作了12根张弦式钢-竹组合工字形梁进行受弯试验,观察分析了加载过程中组合梁的试验现象、破坏特征,探究了各参数对组合梁承载能力、应变分布、变形性能等的影响规律,并推导得出了张弦式组合梁承载力的近似计算公式。结果表明:张弦式组合梁的整体性能优良、组合效应突出,具有良好的变形性能及承载能力;张弦试件的破坏形态主要为翼缘竹材撕裂、局部钢材屈曲等破坏;施加预应力及提高预应力水平能有效增加组合梁的变形性能,以及在相同挠度控制条件下的承载能力,且采用二点张弦布置预应力筋时可获得更好的效果;张弦式组合梁跨中截面应变分布符合平截面假定,且随着预应力水平提高而中性轴下移;最后,基于理论计算得出的承载力与试验值较为接近且相对保守,近似计算公式具有较好的适用性。

不同截面钢管混凝土长柱承载力的统一算法

为了研究不同截面钢管混凝土长柱的承载力计算方法,收集了391个不同截面形式的钢管混凝土长柱承载力试验结果,对其承载力进行计算,通过对比试验结果发现规范承载力计算方法具有较高的准确性,但离散性较大,偏于不安全。现基于截面形式、套箍系数、相对偏心率和长细比等参数对规范承载力计算方法影响的研究,提出了适用于不同截面形式钢管混凝土长柱的承载力计算公式,利用该公式得到的承载力计算值与试验值比值的平均值为0.938,方差为0.025,计算结果的离散性较小,非保守估计数据点比例较低,仅为23.08%,计算结果更安全,该计算公式可供工程设计人员参考。

双曲拱桥承载能力验算与静载试验研究

双曲拱桥因其造价低、载重量大、施工方便等特点在上世纪六七十年代被广泛修建,由于设计标准低、施工质量差、载重超负荷等原因,现已出现不同程度病害,影响桥梁安全运营。文中以晨光大桥检测工程为例,详细介绍承载能力验算及静载试验过程,通过静载试验实测数据与理论数据对比综合分析,得出桥梁安全储备已不能满足安全运营。针对病害及不满足承载力要求部位给出加固建议,为同类型桥梁质量评定提供参考。

基于静力触探试验指标的静钻根植桩承载力计算方法

静钻根植桩因其兼顾高承载性能和绿色环保的优势而逐步在上海地区得到应用。虽然上海市《地基基础设计标准》(DGJ 08-11—2018)已将植入桩工法纳入到预制桩的推荐施工工法中,但并未提出相关的承载力计算细则,给静钻根植桩设计与应用带来了难度与不确定性。借鉴日本植入桩的承载力计算思路,等效为预制桩直径计算侧阻力,结合上海地区估算桩基承载力的经验,以单桥静力触探比贯入阻力为基本参数,引入侧阻力调整系数和扩大头阻力系数分别计算桩侧阻力和端阻力,提出了一种实用的静钻根植桩竖向承载力计算方法。工程实例计算表明,该承载力计算方法具有一定的可靠性,可为上海地区静钻根植桩设计提供参考。

氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力分析

为研究氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载性能的变化规律,设计了16个试件并完成轴压试验。在试验研究的基础上根据极限平衡条件,提出了氯盐腐蚀条件下钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式,选取不同的侧压系数进行对比优化;采用国内外常用规范对试件承载力进行计算,将计算值与试验值进行对比并提出使用建议。结果表明给出的侧压系数建议值与试验结果吻合较好,通过折减壁厚的方法计算承载力是可靠的,对氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土柱的理论研究和工程应用有一定的指导意义。

重组竹格栅式条形基础承载力计算方法研究

重组竹作为一种新兴的绿色建筑材料,以其绿色环保、轻质高强、耐腐蚀和易加工装配等优点成为广大学者的研究重点,以重组竹作为结构承重构件的项目不断落地.针对村镇建筑低荷载和低层数的特点,提出一种以重组竹为材料,适用于上部结构形式为竹木结构的格栅式条形基础,并对其开展结构选型和优化设计.开展了砂土地基中基础底面开孔率为0和24%的格栅式条形基础的土工离心机模型试验,揭示了基础底面开孔对地基极限承载力、基底压力和土体附加应力的影响规律.试验结果表明,基础底面开孔对极限承载力和基底压力的分布影响显著,但对土体附加应力的分布无明显影响.通过有限元计算方法模拟了砂土中格栅式条形基础的竖向承载特性,并且有限元计算得到的荷载-位移曲线和基底压力分布规律与离心机模型试验值结果吻合良好,证明了有限元方法的正确性.采用经验证的有限元方法对不同开孔率下格栅式条形基础的承载性能进行了系统研究,计算得到了不同密实度砂土地基中不同开孔率的格栅式条形基础的地基极限承载力,并与太沙基极限承载力计算结果进行了对比,引入开孔率概念,得到考虑开孔影响的格栅式条形基础的地基极限承载力计算方法.

黄河下游冲积地层高压旋喷锚索拉拔特性研究

为揭示黄河下游冲积地层高压旋喷锚索的拉拔特性,基于济南起步区黄河大道地下快速路基坑工程,选取了两组共8根高压旋喷锚索进行拉拔试验,并利用ABAQUS进行单根高压旋喷锚索拉拔精细化有限元计算。通过现场试验与数值计算结果对比,分析了高压旋喷锚索侧摩阻力和端阻力承载机制,研究了极限抗拔承载力的计算方法。结果表明:随加载荷载增大,高压旋喷锚索锚固段从全长弹性到局部塑性再到局部破坏后达到极限承载力,侧摩阻力峰值由端部向后不断传递,锚固体前段4m的侧摩阻力约占总侧摩阻力的86.9%,锚固段长度可进一步优化;加载期间,高压旋喷锚索端阻力持续增大,达到极限破坏时端阻力承担的荷载约占总荷载的30%,使得其位移增量变化较稳定。考虑端阻力提高效应及施工工艺因素,提出了黄河下游冲积地层高压旋喷锚索极限抗拔力承载力计算公式,通过与其他不同计算方法的对比分析,验证了该计算公式的合理性。

Q460钢管管板连接节点的受弯性能试验研究

对是否设置加强环板、不同节点板宽度和钢管轴压力的6组共12个Q460钢管管板连接节点进行受弯承载力试验研究.结果表明:无加强环板试件在节点板两端由于应力集中,承载力较低,有加强环板试件的节点板两端应力分布均匀,试件承载力显著提高.当节点板宽度与钢管直径之比由2.5增大到3.0时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别提高6.10%~16.07%、13.36%~20.68%、9.61%~12.34%.与无加强环板试件相比,1/4加强环板试件的承载力提高102.86%~130.73%,1/2加强环板试件的承载力提高129.88%~166.33%.当钢管轴压比由0.10增大到0.23时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别降低10.05%~17.77%、10.79%~16.20%、4.74%~7.05%.现有规范对于无加强环板节点的承载力计算偏于保守.考虑加强环板和钢管轴力对节点受弯承载力的影响,提出了Q460钢管管板连接节点的受弯承载力计算公式,与试验结果吻合较好.