不同应力水平下给定含水率混凝土低温有效预压性能试验研究

为评估低温储罐类预应力混凝土结构设计及安全性能,通过对混凝土施加各种初始预压应力水平(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6及0.7)并在-160℃低温作用下的试验,系统地探讨其有效预压性能变化规律,同时比较较高和正常两种较为典型混凝土含水率情况对其影响差异。结果表明,随施加的初始预压应力水平提高,混凝土降温点和温均点时的有效预压应力损失率均呈下降的变化趋势,而其降温段和恒温段时的有效预压应力变化率的变化较为复杂;混凝土达其降温点后恒温阶段的有效预压应力损失均有所恢复,且随初始预压应力水平的提高其恢复程度更加明显;含水率对不同初始预压应力水平混凝土低温作用下降温点和恒温点时的有效预压应力损失率变化趋势未产生影响,仅使其变化程度有较明显的差异。

鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶结构静力性能分析

鼓蜂窝四撑杆型索穹顶抛弃传统概念,结合了多撑杆构思,是构形最为丰富的一类索穹顶结构。为研究新型鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶结构静力性能,选取下弦节点布置方案1,建立跨度为120 m的有限元数值分析模型,研究该结构在不同荷载水平及分布方式下的变形和内力变化。并进一步对结构进行参数化分析,研究包括初始预应力水平、矢跨比、撑杆高度(厚跨比)及下弦节点布置方案等不同参数对于结构整体刚度与承载力的影响及变化规律。分析结果表明鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶具有良好的结构性能,各索杆均不容易发生破坏,结构整体刚度大。研究中给出了初始预应力水平与相关几何参数的合理取值范围,可为该结构索穹顶的实际工程设计与应用提供参考。

百米级超长预应力束张拉试验研究

以常州市S122省道长江路上跨桥为研究对象,通过现场试验,研究百米级超长预应力束的初始张拉力及持荷时间,根据孔道摩阻试验得出孔道摩阻系数对理论模型进行检算。结果表明,100 m级超长预应力束的初始张拉力宜取张拉控制力的30%,持荷时间宜取6~8 min,孔道摩阻系数较规范值大,造成结构挠度增大及混凝土应力储备减小,但仍在规范允许范围之内,实测孔道摩阻系数对超长束的设计及施工具有重要参考价值。

考虑施工阶段的装配式钢-混凝土组合梁非线性全过程分析方法

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁的剪力键预留孔角隅和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带装配式栓钉(PCSS)剪力键和预制预应力桥道板的钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-Concrete(PSTC)Composite Beam)。针对从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,提出了一种装配式组合梁的非线性全过程分析方法:建立精细化有限元模型,预制桥道板和板间接缝采用在混凝土实体单元中是否嵌入普通钢筋单元分别模拟;桥道板采用预应力钢束降温法模拟板内获得预压应力的过程;组合梁采用导入初应力的方法,实现将先期获得预压应力的桥道板与钢桁结整为组合梁共同受力。利用该方法模拟分析了装配式钢桁-混凝土组合梁在负弯矩作用下,从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,并与组合梁负弯矩区段力学行为性能试验的结果进行了对比。结果表明:该模拟方法能较真实模拟装配式钢-混凝土组合梁从安装桥道板到桥道板的破坏的全过程受力行为,挠度计算值与实测值相差4.1%,吻合较好。

预应力连接预制节段桥墩抗震性能数值仿真分析

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震地区广泛应用,但在中国的工程应用甚少。由于预制节段墩的抗震机理尚不明确,震害资料缺乏,使其在强震地区的应用受到制约。本文基于预应力连接预制节段桥墩缩尺模型的拟静力试验,采用有限元分析软件ABAQUS,建立其精细化数值模型,在压弯荷载作用下进行墩柱的非线性力学行为仿真,并与试验结果进行对比验证;在此基础上,探讨耗能钢筋配筋率、预应力筋面积及其初始张拉力3个关键设计参数对预制节段桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:本文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果;随耗能钢筋配筋率的增加,桥墩承载能力、等效黏滞阻尼比和残余位移都明显增加;随预应力筋面积增加,桥墩屈服后刚度明显增加,抗侧承载力增加,残余位移略有增加,等效黏滞阻尼比降低;随预应力筋初始张拉力的增加,桥墩承载能力增加,但墩底混凝土破碎严重;对于预制节段拼装预应力桥墩,建议当目标偏移率不超过4%时,为了避免严重的混凝土损伤,预应力筋初始张拉力应小于其极限抗拉强度的50%;为了实现桥墩震后的快速修复,耗能钢筋配筋率应小于1%。研究结果可为预制节段拼装预应力桥墩的抗震设计提供参考,促进其在强震地区的使用。

