钢波纹板-模袋混凝土支护结构及其在圆形竖井中的应用研究

为探究钢波纹板-模袋混凝土支护结构的施工工艺及其应用效果,通过室内单轴压缩试验研究加压排水工艺对不同养护龄期模袋混凝土强度的影响规律;然后,建立三维有限元数值模拟,开展钢波纹板-模袋混凝土支护结构第2阶段现场工艺试验,验证其结构和工艺的可行性及工程效果。结果表明:1)加压排水工艺可以显著提升模袋混凝土的早期抗压强度,轻质量模袋在加压排水中对模袋混凝土抗压强度的提升效果最佳;2)模袋混凝土能够有效地填充钢波纹板与开挖面间的空隙,模袋有助于混凝土气体与水分的排出,从而缩短凝固成型时间;3)混凝土灌注过程对钢波纹板受力影响轻微,各块波纹钢构件在工作状态下均匀受力;4)类似工程中推荐应用轻质量的涤纶长丝纺粘针刺非织造土工布模袋。

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。

近场爆炸下波纹双钢板混凝土组合墙板的损伤破坏及抗爆性能

相对于传统的钢筋混凝土墙板和平面双钢板-混凝土组合墙板(profiled double-skin composite wall,PDSCW),波纹双钢板-混凝土组合墙板(concrete-infilled double steel corrugatedplate wall,CDSCW)具有更高的轴向抗压承载力、更大的侧向抗弯刚度以及良好的抗冲击和抗震性能,在船舶和军事领域有广阔的应用前景。制作2种CDSCW试件,通过近场爆炸试验对比分析了2种试件的损伤模式及动态响应;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了CDSCW和PDSCW的有限元模型,研究了近场爆炸下2种混凝土组合墙板的损伤机理和爆炸响应,并与试验结果进行对比分析;分析了混凝土厚度、钢板厚度、药量对CDSCW抗爆性能的影响。结果表明:近场爆炸作用下,相较于PDSCW,相同混凝土方量和尺寸(长、宽)的CDSCW具有更大的抗弯刚度、更强的抗变形能力以及更优的抗爆性能;增加波纹深度能有效提高CDSCW的抗爆性能,可为抗爆构件设计和相关工程研究提供参考。

高寒区隧道洞口段覆雪波纹钢棚洞减载方法研究

高寒区隧道洞口段易受上方覆雪及落石影响,采用现有大跨径波纹钢棚洞会产生较大变形和失稳,影响边疆公路运行安全。为此,依托某线路隧道洞口段波纹钢防雪棚洞项目,从拱效应及加筋桥减载原理出发,运用有限元软件构建了EPS板、EPS板+加筋雪、EPS板+加筋冰等10种减载方案的三维波纹钢棚洞模型,研究不同减载方案对棚洞应力、棚洞变形和覆雪压力的影响,对比分析棚洞受力变形特征及减载效果,筛选出最优减载方案。结果表明:施加减载材料后,棚洞上方覆雪压力均不同程度分散到棚洞两侧,减小了棚洞结构的受力;随着覆雪高度增加,减载效果更显著,其中30 cmEPS板+加筋冰组合式方案的减载效果最佳,棚顶应力减少32.72%,棚顶位移减小22.63%;针对波纹钢棚洞的减载问题,建议隧道洞口30 m范围内采用30 cmEPS板+加筋雪方案,距隧道口30 m以外范围可采用30 cmEPS板+加筋冰方案。

波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响研究

为研究轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响,使用ABAQUS软件建立了组合结构柱的有限元模型,通过破坏形态和滞回曲线等对模型的准确性进行了验证,运用参数模型讨论了不同轴压比对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、压弯承载力和延性系数的影响。结果表明,随着轴压比增大,方钢管的高应力高度逐渐升高,波纹板的应力由水平分布变化为斜向分布;提高轴压比会使试件的压弯承载力和延性系数呈先升高后降低的趋势,建议轴压比不应超过0.30,满足规范中对延性系数的要求并在一定程度上提高结构的压弯承载力。通过合理控制轴压比,可以提升波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性,确保其在实际应用中的安全性和稳定性。

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明:组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接件抗剪承载力计算公式的计算结果与有限元及试验结果吻合度较高;抗剪连接程度相同时,采用组合连接件的桥面板受力性能最佳,钢板与UHPC层之间的相对滑移和间隙均最小。

CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点力学性能正交试验研究

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、顺纹向张开型断裂(TL断裂)、端部顺纹压溃、CFRP断裂和螺栓弯折等形式;节点在受力过程中没有明显屈服阶段,主要经历线弹性阶段、断裂失效过渡阶段和断裂失效阶段.通过正交参数分析得到不同因素对所提节点主要力学性能的影响程度及规律.结果表明:各因素对极限强度和延性的影响比对弹性刚度的影响显著,且波角和波高为主要影响因素.极限强度与波角负相关且随着波高的增大呈波动变化,延性与波角和波高负相关.

