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。

基于零位移与无应力状态控制的斜拉扣挂施工扣索力确定方法

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法开展拱肋施工,但在节段拼装过程中扣索索力和拱肋空间位形之间互相影响,索力优化计算以及扣索状态控制问题复杂。提出改进零位移法结合无应力状态控制法的复合扣索力计算方法:基于改进型零位移法快速得到满足成拱线形要求的扣索力大小,基于成拱索力采用无应力状态法反推各施工阶段扣索索力。该复合方法可避免传统零位移法扣索力不准和反复迭代计算的缺陷,施工中扣索可实现一次张拉,后续节段拼装中无需对扣索进行索力调整。以某跨径430 m大跨度钢管混凝土拱桥缆扣合一施工为工程应用背景,采用的零位移法结合无应力状态法对大跨度非对称式钢结构拱肋进行斜拉扣挂拼装的扣索力求解和施工模拟。分析拼装过程中扣索力变化规律,并对比验证实际线形与目标线形偏差,以及拱肋应力与设计应力之间偏差程度。结果表明,所提出的复合算法理论简单且索力求解计算便捷。所求的扣索力可有效保证拱肋拼装完成及松索后拱肋线形和受力均满足要求。

大跨度双联连续钢管混凝土拱桥结构体系设计研究

为研究大跨度双联连续钢管混凝土拱桥的合理结构体系及中央拱座合理刚度,以主跨2×405 m渝湘复线双堡特大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析考虑自重、汽车荷载和基础沉降作用下,拱桥刚接、铰接、半刚性连接约束体系和不同中央拱座刚度对桥梁力学性能的影响。结果表明:自重、汽车荷载和基础沉降作用下各结构体系力学性能均满足规范要求。双刚接方案拱肋变形对称,结构受力良好,且构造简单、施工方便。中央拱座刚度从0.8 EI(EI为原设计方案中央拱座截面刚度)增加至2.0 EI,自重产生的最大变形基本不变,最大拉应力减小了0.33%,最大压应力减小了0.47%,结构力学性能改善效果不明显。双堡特大桥结构体系推荐采用双刚性连接,中央拱座合理刚度取值为0.8 EI,全桥有限元计算结果表明,该结构体系的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

轻骨料混凝土泵送稳定性测试与评价方法研究

文中针对当前用于泵送压力作用下轻骨料混凝土工作性能稳定性的测试与评价方法存在的局限,提出了一种操作简便、可量化表征的轻骨料混凝土泵送稳定性测试与评价方法,通过大量轻骨料混凝土生产数据的采集、跟踪与分析,验证了所提出方法的准确性与可靠性。结果表明,该方法可用于轻骨料混凝土泵送施工性能的表征。

热带地区大型竖井贯流泵站施工应力场特点及其控制方法

大型竖井贯流式泵站结构复杂,目前一般采用商品混凝土浇筑,在我国南方地区的工程受到气候影响,浇筑温度高,故温控防裂难度大。利用有限元法分别模拟此类泵站在广东夏季和冬季气候下的施工,得出不同工况的温度和应力包络图及历时曲线。根据计算结果,总结分析了不同条件下的混凝土施工期温度和应力特点,并给出此类泵站在夏季和冬季浇筑条件下的温控防裂方案及各浇筑层的温控指标。

墩顶转体法施工的大跨度曲线钢桁梁桥总体设计及创新——以国道109新线高速公路安家庄特大桥主桥设计为例

国道109新线高速公路安家庄特大桥为全线的控制性工程,左右幅主桥分别位于半径1600 m和1500 m的圆曲线上,依次跨越丰沙铁路、永定河和现状109国道,桥梁施工安全、河道防洪和环保要求均较高。为解决上跨铁路需采用转体法施工以及桥墩阻水比偏高的问题,创新提出了大跨度曲线钢桁梁桥墩顶转体法施工以及大直径厚壁钢管混凝土桥墩的设计方案,左右幅主桥分别采用(248.95+248.95)m钢桁斜拉桥和(171.95+171+75.25)m连续钢桁梁,转体长度分别为(248+248)m和(171+171)m,水中墩采用钢管混凝土桥墩。结合桥位处相关工程建设条件,对桥梁孔跨布置、桥式方案、水中墩结构的选择依据进行分析,简要介绍主桥上部结构、下部结构及基础、转体系统等主要设计内容。该桥突破钢桁梁不宜采用墩顶转体施工的技术瓶颈,扩大了连续钢桁梁桥和墩顶转体技术的使用范围;采用大直径厚壁钢管混凝土桥墩,有效降低了墩柱截面尺寸,拓宽了钢管混凝土结构的应用范围;大跨度曲线钢桁梁构造及受力特性较为复杂,采用BIM正向设计技术,实现了复杂结构信息和设计意图的精准表达,提高了设计效率。

