Stability Analysis of Space Compcoite Structore and Its Ultimate Bearing Capacity

In this paper, using incremental equilibrium equation, the authors have studiedthe effeet of ultimate bearing capacity of every component on structuralstability, and discussed the stability analysis method for space compositestructures. With the help of the test results for the concrete filled ateel tubeskeleton of the long-spen RC arch bridse, it is proved that the proposed methodis accurate and reliable.

锚杆钢-木组合托盘极限承载力学性能研究

为降低动压冲击对支护系统的破坏,适应大变形巷道的需要;基于球壳结构理论构建锚杆拱形钢托盘承载力学模型,给出钢托盘最大承载力计算式,分析钢托盘各参数尺寸对其承载力的影响关系,研究木托盘压缩实验特征;通过Abaqus软件对钢托盘与组合托盘开展有限元静态力学强度实验,对比分析钢托盘与组合托盘受压状态下的不同特征,分析让压距离对组合托盘承载性能的影响规律。结果表明:对钢托盘承载力的影响顺序为拱高>拱底圆半径>孔口半径,拱高与承载力服从对数增加关系,拱底圆半径、孔口半径与托盘承载力基本成线性增加关系;钢-木组合托盘中木托盘先受力,并经历了压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,木托盘被压缩可降低钢托盘30.03%的承载受力,组合托盘的应力-位移曲线右移,组合托盘的极限承载力增加;钢托盘受压破坏从孔口处开始,基本成圆形向四周扩展,托盘底部四边中间区域与四角区域形成的高应力差是导致托盘四角破坏的主要原因。

基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点,在混凝土中常加入钢纤维,端钩型钢纤维,作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注,中外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究,而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能,制作4根端钩型钢纤维混凝土梁及1根普通混凝土梁,对其进行受弯性能试验,根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。结果表明:端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似,均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏4个阶段;端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”;端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展,使得纤维混凝土梁变形能力增强;与一般混凝土梁相比,端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高,且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关;基于试验数据,对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化,开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正,极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ,经修正计算值可较好吻合试验值。

多规范视阈下扣件式钢管支撑体系稳定承载力数值模拟分析

目的 研究多个相关规范关于模架支撑体系的构造差异,分析不同构造形式对扣件式钢管支撑体系的力学性能影响,为架体优化设计和工程应用提供借鉴。方法 基于ANSYS有限元分析软件,建立有限元模型进行数值模拟,通过改变支撑体系扫地杆的位置、横杆步距、立杆纵横向间距、自由端长度、架体高宽比及剪刀撑布设等构造参数,对比不同构造形式的支撑体系稳定承载力数值和杆件内力分布,研究相关构造因素对架体安全性的影响。结果 构造形式对扣件式钢管支撑体系的稳定承载力及位移变形的影响显著;依照不同规范的设计方法,相同的支撑体系力学计算结果差异明显。结论 扫地杆高度在0.4 m以下、步距1.8 m以内、纵横向立杆间距1.5 m以下、自由端高度0.8 m以下、高宽比不超过2或者增强剪刀撑布设能有效提高支撑体系的稳定承载力和安全性;在支撑体系荷载标准值确定、荷载组合方式选取及立杆稳定性验算方面宜优先选用《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)执行;扫地杆、横杆步距、立杆自由端长度和剪刀撑布设以《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)为宜;对于超过8m的高支模,《建筑施工脚手架安全技术统一标准》(GB51210-2016)的安全储备更高。

公路隧道二衬钢筋装配化螺栓的接头设计

针对公路隧道二衬钢筋现场焊接、绑扎效率低、质量控制难度大的弊端,基于直线型混凝土软化本构模型及钢筋应力应变关系,推导得到钢筋混凝土衬砌截面的极限承载力计算式.结合螺栓连接面极限承载力,以应力分布系数作为控制因素,将轴心压缩状态、大小偏心分界点以及纯弯状态时的最危险截面作为特征截面,控制钢筋混凝土截面极限承载力以及螺栓连接面极限承载力在特征截面处的大小,得到连接面处螺栓的设计方法 .选取某隧道隧址围岩参数及其断面尺寸、支护参数,运用得到的螺栓设计方法进行螺栓选型并设计连接面处的螺栓分布,给出钢筋预制节段的划分方案,通过数值模拟验证了二衬钢筋装配化螺栓的接头设计的合理性.研究结果表明:钢筋骨架采用螺栓装配化预制连接后,二衬结构的应力进行了重分布,应力与变形的增长速率放缓,并逐渐稳定.最终,左拱肩和左拱脚处的应力分别降低58%和53%,位移量同样有不同程度的降低;在拱底螺栓连接面,应力相较提高,但由于螺栓的高承载性能,隆起量反而有所降低,充分发挥了螺栓的性能,实现了结构优化.