带加强圈的多跨钢波纹板拱涵施工力学行为试验研究

以4孔跨度9m钢波纹板拱涵为背景开展现场试验研究,针对拱背浇筑泡沫混凝土和拱顶回填土体施工过程,分析不同拱跨、有无加强圈断面关键位置的受力和变形特征。主要结论为:不同拱跨与有无加强圈对拱涵位移影响较小,且拱涵变形总体较小,最大约为4mm,应力满足设计标准,但拱脚截面应进行重点监控;不对称回填和不同回填材料造成边中跨、边跨两侧应力存在差异,在拱顶回填中,边跨钢波纹板、钢筋和加强圈内混凝土的应力均比中跨对应位置要大,最大差值分别为31.06,27.29,1.93MPa;加强圈仅在拱顶回填时充分参与受力,能显著减小拱脚波峰位置钢波纹板应力,减小量约为其设计强度的10%。

重载铁路隧道衬砌病害套衬整治关键技术及应用

为解决重载铁路隧道衬砌空洞、剥落掉块等问题,提出适用于重载铁路衬砌病害整治的套衬技术,即波纹板套衬和钢拱架套衬。依托大秦铁路和尚坪隧道衬砌病害整治项目,从套衬结构设计、防腐处理、施工工艺等方面进行论述,建立数值模型对套衬加固效果进行分析,并论述了波纹板套衬和钢拱架套衬结构性能及适用性。结果表明:两种套衬方案均可增加隧道衬砌的承载能力,适用于大秦铁路隧道衬砌病害整治;波纹板套衬抗弯刚度较钢拱架套衬大;钢拱架套衬施工效率和经济效益大于波纹板套衬。

基于三圆轨迹规划的MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板机器人焊接

MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板的焊接质量是LNG船建造成功与否的关键之一。为了实现MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板的机器人焊接,研究了基于“三圆”连接构思的波纹板机器人焊接的轨迹规划模型,通过模型计算了沿波纹板轨迹焊接过程中的焊枪位置和焊枪姿态坐标,并对模型和计算的结果进行了仿真验证;在此基础上,进行了不锈钢波纹板机器人搭接焊的脉冲等离子弧焊的工艺优化研究。结果表明:本文建立的波纹板机器人焊接的“三圆”轨迹规划模型以及基于该模型计算的焊枪位姿坐标准确;基于模型和计算,结合优化后的脉冲等离子弧焊工艺参数,实现了焊缝成形良好的MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板搭接的机器人焊接,焊缝成形达到了法国GTT公司标准文件中提供的成形尺寸标准。

波纹钢板套衬加固大断面隧道衬砌力学性能

采用有限元软件建立了江西省某座大断面隧道地层-结构数值计算模型,对波纹钢板套衬加固隧道衬砌的力学性能进行研究。结果表明:波纹钢板套衬分担了部分围岩压力,隧道衬砌的应力出现重分布;波纹钢板套衬与既有衬砌组合结构的承载力随着锚栓数量的增加而增强,建议拱顶至拱肩区间的锚栓间距为2~3 m、拱肩至拱脚位置锚栓间距为1 m;既有衬砌和波纹钢板套衬对围岩压力的承担比呈负相关;考虑经济性和波纹钢板厚度对锚栓受力的影响,建议波纹钢板厚度不超过6 mm。

基于X射线的LNG薄膜板残余应力检测与特性分析

该文旨在利用X射线衍射法对MARK Ⅲ型LNG(liquefied natural gas,液化天然气)薄膜板进行残余应力检测,以期获得其残余应力分布规律及典型特性。通过布置16个测点,测试不同方向和区域的残余应力特性。结果显示:大波纹和小波纹交叉节点顶部受压,最大压应力可达178 MPa;板面平直区域呈现压应力,大波纹波峰处受拉,拉应力峰值为115 MPa,小波纹波峰处残余应力受板的边界影响而有所增大。研究工作对于LNG薄膜板的使用、设计和维护具有重要指导意义,可为工程实践提供有益参考,为LNG薄膜板的进一步优化和自主国产化提供重要依据。

波形钢板剪力墙受剪等效计算模型研究

采用理论分析和数值模拟相结合的方式,提出适用于波形钢板剪力墙弹性分析和弹塑性分析的等效计算模型:基于初始刚度等效原则,提出精细化模型与等效模型初始刚度比的概念,依靠初始刚度比修正等效模型的材料属性,将波形钢板剪力墙弹性等效模型的设计转化为初始刚度比计算公式的设计;结合数值模拟将波形钢板墙弹塑性等效模型的设计转化为波形钢板剪力墙弹塑性骨架曲线的设计,并拟合出骨架曲线相关参数设计公式,给出波形钢板剪力墙弹塑性等效模型的设计理论。