二次受力下预应力钢绞线加固RC梁抗弯性能分析

利用ABAQUS有限元软件分析二次受力影响下预应力钢绞线加固RC梁的抗弯性能,进一步研究初始加载程度、持载加固、卸载加固等影响因素对二次受力加固梁加固效果的影响。通过对已有试验进行建模分析,在验证数值模型准确性的基础上,设计了12根试件进行有限元参数分析,对比各参数在极限承载力、挠度、加固效果等方面的差异。研究结果表明:所建立的有限元模型可以合理预测预应力加固梁的抗弯性能。预应力钢绞线加固梁的极限承载力显著提高;当初始加载程度越大时,加固二次受力RC梁的极限承载力提高幅度越小,梁最大挠度的变化越小,二次受力对加固梁的整体性能影响越大;当构件受损严重时,宜采用卸载加固;选择受损较轻时对构件进行加固,以获得更好的加固效果。

初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响

为研究初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响,建立了钢梁内嵌式预应力简支组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、侧向位移、拉索张力以及梁的曲率等关键参数的变化,得到初始几何缺陷对该预应力组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明:对于内嵌钢梁的预应力简支组合梁,初始几何缺陷形式可分为跨中弯扭屈曲和腹板局部屈曲两种,其中跨中弯扭屈曲对该预应力组合梁的抗火性能有一定影响。初始几何缺陷越大,该预应力组合梁跨中挠度随温度升高而下降的速率越大,临界温度更低。由于预应力拉索会随着组合梁变形协调,因此初始几何缺陷越大,同一温度下拉索应力与塑性应变也将更大。在高温破坏时,梁加载点处曲率最大,其次是跨中区段。初始几何缺陷形式影响了梁沿纵向的曲率分布,在第一阶弯扭屈曲形式的初始几何缺陷影响下,梁跨中曲率增大,但整体曲率所有下降;在第四阶弯扭屈曲影响下,梁跨中曲率减小,但整体曲率有所增大。

基于OpenSees仿真的自复位预制装配RC桥墩抗震性能分析

将震后可恢复功能设计新理念和预制装配桥梁建造新技术相结合,在已开展自复位预制装配式RC桥墩结构拟静力往复加载试验基础上,基于OpenSees软件平台建立了自复位预制拼装RC桥墩的数值模型.数值仿真了水平往复加载作用下自复位预制桥墩力学行为并与模型试验结果进行了对比验证.参数化分析了预制桥墩高宽比、轴心后张预应力筋面积和初始张拉力等关键设计参数对自复位预制桥墩抗震性能的影响.结果表明,本文基于OpenSees建立的数值模型可较好地模拟自复位桥墩的拟静力往复力学行为.随墩柱高宽比增大,预制桥墩侧向初始刚度、屈服后刚度、承载力迅速下降,滞回曲线也越来越不饱满,耗能能力变弱.随轴向预应力筋初始张拉应力增加,桥墩屈服承载力增加,但对屈服后刚度无明显影响.轴向预应力筋面积对桥墩屈服承载力基本无影响,但对桥墩屈服后刚度影响显著,且大致呈正相关特性.

初始持荷水平对预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

对4根预应力钢带加固的钢筋混凝土梁以及1根未加固钢筋混凝土梁进行了静力加载试验,研究初始持荷水平及钢带间距对预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪性能的影响作用。试验结果表明：采用预应力钢带加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力高于未加固试件,加固后梁的变形能力有所提高。加固前梁的初始持荷水平对抗剪承载力的提升有明显影响,初始持荷水平越低,承载力提高作用越显著。钢带间距越小,抗剪加固修复效果越显著。通过分析初始持荷水平、钢带间距以及预应力水平等因素对梁试件抗剪承载力的影响机理,在考虑初始持荷水平的情况下,提出了预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算式,计算值与试验结果基本相符。