高强钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能试验

目的为了研究高强钢管超高性能混凝土的黏结滑移性能,方法考虑径厚比、长径比和钢纤维掺量3个参数的影响,设计并制作15根构件进行试验研究,通过推出试验,得到轴向荷载与加载端位移的荷载-位移曲线,以及高强钢管与超高性能混凝土之间的黏结强度,根据试验结果,对影响黏结强度的参数进行定性定量分析。结果结果表明:随着高强钢管长径比和径厚比的增加,黏结强度减小;随着钢纤维掺量增加,试件黏结强度先增加后减小,即当钢纤维掺量从1%增加到2%时,黏结强度增加,但当钢纤维掺量从2%增加到3%时,黏结强度反而降低;试件荷载-滑移曲线表现为两种形式,一是有明显的峰值点,峰值点后曲线急速下降(部分出现尾部上升的现象),二是曲线无明显峰值点,拐点后曲线持续缓慢增长。高强钢管超高性能混凝土的黏结破坏分为黏结阶段、滑动阶段和抗摩擦阶段。结论以长径比、径厚比、含钢率和套箍系数为参数,结合试验数据并对其进行回归分析,得到适用于高强钢管超高性能混凝土黏结强度的计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比,计算值与试验值吻合较好,可为实际工程提供一定参考。

跨博-阿断裂隧道的抗错断性能模型试验

中国西部地区地质条件复杂,许多隧道工程在建设过程中会穿越不良地质区段,受到来自活动断层的错动威胁.为探究走滑断层作用下铰接隧道结构的应变响应规律及变形破坏机制,以天山胜利隧道工程为背景,利用光纤传感技术,通过室内缩尺模型试验,开展了走滑断层作用下分节段铰接隧道变形破坏研究.结果显示,隧道衬砌的变形主要发生在断层破碎带内部及边缘附近,隧道整体的破坏模式为拉压剪切组合破坏模式;沿隧道纵向,断层破碎带处隧道受力模式总体上为拱顶与拱底受拉,两侧既有受拉也有受压;沿截面环向,环向应变分布呈“W”形,存在两个拉应变峰值及两个压应变峰值,截面变形趋势为两侧受到水平挤压作用,迫使截面由马蹄形向椭圆形发展.研究结果揭示了走滑断层作用下铰接隧道的变形破坏形式以及衬砌变形规律,可为类似工程提供理论参考和技术支持.

双层滑带滑坡土环剪试验与稳定性分析

以云南省文山至麻栗坡高速公路K39段复合型双层滑带滑坡为例,采用室内环剪试验探明该滑坡深层、浅层滑带各自的残余强度,分析不同含水率、法向应力和剪切速率对滑带土残余强度的影响;采用FLAC3D软件进行数值模拟,基于滑坡应力-应变历史对滑坡稳定性进行评价。结果表明:滑带土在低含水率情况下力学强度较高,饱和状态抗剪强度参数表现出明显的衰减趋势;在地下水位保持高位时,深层滑带更易发生渐进式蠕动滑移。模拟结果显示:滑坡的深层滑带应力集中现象较为显著,浅层滑坡危险性较小,滑坡在暴雨工况下整体稳定性明显降低,存在一定风险,可通过设置排水洞等降水措施进行治理。

防滑袜防滑性能检测方法的研究

文章结合防滑袜产品的实际使用场景,通过对现有的摩擦系数测试标准进行研究,确定了采用静摩擦系数来表征防滑袜防滑性能的方法。通过试验选择合适的标准平面(摩擦介质)、接触面积和滑块质量作为防滑袜防滑性能的测试参数。根据确定的试验参数,对收集的防滑袜样品进行测试,分析试验数据发现,带硅橡胶面的袜底其静摩擦系数大于织物面的袜底,本试验方法可以有效地反映出防滑袜防滑性能。