基于超声与钻芯取样的泵送混凝土结构柱欠振内部质量研究

本研究旨在评估欠振对泵送混凝土结构柱内部质量的影响。采用超声检测和钻芯取样方法,对高流动性泵送混凝土在欠振条件下的密实性及其缺陷程度进行了综合评估。研究结果表明,欠振会导致混凝土表面缺陷增多和内部气孔增加,进而降低混凝土的密实性和强度。即便是泵送混凝土,适当的振捣也是确保其结构完整性和耐久性的关键。所得结论对于施工实践的优化和混凝土质量控制具有重要的理论和实践意义。

拱肋高度基于余弦曲线变化的钢管混凝土拱桥设计方法

大跨度钢管混凝土拱桥大多采用等宽变高的截面形式。分析了李特公式中影响变截面高度的设计参数,在此基础上提出了钢管拱变截面高度设计的一种新方法:将拱肋截面高度定义为拱顶高度与拱轴水平倾角余弦值的幂次方之比,幂次方由拱顶高度、拱脚高度和拱轴线方程唯一确定。结合钢管混凝土拱桥常用的矢跨比和拱轴系数,给出了幂次方的取值范围。为验证该方法在大跨度钢管拱设计中的可行性,开展了两座钢管混凝土拱桥的动力特性与弹性稳定分析。结果表明,采用该方法设计的钢管混凝土变截面拱,与设计文件和李特公式的计算结果相比,钢管拱弦杆轴力差异在1.7%~7.0%,动力特性、弹性稳定以及腹杆应力差异在5%内。文中提出的设计方法可以为今后钢管混凝土拱桥设计提供参考。

大跨径钢管混凝土拱桥管内混凝土顶升灌注工艺试验

主拱管内混凝土顶升灌注是钢管混凝土拱桥建设的关键工序和技术难点,大跨钢管混凝土拱桥的管内混凝土方量大、强度高、泵送距离远、灌注时间长,容易出现堵管、爆管现象,国内已有多座桥梁发生该类事故。为降低主拱管内混凝土灌注施工风险,开展了大跨径钢管混凝土拱桥管内混凝土顶升灌注工艺试验研究,探讨了管内混凝土顶升灌注施工过程对混凝土坍落度、扩展度、塑性黏度、运动模式和泵送压力的影响规律。结果表明:管内混凝土经历高压泵送过程后,其坍落度、扩展度和塑性黏度有所降低,对抗压强度影响不明显;在高泵压条件下,混凝土含气量增加,在泵送过程结束时,混凝土含气量降低;混凝土在大直径主拱钢管和小直径泵管内的运动模式存在明显差异,前者运动速度极慢,以管内混凝土自身剪切运动为主,后者运动速度较快,以活塞式整体推移运动为主;管内混凝土运动模式差异导致泵送压力计算方法不同,大直径主拱钢管内混凝土泵送压力以克服重力做功为主,小直径泵管内混凝土的泵送压力以克服管壁摩阻力和自身剪切力为主。通过试验提出了小直径泵管和大直径主拱钢管的管内混凝土泵送压力计算方法,并通过工程实例验证了此方法的适用性。

基于自抗扰控制的混凝土浇筑轨迹跟踪控制

为实现混凝土泵车高性能浇筑轨迹跟踪控制,抑制浇筑过程中由于混凝土泵送、风力等干扰对浇筑轨迹跟踪的影响,研究了混凝土泵车臂架系统的数学建模、浇筑轨迹跟踪控制问题。在分析臂架系统组成并建立连杆坐标系的基础上,应用拉格朗日方法建立了臂架系统的动力学模型。建立了泵送过程中混凝土与各臂架之间的摩擦力以及作用于臂架系统末端反向冲击力的数学模型。考虑混凝土泵送以及外部不可测量、不可预期的干扰作用于混凝土泵车臂架系统的情况,设计自抗扰控制(ADRC)方法。仿真结果表明,所设计的ADRC方法,对混凝土泵送干扰以及外部不确定干扰具有较好的抑制作用,实现了混凝土泵车臂架系统末端快速高精度轨迹跟踪控制,满足混凝土浇筑要求。

