新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明:钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗剪试验研究

目的为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗剪性能,方法对4根倒置组合梁试件通过三点加载方式进行了静载试验,通过研究其负弯矩作用下的破坏形态及变形特征,得到了组合梁的荷载-挠度曲线、应变分布、荷载-滑移曲线、最终破坏形态等。结果试验研究结果表明:UHPC翼板显著提升了组合梁的变形能力和极限承载力;相较于试件SUCB-3(NC翼板),试件SUCB-1(1/2UHPC翼板和SUCB-4(全UHPC翼板))的承载力分别提高了18.2%和27.3%,变形能力则分别增强了38.02%和41.2%;钢纤维的添加能有效地抑制翼板裂缝的开展,钢纤维掺量从0提高到2%,试件的最大裂缝宽度从1.06 mm降低到0.92 mm,变形能力增强了23.61%,承载力则提高了4%。结论提出了考虑钢箱、UHPC翼板和充填混凝土贡献的组合梁抗剪承载力计算公式。

不同嵌岩深度下抗拔桩承载特性研究

以广东省江门市某工程为例,通过有限元分析软件ABAQUS,结合地勘报告及现场对桩基进行抗拔静载试验得出的荷载–位移曲线图,建立抗拔桩三维有限元模型进行数值模拟计算分析,研究不同嵌岩深度增量下抗拔桩的承载特性。研究成果表明:增加嵌岩深度可在一定程度上提高桩基抗拔承载力,但二者之间并非呈线性增长关系。当嵌岩深度增量为3D时,相较于原试桩的桩顶位移量减小54.2%,抗拔承载力提高105.2%,对桩基抗拔承载力的提高效果尤为显著。

钢管混凝土双块式轨枕道床复合受力性能试验

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕采用钢管混凝土取代了桁架钢筋的连接构件作用,具有结构简单、安全耐久性好等优点。为研究钢管混凝土双块式轨枕与现浇混凝土道床所形成的轨道结构的复合受力性能,采用某实际工程的材料和工艺制作了一段足尺CFT轨枕减振道床和现浇整体道床,经疲劳试验验证后,用绳锯将其沿横向切割成单承轨台和双承轨台的CFT轨枕道床试件,分别开展试件的轨下截面加载试验和中间截面加载试验,分析道床试件中轨枕、现浇道床、底座板混凝土和钢筋的应力、变形及裂缝的开展演化规律。试验结果表明:CFT轨枕道床受力破坏过程均表现出整体工作、带裂缝工作和破坏的典型三阶段特征;中间截面加载试件破坏时受拉钢筋被拉断而受压区混凝土未被压碎,类似于低筋破坏,轨下截面加载试件因竖向裂缝和弯剪区段斜裂缝之间的混凝土被压碎剥落而失效,受拉纵筋未屈服,类似于斜压破坏;CFT轨枕整体道床试件抗裂能力、承载能力更高,整体道床试件开裂荷载约为减振道床试件相应值的4.7倍,其极限荷载约为减振道床的2.3倍,道床与底座板之间采用拉结钢筋连接后能大幅提升轨道结构刚度和承载能力。CFT轨枕与现浇道床界面黏结及整体工作性能良好,研究成果可供钢管混凝土双块式无砟轨道理论研究和工程应用参考。

薄壁型钢UHPC组合箱梁受弯性能试验研究

提出一种新型薄壁型钢UHPC组合箱梁,开展了6根薄壁型钢UHPC组合箱梁与1根薄壁型钢箱梁对比梁的四点弯曲静载试验,利用三维数字图像相关测量技术对箱梁的应力-应变与变形及裂缝性能进行测试分析。研究结果表明:外包UHPC能使薄壁型钢箱梁的破坏形态由局部压屈破坏转变为底部薄壁型钢下翼缘及纵筋先后达到屈服后顶部UHPC压碎的正截面受弯破坏;外包50 mm厚UHPC的未配纵筋与箍筋的组合箱梁试件XL2的正截面受弯承载力比薄壁型钢箱梁试件XL1的对应值提升77.5%;薄壁型钢表面焊接了纵筋与箍筋的组合箱梁试件XL3~XL7的整体协同工作性能得到了大幅度提升,其中,XL4试件的正截面受弯承载力比未配纵筋与箍筋的XL2试件的对应值提升了178.8%;增大薄壁型钢壁厚与外包UHPC层厚度也能在一定程度上提高薄壁型钢UHPC组合箱梁的正截面受弯承载力与抗裂能力。