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

基于保护层劈裂破坏的钢筋屈服后粘结锚固性能研究

《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)要求钢筋拉断先于锚固破坏,但是在地震作用下,结构往往出现锚固破坏。此外,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)要求抗震钢筋强屈比不应低于1.25,但是其中抗震锚固长度的修正系数仅考虑了往复荷载对钢筋粘结性能的不利影响,未明确要求钢筋应力达到1.25fy所需的附加锚固长度。主要通过试验研究的方法,探讨混凝土保护层发生劈裂破坏的条件下钢筋屈服后的粘结锚固性能。采用在钢筋表面开槽密贴应变片的方法测量钢筋的应变分布,以混凝土强度、钢筋强度、钢筋直径、保护层厚度等为变量,完成21个梁端式试件锚固试验。结果表明:钢筋屈服后,加载端滑移显著增大,屈服段粘结应力降低;劈裂裂缝的出现会导致粘结应力重分布,由筋端锚固问题向缝间粘结锚固问题转化。基于试验结果,得到了钢筋屈服后锚固强度计算公式以及钢筋应力-滑移的本构模型,能较好地预测钢筋锚固承载力和加载端滑移。

BFRP筋回收轮胎钢纤维混凝土黏结性能分析

对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土中的黏结性能进行了试验和分析研究.对不同RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度的试件进行了拉拔试验,研究其对黏结破坏模式、黏结滑移响应和黏结强度的影响,并提出了BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移理论模型.结果表明:BFRP筋RTSF混凝土黏结破坏类型包括拔出破坏、劈裂破坏以及拔出且劈裂破坏;BFRP筋直径对黏结破坏模式无显著影响,而RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度均对黏结强度有较大影响,且RTSF体积掺量与极限黏结强度呈正相关,BFRP筋直径和嵌入长度对其影响与之相反;当RTSF体积掺量从0增大至1.5%时,其极限黏结强度最大可提高约23.87%.与已有模型相比,所提出的黏结滑移理论模型对BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移曲线具有更高的拟合精度.

钢-UHPC轻型组合结构短栓钉抗剪性能试验研究

通过6个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合结构短栓钉推出试验,对其抗剪承载力、破坏形态、栓钉应变及荷载-滑移曲线进行了研究,探讨了栓钉直径、长度、数量以及界面黏结对短栓钉抗剪性能的影响规律.结果表明:所有试件均为栓钉根部剪切破坏,UHPC板除栓钉根部沿承压方向部分UHPC压碎外,其余部分保持完好,UHPC可以抵抗栓钉传递的高压应力;栓钉根部截面屈服后应力强化阶段明显,栓钉发生剪切破坏时,栓钉根部上侧应变超过3500με;长径比为2.0的短栓钉在UHPC中也能发挥全部强度;所有试件的荷载-滑移曲线分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段,所有短栓钉的最大滑移量均小于4 mm,工程应用时应按照弹性剪力连接件进行设计;栓钉直径对栓钉抗剪性能提高最显著,直径16 mm的栓钉比直径13 mm的栓钉的抗剪承载力和极限滑移分别提高了46.4%和11%,弹性刚度和塑性刚度分别提高了35.8%和59.1%,增加栓钉长度和界面黏结能有效提高栓钉的剪切刚度,长径比为3.0的栓钉比长径比为2.5的栓钉的弹性刚度提高了12.3%,界面有黏结试件比界面无黏结试件的弹性刚度提高了17.4%;相同间距内,合理增加更多栓钉有利于提高整体抗剪强度,但会降低延性变形能力.最后,结合实验数据和国内外UHPC中栓钉推出试验结果,建立了UHPC中栓钉荷载-滑移曲线和抗剪承载力预测表达式,计算值与试验值吻合良好.

不同初始饱和度条件下高液限滑带土环剪试验

针对某高速公路沿线边坡滑带土,开展了一系列环剪试验研究含水率对其残余强度的影响。制作1.20 g·cm^(-3)和1.35 g·cm^(-3)两种干密度条件下初始饱和度为25%、45%、65%、85%和100%的滑带土试样,在100 kPa、200 kPa和400 kPa正应力条件下开展试验,获得了滑带土剪应力与剪切角关系曲线。根据曲线得到残余剪切强度,得出滑带土的残余强度参数。结果表明,当正应力为100 kPa时,初始饱和度对滑带土残余强度影响不明显,当正应力为200 kPa和400 kPa时,初始饱和度增大将使残余强度降低。当干密度为1.35 g·cm^(-3)时,残余黏聚力随初始饱和度增加而增加,而当干密度为1.20 g·cm^(-3)时则表现出先增后减的规律。对于两种干密度的滑带土,残余摩擦角均随初始饱和度增加而减小。低干密度条件下残余强度参数随初始饱和度的变化更敏感。