山区大跨度非对称拱桥拱肋架设技术

张吉怀铁路酉水大桥为主跨292 m上承式非对称钢管混凝土提篮式拱桥,地处陡峭山区,拱肋采用缆索吊机+扣挂法悬臂施工。根据实际地形,缆索吊机及扣挂系统采用“单缆塔、无扣塔”结构形式:缆索系统主跨865 m,仅设单侧缆塔;扣挂系统不设扣塔,拱肋节段通过扣索直接锚固于两岸山体上,减少了工程量。拱肋节段吊装时,每个拱肋节段设置4个吊耳,前吊耳采用法兰式结构,通过螺栓与拱肋法兰接头连接,可重复倒用;后吊耳采用常规形式吊耳,与拱肋之间采用焊接连接。拱肋合龙采用利用分配梁加横向限位挡块作为合龙锁定装置的新型快速合龙方式,无需精调装置,即可实现合龙口拱肋节段瞬时调节到位,完成精准合龙。

基于伪距离的混凝土泵车臂架避障运动控制研究

针对混凝土泵车臂架末端避障和臂架关节限制问题,提出一种基于伪距离的泵车臂架避障方法。运用超二次曲面函数表示空间障碍物,采用伪距离作为臂架与空间障碍物的接近程度指标。基于最小伪距离判别指标,对泵车臂架赋予一个避障速度,并对传统梯度投影算法进行改进,在避免关节运动超过关节极限位置的情况下实现泵车臂架的安全避障,同时保证避障过程的平稳性和臂架末端的轨迹精度。仿真及半物理实验验证了该算法在混凝土泵车臂架避障过程中的有效性,且能完成空间多障碍物避障。

基于机器视觉的混凝土泵车支腿识别和开度检测方法

混凝土泵车支腿的合规支撑是建筑施工安全的重要保障之一,而机手的违规支腿支撑操作经常得不到监控,同时支腿开度目前依赖于高成本的传感器来检测。因此,以车载视频监控系统为载体,提出了一种基于机器视觉的混凝土泵车支腿开度检测方法。首先,为了对泵车支腿的目标进行实时检测,基于YOLOV3设计了一种改进的轻量化目标检测模型YOLOV3-s。其次,为了对泵车支腿的开度进行快速计算,基于数据拟合对支腿的移动轨迹建立数学模型。最后,通过某型号泵车进行试验,泵车支腿开度值为100%时支腿的平均开度检测误差仅为1.2°和1.3°。试验表明:方法能够高效检测泵车支腿开度,同时为泵车支腿支撑安全提供保障。

钢管混凝土相贯焊接节点受力分析与疲劳寿命研究

为研究钢管混凝土相贯焊接节点在轴力和弯矩共同作用下,管内混凝土对节点疲劳寿命的贡献,制作钢管混凝土桁梁桥K型相贯焊接节点1∶2缩尺模型并建立实体有限元模型,开展空管、仅弦管灌注混凝土、弦管和腹管均灌注混凝土3类构件相贯焊接节点受力分析与疲劳试验验证。结果表明:弦管与腹管灌注混凝土可提高结构刚度和调整结构内力,中弦管到边弦管的传力路径由单一的斜腹管变为斜腹管与水平腹管共同传力,斜腹管内力由轴力变为轴力与弯矩的组合形式。疲劳试验测得的相贯焊接节点最大应力位置、大小及应力分布状态与有限元计算结果吻合。弦管与腹管灌注混凝土使相贯焊接节点整体应力及峰值应力均降低,改善了相贯焊接节点的应力分布状态,延缓了裂纹发展速度,延长了相贯焊接节点疲劳寿命。

泵送混凝土无损测强曲线试验研究

为提高预拌混凝土结构实体抗压强度无损测强曲线的检测精度,本文通过开展回弹与超声试验,获取了足尺结构柱混凝土浇筑侧面的标称能量为4.5 J的重型回弹仪测区回弹值、测区碳化深度、超声角测法测区声速以及对应测区直径为100 mm芯样抗压强度。试验结果表明:1)建立的重型回弹仪回弹法专用测强曲线可对强度等级为C20~C70泵送混凝土进行抗压强度检测,其中强度等级为C20~C40混凝土试验数据的误差统计指标达到地区测强曲线水平;2)建立的重型回弹仪回弹超声角测综合法专用测强曲线适用于有角部的结构构件C20~C70混凝土抗压强度检测,拓展了建立测强曲线的技术思路。本文研究结果可为工程结构混凝土强度质量控制与检测提供参考。