波纹钢板加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验与数值分析

【目的】为研究波纹钢板内衬加固隧道衬砌的局部荷载传递机理和力学性能。【方法】将隧道衬砌单元视作为梁单元,开展了波纹钢板加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验,建立相应的三维精细化有限元模型,通过试验结果验证模型并对荷载传递机理进行分析。【结果】研究结果表明,与未加固的梁相比,波纹钢板加固梁的极限荷载提高了30%~41%,极限荷载随锚栓数量的增加而提高,波纹钢板与混凝土结构的相对滑移随锚栓数量的增加而降低。在加载初期波纹钢板均处于中性层位置,应变基本为零;达到开裂荷载后,波纹钢板波峰整体处于受压状态,而波谷一直处于受拉状态。【结论】通过有限元软件分析,验证了试件破坏模式及波纹钢板荷载-应变情况,模拟结果与试验结果较吻合。

波纹钢加固盖板涵受力机理及影响参数数值研究

为明确波纹钢加固盖板涵的受力机理以及不同设计参数对结构承载力和刚度的影响,本文依托波纹钢加固的跨径4m的盖板涵的实体工程,在考虑原涵洞的二次受力状态以及界面接触属性的基础上,利用两步法建模的方法分析了原涵洞退化程度、界面处理方式、波形参数、填充层强度和厚度等参数对加固后的承载能力、刚度、破坏状态的影响,并分析了波纹钢加固盖板涵的受力体系。结果表明:波纹钢在设计值状态下的应力主要由湿重状态下的混凝土的侧压力产生;利用波纹钢对盖板涵加固后承载能力提高25~85倍,刚度提高26~136倍。结合面的处理方式和混凝土填充层的厚度对承载力和刚度的影响显著,波形参数、混凝土强度对承载力和刚度的影响较小;波纹钢不是承受荷载的主要部件,给结构提供足够的支撑作用,使得结构从单一的盖板破坏转变为多位置的共同破坏,结构的承载力和延性得到明显的提升。

加强圈对钢波纹板拱涵受力行为的影响研究

为研究大跨度钢波纹板拱涵在增设混凝土加强圈后的受力行为,建立考虑土–拱相互作用的精细化有限元模型,并与CHBDC的分析方法进行对比。在此基础上,研究加强圈承担的截面内力及其在拱脚、拱腰和拱顶等部位的分布规律,并讨论加强圈厚度、间距和宽度对拱涵力学行为的影响。研究表明:采用CHBDC方法计算钢波纹板拱涵时,轴力将被低估,其与精细化有限元计算结果的比值为0.38~0.48;钢波纹板拱涵的轴力起控制作用,加强圈使得最大轴力减小了22.14%;在拱脚位置,加强圈承担的截面轴力最大,占比50.32%;加强圈各部位的轴力贡献度与其设计参数呈正相关,增大加强圈宽度优于增加厚度和减小间距。

双层波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

利用有限元软件ABAQUS分别建立平钢板混凝土组合剪力墙与双层波纹钢板混凝土组合剪力墙有限元模型,对2种钢板混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,验证波纹钢板代替平钢板的合理性。通过对4种波纹尺寸不同的钢板混凝土组合剪力墙进行对比分析,研究波纹直径与波幅对组合墙体抗震性能的影响规律。结果表明:将波纹钢板代替平钢板,能显著提升墙体的承载能力、耗能能力与整体刚度。波纹直径较小、钢板波折次数较多的组合剪力墙承载能力更强;波纹直径较大、钢板波折次数较少的组合剪力墙整体刚度较强。波幅等于半径的波纹钢板剪力墙具有更强的承载能力和耗能能力,整体抗震性能较好。

波纹几何参数对波纹轧钛/钢复合板抗冲击性能的影响

目的为了探究波纹轧钛/钢复合板的抗冲击性能,对比分析不同的波纹几何参数对钛/钢复合板抗冲击性能的影响。方法使用一级空气炮发射球形弹丸对波纹轧制钛/钢复合板进行弹道冲击试验,利用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术计算复合板的挠度,分析弹道冲击下钛/钢复合板的变形特征和损伤机理。使用LS-DYNA建立数值模型,在验证模型可行性的基础上,改变模型中的波纹几何参数,探究不同波幅和周期对钛/钢复合板抗冲击性能的影响。结果小能量冲击下,钛/钢复合板抗冲击机制主要是通过复合板的塑性变形来吸收能量,形成塑性开坑变形,且在层间结合处并未发生明显分层现象。结论工艺参数允许的情况下,增大波幅和减少周期均可提高复合板的抗冲击性能,这是因为大波幅和小周期结构可以增加复合板异质材料的接触面积,提高层间结合力,从而提升复合板抗冲击变形和分层的性能。