高温后钢-PVA混杂纤维高性能混凝土与变形钢筋黏结性能试验

为研究高温后钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohols,PVA)混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)与变形钢筋的黏结性能退化规律,以200、400、600、800℃为目标温度,选取钢纤维体积率、PVA纤维体积率、矿粉掺量为正交试验因素设计并制作25组HFHPC试件,完成了单调荷载下的中心拉拔试验。结果表明:高温后各组HFHPC试件黏结破坏形态均表现为钢筋拔出破坏;试验温度范围内,对HFHPC试件黏结强度的影响程度均为:钢纤维体积率最大、矿粉掺量次之、PVA纤维体积率最小;随着温度的升高,HFHPC试件黏结强度逐渐下降,且在相同温度条件下,HFHPC试件黏结强度和峰值滑移相比于未掺纤维的混凝土试件均有所提升,其中,200℃时HFHPC试件的黏结强度提升最为显著,分别提升了33.69%、35.76%、37.54%和46.03%;混杂纤维能显著提高高温后高性能混凝土与钢筋的峰值界面能,明显改善黏结延性和耗能能力;提出的考虑温度作用后的混杂纤维混凝土与钢筋黏结-滑移模型与试验实测结果吻合较好,可为火灾后混杂纤维高性能混凝土结构损伤评估及加固方案提供参考。

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证

断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟。煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为20 MPa,模型尺寸为1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求。开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于3.44~7.81 MPa,冲击能指数为9.2,弹性能指数为8.83,兼具低强高脆特性。基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征。实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响。

基于无滑移接触的螺栓连接结构动力学建模方法及试验验证

为准确描述和分析动力学环境下螺栓连接结构的响应行为,提出将无滑移接触区域作为有效接触区的螺栓连接结构动力学简化建模方法;无滑移接触区可通过非线性静力学数值模拟获得。仿真结果表明,螺栓预紧力对无滑移接触区范围影响甚微,可以避免拧紧力矩以及拧紧力矩系数等参数的取值差异对建模精度的影响。同时,开展了典型组合结构从部件级到系统级的多层级模态试验,测试结果表明多阶模态频率及振型的试验结果与仿真结果吻合良好,说明该建模方法准确、有效,适用于正向设计过程中对产品动力学特性的研究。

抗滑挡墙加固小型滑坡墙背推力研究

以西南山区某小型村寨滑坡为对象,采用数值模拟方法,研究抗滑挡墙墙背滑坡推力的分布形式,并引入正交试验,采用极差分析法探讨多物理参数对滑坡推力的影响。结果表明:抗滑挡墙墙背滑坡推力的分布曲线为“鼓肚形”,在靠近坡面一定范围内滑坡推力趋于零;滑带黏聚力、内摩擦角的折减系数及抗滑挡墙埋深对滑坡推力的影响较大;抗滑挡墙埋深对作用点高度的影响较大;滑坡推力作用点介于挡墙底部向上垂直高度20%~29%的位置,与刚体极限平衡法中的假设存在偏差。

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能演化试验及数值研究

为研究荷载状态、受火时间等对钢筋混凝土梁热力学性能的影响规律,设计10根T梁分别开展受火试验及静载试验。考虑混凝土高温爆裂、钢筋/混凝土粘结滑移退化等影响,采用Abaqus建立混凝土梁的数值分析模型,并与试验实测和理论计算结果进行对比分析,验证数值分析模型的可行性和合理性。研究结果表明:截面温度,跨中挠度分别随受火时间和荷载比的增大而逐渐升高,基频随受火时间增长呈波动式下降;数值模拟温度与实测温度基本吻合,抗弯承载力的模拟值比试验值稍高,但相对误差均小于10%;模拟频率曲线与实测频率的波动衰减趋势整体较为吻合。研究结果可为混凝土结构火灾损伤评估提供参考。

玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型

为探究动荷载下玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋与混凝土的黏结行为,开展了BFRP筋混凝土正反向循环拉拔试验,对其黏结动力性能进行分析。结果表明,从黏结应力⁃滑移关系曲线揭示,循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结行为经历4个阶段的受力特征:弹性阶段、裂缝扩展阶段、裂缝闭合阶段和摩擦阶段;随BFRP聚合物筋直径的增大,降低了BFRP筋⁃混凝土界面的黏结强度;随循环次数的增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度减小,黏结强度对应的滑移量增加,剪切滞回面积减小,耗能能力降低;基于试验结果,提出了适用于计算循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结性能的预测模型,从而为BFRP筋混凝土抗震和疲劳行为奠定试验和理论基础。

黏结滑移试验中的声发射评价方法

介绍了声发射技术在黏结滑移试验中的应用。首先利用小波包信号分析技术对黏结滑移过程中的声发射特征信号进行分解与重构,再利用互相关定位方法对声发射源进行定位;然后通过声发射信号特征进行黏结滑移过程分析;最后分析与总结了黏结破坏的声发射评价方法。进一步验证了该方法可作为构件宏观破坏过程的声发射评价方法。

固井趾端滑套研制与现场试验

针对水平井桥塞射孔联作分压工艺首段采用连续油管传输射孔,存在施工费用高、作业时间长、特殊井况连续油管无法下入等问题,开展了固井趾端滑套技术研究。趾端滑套与油层套管一起下入固井完井,通过井口憋压开启即可进行首段压裂作业,同时为后续层段桥塞泵送提供液体通道。文章设计了趾端滑套完井压裂工具,抗内压强度132 MPa,开启压力可调,具有开启可靠、便于压裂等优点。室内试验合格后,在新疆油田玛湖地区超长水平井开展现场试验,完井作业过程中趾端滑套承压可靠,顺利完成固井施工;压裂作业过程中趾端滑套成功开启并完成首段压裂施工,解决了连续油管无法下入射孔的问题,同时节约作业时间1 d。结果表明,研制的固井趾端滑套可以满足现场作业需求,为水平井安全效益改造提供了一种有效手段。

地表土层破裂形态试验与分析

近年来地震频发,研究断层区土体破裂形态是了解和认识地震断层破坏机制的关键。为研究不同断层类型对地表形态的影响,通过模型试验得到拉伸型断层、挤压型断层以及剪切型走滑断层的地表土层形态,同时对走滑断层进行了数值模拟计算,并与试验结果进行了对比。由试验结果可知,在拉伸型断层中,地表纵向拉伸变形随土层厚度的增大而减小。挤压型断层中,随着土层厚度的增大,地表纵向压缩变形减小,且减小趋势逐渐变缓,地表隆起区宽度和隆起高度随之增加。在走滑断层中,地表位错量随着土层厚度的增大而减小,且随着土层厚度的增大,地表变形影响区范围呈先增加后减小的趋势。数值模拟计算结果与走滑断层试验结果基本一致。

基于底摩擦试验的缓倾边坡滑移拉裂破坏过程研究

顺层边坡一旦失稳,具有规模大、危害性强的特点。针对缓倾顺层边坡滑移—拉裂型破坏,采用底摩擦物理模型试验,结合PIV粒子成像技术以及MATLAB后处理方法,分析了缓倾顺层边坡滑移—拉裂型破坏过程中的宏微观特征。研究结果表明:PIV和MATLAB的后处理所得结果与宏观观察结果相吻合,计算结果能够反映出不同边坡结构下的位移矢量特征,并对变形特征进行分区;滑移—拉裂式破坏过程分为三个阶段,裂缝产生阶段、裂缝扩展阶段和破坏阶段。裂缝产生阶段边坡后缘首先产生竖向张拉裂隙,裂缝扩展阶段裂缝向深部扩展,破坏阶段边坡上部岩体沿层面中的软弱结构面滑动。对缓倾边坡滑移拉裂破坏过程的研究成果,能够为类似边坡的滑动机制分析提供一定参考。