南水北调中线北京段岩体隧洞围岩变形模量分析研究

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,确定合理的岩体变形模量对隧洞设计至关重要。结合南水北调中线北京段西甘池试验洞工程,对岩体进行静载荷试验分析研究,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,获得西甘池隧洞岩体变形模量参数建议值,为工程设计提供依据,并以期为类似工程的设计和施工提供参考。研究结果表明:试验压力较小时,各试点岩体变形或弹性模量的变化曲线有的升、有的降,试验压力大于0.4 MPa以后,各试点的变形模量和弹性模量逐渐趋于稳定;隧洞围岩变形控制及支护结构设计时,应根据各段围岩的岩性(大理岩、滑石片岩)、结构完整性、节理裂隙的空间展布方式以及发育充填情况等综合考虑,结合工程类比和地质经验最终确定岩体弹性参数的基本代表值。研究的方法和结论可为类似条件下隧洞工程的设计、施工提供参考和借鉴。

双层圆钢管混凝土长柱压扭滞回性能试验

为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明:普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力;与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升;参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利;一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。

不均匀卵石持力层桩端后注浆效果试验研究

我国东南沿海尤其是温州地区广泛存在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的地层。该区域的钻孔灌注桩常采用后注浆技术改善其承载性能。为了评价后注浆技术对这类地层中灌注桩承载力改善效果,开展了相应的模型试验,对比了不同注浆量对桩承载力的影响程度;并结合扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析了浆液分布特点,探讨了浆液在卵石层中的扩散范围,研究了浆液扩散范围与桩承载力之间的关系。结果表明:浆液能够有效地填充桩端卵石层,注浆量的增加使得填充范围扩大,填充范围为3~4倍桩径时,桩的承载力改善最显著。在不均匀卵石持力层中存在一个最优注浆量,最优归一化注浆量约为2.8,若超过该最优注浆量归一化值,桩的承载力不再显著提高。单桩模型试验确定的最优注浆量与刘金砺公式[1]的预测结果接近。扫描电镜技术有助于评价桩的后注浆技术在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的土层中的效果。

嵌岩单桩水平静力加载现场试验及 p-y 曲线研究

为研究风化花岗岩地质条件下嵌岩单桩的受荷响应和p-y曲线规律,本文基于现场试验,开展了水平静力荷载作用下嵌岩单桩的荷载-位移关系、弯矩、桩身变形及p-y曲线响应研究。试验表明:在所研究的相对深度范围内,随着z/D的增加,岩土阻力和相应位移都减小,上部荷载很难传递到深部岩层;桩身最大弯矩在3~4倍桩径之间,极限荷载主要取决于桩身强度而不是岩土体。将p-y曲线分别与一般双曲函数和双曲正切函数进行拟合,评估现有p-y曲线模型在风化花岗岩地基中的适用性,修正了模型在风化岩层中的参数取值。结果表明:一般双曲函数在较浅区域拟合良好,相对深度较大的区域数据离散性较强;双曲正切函数在各深度处拟合优度均较好。分析结果简化了现场p-y曲线的预测程序。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能;提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力;翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%;钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%;增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性;组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