大跨CFST拱桥拱轴线形的综合评分法

为探究500m级钢管混凝土拱桥拱轴线形的合理程度,从钢管混凝土拱桥成桥状态的强度、刚度、稳定性和拱轴线形优化方法的操作复杂性角度,对各最优拱轴线形进行拱轴线形评判指标计算对比,提出一种可用于定量评判钢管混凝土拱桥拱轴线形的优化程度的方法——钢管混凝土拱桥拱轴线形优化综合评分法(CFST-ARO综合评分法)。文中以波司登大桥为工程实例,对经优化后的抛物线、悬链线及三次样条曲线拱轴线形采用综合评分法进行定量评定。结果表明选用3次样条插值函数优化的拱轴线形内力状态优化效果显著,沿跨径方向应力幅度比其他曲线小且均匀,刚度和稳定性都有所提高;以期为同类型拱桥拱轴线形优化评价提供科学参考。

复式方钢管混凝土柱局部受压性能有限元研究

随着土木工程构筑物不断向大跨,高耸方向发展,复式钢管混凝土构件被提出以解决普通钢管混凝土在工程应用中的局限性。本文对3个复式钢管混凝土全截面/局部受压试件进行了有限元的建模与分析,对构件的破坏形式、荷载-位移曲线进行了探究,模拟结果与试验符合较好。在试验的基础上建立了33个复式钢管混凝土模型,通过控制变量探究了局压面积比、外钢管壁厚、混凝土强度、外钢管强度对构件局压承载力的影响。结果表明局压承载力与局压面积比呈负相关,与外钢管壁厚、混凝土强度和外钢管强度呈正相关,影响程度随局压面积比的增大而减小,垫块形状对构件局压承载力的影响很小。

基于响应面法的钢管石轻混凝土短柱轴压承载力影响因素分析

对钢管石轻混凝土短柱试件进行静力加载试验,分析试件的破坏形态和极限承载力,采用混凝土塑性损伤模型对试件进行有限元验证,基于有限元模型和响应面法,建立钢管石轻混凝土短柱的分析模型,提出一种预测其极限承载力的多元回归方程,并探讨了不同变化参数对钢管石轻混凝土极限承载力的影响,结果表明:随着碎石含量的增加,试件端部的鼓曲环越来越不明显,试件极限承载力逐渐提高;有限元模型计算的极限承载力和峰值位移与试验值吻合较好,可以作为钢管石轻混凝土短柱分析的基准模型;建立的钢管石轻混凝土短柱回归方程计算极限承载力值和文献试验值吻合较好,当试件含钢率在4.73%~12.02%,高度在450~800 mm,钢管的直径在140~169 mm时,回归方程能更好地预测试件的极限承载力;钢管屈服强度、钢管壁厚、石轻混凝土抗压强度的增加均能提高试件的极限承载力,但钢管屈服强度和钢管壁厚对钢管石轻混凝土短柱的极限承载力影响较大。

方中空钢管混凝土叠合短柱的温度场研究

在国际标准升温曲线ISO-834下,选定欧洲标准规范给出的材料的热工参数利用有限元分析软件ABAQUS建立结构的温度场模型。之后参考相关的研究实验中的构件,在ABAQUS有限元分析软件中根据选定的热工参数建立与其对应的模型,用来验证模型的建立及参数的选择是否正确。根据验证结果可知建立的模型具有一定的合理性与可靠性。在模拟时笔者采用梁截面尺寸、含钢管混凝土率、受火面、受火时间等参数来探究这些参数对于构件温度变化的影响。结果表明出现了混凝土温度变化的滞后现象,受火表面处的温度与构件内部温度之间的温差越来越大。各种参数下的构件温度表现出不同的变化。

泵房基础结构镜像分块法施工技术应用

深基坑海水泵房基础结构属于大体积混凝土结构,为解决其结构体量大、净空高、细节难控制及受场地因素影响整体施工局限性大等问题,本研究制定镜像分块法工艺,以确保在大体积混凝土施工质量稳定控制的前提下深基坑海水泵房基础结构有序作业。镜像分块法工艺结合大体积混凝土的特点分析结构的形式,将海水泵房的整体按照先从体到面、再从面到块的工序结构布置,深化剖析关键控制点,以确定控制措施、并归纳工艺特点及适用性。镜像分块法工艺在海水泵房的实际运用中,落实效果良好,达到零停顿,零延误的工序施工要求,保证了大体积混凝土质量控制要求,为后续同类结构施工提供技术保障。