新型CFRP索股锚固体系设计及试验研究

为改善CFRP索股锚固体系的锚固性能及CFRP索股受力不均问题,研制了锚具内壁面带凹槽的CFRP索股锚固体系,对其进行了试验测试,分析了锚固体系破坏模式、荷载-位移、锚固效率、CFRP索股应变变化规律,通过应力变异系数评估了锚具内壁面凹槽设置和预张拉对CFRP索股应力不均匀改善的效果。研究结果表明,锚具内壁面设置凹槽和对CFRP索股进行预张拉能够提高锚固体系的锚固效率,锚固效率可达99%以上;试验观察到CFRP索股存在受力不均现象,引起CFRP索股受力不均的原因主要与CFRP索股长度不一致和粘结介质的剪切变形相关;通过在锚具内壁面设置凹槽和对CFRP索股进行预张拉能够改善锚固体系CFRP索股的应力不均程度,锚具内壁面凹槽深度为2 mm、间距为5 mm,预紧力为10%名义极限荷载时,锚固体系在自由段中点和加载端处的平均应力变异系数分别降低了7.16%、3.86%。

不同螺栓等级下共享铁塔挂载连接件承载性能研究

为研究螺栓等级对挂载连接件承载性能的影响,选取了4.8级普通螺栓(KL-4.8)与8.8级摩擦型高强螺栓(KL-8.8)连接的挂载连接件进行静力试验研究。采用ABAQUS有限元分析软件对其受力性能进行模拟,使用可靠的数值模型系统分析螺栓等级和螺栓直径对连接件承载性能的影响。结果表明:在水平荷载作用下,两种不同螺栓等级连接的挂载连接件节点处均未出现滑移;两种连接件的破坏模式基本一致,左右两侧方钢管底部及右侧方钢管顶部均出现断裂;KL-8.8的整体刚度、极限承载能力以及变形能力均高于KL-4.8;当采用4.8级普通螺栓连接且承载力低于74.13 kN时,螺栓直径不宜小于18 mm,否则螺栓杆会发生剪切变形;当采用8.8级和10.9级高强螺栓连接时,双板件连接处节点偏于刚性连接,挂载连接件的整体刚度和极限荷载主要取决于方刚管、挂载铁杆等其他部件;挂载连接件在承载过程中通过双板件与主材之间的摩擦力和螺栓抗剪来抵抗外载,实际工程中应根据挂载重量合理选择螺栓参数。

后植筋组合梁锚固法静载荷试验技术研究

以山西首例素混凝土桩后植筋组合梁锚固法静载荷试验为背景,介绍了后植筋组合梁锚固法静载荷试验基本原理、检测工序等,着重阐述了其计算方法和技术要点。对检测方案的设计计算、控制因素和检测结果进行了分析总结,为今后该方法在本地区的应用提供参考,同时也为该检测方法在本地区的推广提供依据。

马鞍山长江公铁大桥2100 MPa高强度钢绞线斜拉索及锚具研制

巢马铁路马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥为(58+168+392+168+58)m双塔三索面钢桁梁斜拉桥,斜拉索设计采用抗拉强度2100 MPa、抗疲劳应力幅280 MPa的∅15.2 mm低松弛PE镀锌钢绞线拉索。为保证高强度钢绞线斜拉索的力学及锚固性能,根据其技术指标要求,在1860 MPa钢绞线基础上,研制2100 MPa钢绞线及配套锚具。通过提高钢绞线原材料盘条中C、Si、Mn元素含量及改进钢丝拉拔工艺,选择直径14.0 mm的PQS92Si-HT盘条为2100 MPa钢绞线原材料。为提高钢绞线的锚固性能,夹片选择20CrMnTi钢,夹片长度52 mm、牙高0.45 mm、锥角6°10′、表面粗糙度R a3.2以上且表面硬度不低于56 HRC。根据2100 MPa钢绞线锚具的载荷变化和现行锚具锚板的材料性能,锚板选择40Cr钢,并进行调质处理。对研制的2100 MPa钢绞线及配套锚具进行单孔锚及斜拉索锚具组件疲劳试验及疲劳后静载试验。结果表明:研制的2100 MPa钢绞线及其锚具组件均满足规范要求,可应用于马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥。

岩溶区PST管桩复合地基的工程应用

经对某场地高层建筑地基素填土厚度大、下伏基岩岩溶发育、以多层串珠状溶洞为主的地层条件研究,提出一种PST管桩刚性复合地基。采用试验和监测等方法来指导复合地基处理设计与施工,根据场地试桩数据来验证设计的合理性。施工完成后,采用静载荷试验对复合地基进行质量验收检测,并连续进行沉降监测。结果表明:岩溶区PST管桩复合地基是一种处理高层建筑地基很可行的方法,处理后可以满足高层建筑物对地基强度、变形及稳定性的要求。

装配式蒸压加气混凝土底板叠合楼板力学性能研究

提出了一种装配式蒸压加气混凝土(AAC)底板叠合楼板,该叠合楼板采用带凹槽的预制AAC板作为底板,在凹槽中布设肋梁钢筋,再现浇混凝土形成。通过静力试验和数值模拟研究了该叠合楼板的破坏机理、裂缝分布、承载能力、变形能力和整体工作性能,分析了跨度、配筋率和构造形式等因素对楼板力学性能的影响。对该叠合楼板进行数值分析,验证了有限元模型的合理性。结果表明:叠合楼板试件的破坏形态分为受压混凝土压碎和底板裂缝超限;预制AAC板侧开槽的构造形式能提高楼板的整体工作性能;试件的延性均值在2.5左右,具有较好的变形能力,且试件开裂后刚度变化不大;预制底板配筋率对叠合楼板的极限承载力和刚度影响显著,提高底板的配筋率可以明显提高叠合楼板的承载力和刚度。最后提出了装配式AAC叠合楼板的设计方法。

海上试桩不同桩型承载力特性研究

天津南港某高桩码头拟建场地有深厚密实砂层,通过试桩测定设计桩型对砂层的穿透及贯入能力,研究不同基桩承载力特性。试验结果表明:混凝土预制桩及钢管桩均有较好的穿透及贯入能力;基桩轴向极限承载力高应变检测结果小于静载试验,误差均在5%以内;混凝土预制桩桩端承载力占总承载力不小于44.6%,钢管桩桩端承载力占总承载力不小于21.9%;相同荷载作用下,混凝土预制方桩静载与动载沉降量之比为1.40,钢管桩为0.90,两者差异明显;基桩承载力达到极值时桩侧摩阻力要明显大于规范极限侧摩阻力,规范取值偏保守。

单箱三室PC连续弯箱梁桥静载试验

为了评估某单箱三室连续弯箱梁桥的实际承载能力,验证桥梁设计和施工质量的可靠度水平,对其进行静载试验。试验结果表明:各控制截面的挠度和应变实测值均比理论分析值小,与之对应的校验系数在规范要求范围内,该弯箱梁桥的结构刚度和强度均满足规范要求;静载试验前后,测试截面附近区域未见明显裂缝。

火灾后正六边形孔蜂窝组合梁受力性能研究

火灾后蜂窝组合梁受力性能研究可为建筑结构受火后的加固修复提供重要依据。文章通过两个火灾后正六边形孔蜂窝组合梁的静力加载试验,分析了不同开孔率的正六边形孔蜂窝组合梁的破坏形态和承载性能。结果表明:火灾后正六边形孔蜂窝组合梁在正弯矩作用下会发生弯曲破坏,临近梁端的第3个孔压缩变形较为严重且两侧钢梁腹板局部屈曲,两加载点之间板顶混凝土破坏严重,钢梁上部板面出现纵向贯通裂缝;开孔率是影响火灾后正六边形孔蜂窝组合梁极限承载力的重要因素,相较于开孔率为70%的蜂窝组合梁,开孔率为60%的蜂窝组合梁的极限承载力和延性分别提高了20%和35%;所提出的正六边形孔蜂窝组合梁受火后剩余承载力计算方法具有较好的精度。