GFRP布无损加固输电铁塔角钢受力性能研究

针对现役输电铁塔在覆冰、风荷载、边坡变形等作用下可能存在承载力不足的问题,研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布无损加固铁塔角钢的受力性能。首先,利用文献中的物理试验对加固钢材数值试验方法进行验证;其次,以铁塔角钢为研究对象,基于验证的数值试验方法建立72组有限元分析模型,探讨长细比、GFRP布粘贴层数、粘贴长度等因素对角钢极限承载力的影响;最后,推导并改进GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法。结果表明:不同长细比对构件极限承载力影响较大,当角钢长细比大于70时,加固后的承载力提升不明显;增加GFRP布粘贴层数,角钢承载力大幅提升,粘贴8层GFRP布的承载力提升率最高达41.03%;柱中GFRP布粘贴长度为75%与粘贴长度为100%的角钢极限承载力相比提升不大,仅为0.27%~2.10%;对推导的GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法引入修正系数后,数值试验与理论计算值相对误差缩小至-2.70%~1.77%,有效提升理论解计算精度。在对现役铁塔加固时,只需对角钢全长的75%粘贴6~8层GFRP布进行加固,且对于长细比λ≤70的角钢加固效果更好。

海上风机支撑结构承载性能试验研究

基于波流水槽开展的模型试验,设计了风机支撑结构受到水流、循环荷载、无水和静水环境条件等工况,获得了单向流作用、循环荷载作用以及单向流与循环荷载共同作用等不同荷载组合下风机支撑结构的承载性能.结果表明:循环荷载作用下风机支撑结构在无水条件下的产生的累积位移是静水条件下的46.12%,单向流和循环荷载共同作用时,支撑结构累积位移较单独荷载作用效果叠加时增加了60.84%.在有水的环境和多种荷载共同作用下,风机支撑结构承载性能有明显降低,因此,在海上风机结构设计和安全评估时应考虑多种荷载共同作用的影响.

柔性光伏支架基础设计与分析

为研究柔性光伏支架桩基在局部淤泥质土较厚区域的水平承载力和稳定性,文中通过江苏某渔光互补发电项目,采用规范公式进行了相关验算,并对水平力作用下桩土共同作用进行有限元分析验证。结果表明,柔性光伏支架桩基设计规范方法与有限元结果较为相符,桩基的水平承载力和稳定性满足规范要求。总结分析锚杆抗拔承载力的计算方法和深厚淤泥质土区域光伏锚杆的加强措施。相关结论可为同类项目设计提供参考。

基于改进海洋捕食者算法的输电塔结构优化

为确保输电塔架线施工时取消临时拉线工况下输电塔架线施工安全,需对其结构进行优化设计。文章建立输电塔结构的计算模型,采用罚函数法确定海洋捕食者算法(marine predators algorithm,MPA)的目标函数;考虑到MPA易陷入局部最优、收敛速度慢的缺点,提出一种融合折射反向学习策略和黄金正弦算法的改进海洋捕食者算法(improved marine predators algorithm,IMPA),并将其在6个基准测试函数数值实验中与其他算法进行比较,结果表明IMPA具有更好的收敛性和求解精度。利用IMPA对输电塔结构在特殊工况下进行优化,结果表明IMPA可以对三维杆系结构进行优化设计,优化后的输电塔具有较好的力学性能。

支座底板直连接型焊接空心半球节点受力性能试验研究及分析

为研究支座底板直连接型焊接空心半球节点在受拉压状态下的力学性能,设计制作了8个试件。通过试验和有限元分析方法,获得了节点的破坏模式、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。结果表明,受压工况下试件的破坏模式为半球先屈服支管后屈服、支管屈服和半球表面屈服,受拉工况下为半球先屈服后支管与半球相交处半球表面产生裂纹。节点承载力随半球直径、半球壁厚、支管直径及受力工况的不同而改变,受支管壁厚影响较小。在受力过程中,支管分别承受拉压力的节点试件在支管与半球相交区域的测点最先进入屈服状态,其余加载工况下试件最不利位置均为半球顶部。基于对218个有限元模型在受压和受拉工况下的参数化分析,非线性拟合提出了节点极限承载力计算公式,并考虑了加劲肋对节点承载力的影响,给出承载力提高系数。

早强水泥基砂浆增强H型钢节点承压能力试验研究

装配式钢结构支护体系在基坑支护中被逐步推广。针对H型钢围檩的局部承压能力低的难题,使用早强水泥基砂浆填充承压节点区。试验研究表明,填充早强水泥基砂浆可以有效约束H型钢翼缘和腹板的屈曲及变形,增强H型钢承压节点的局部承载能力。

U型Twin-PBL剪力键极限承载力的数值分析

根据端部承压混凝土可提高Twin-PBL剪力键承载能力的特点,提出一种新型的可用于装配式钢混组合结构的间断式U型Twin-PBL剪力键。通过3组推出试验试件的非线性数值模拟分析,研究了这种新型剪力键的极限承载特点和承载力。结果表明:U型Twin-PBL剪力键极限承载能力较普通承压型Twin-PBL剪力键有显著提高,且提高主要来源于端部混凝土承压面积增大,所以混凝土强度的提高对该剪力键承载能力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋两部分对承载力贡献无明显变化,故而通过修正端承压混凝土面积得到了这种剪力键承载力计算公式。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥的间断式剪力键提供了新的思路。

HDPE管内衬盾构隧道复合式衬砌结构极限承载力试验研究

为研究采用HDPE双壁缠绕管作为内衬的盾构隧道复合衬砌结构的破坏机理,依托桃浦污水处理厂初期雨水调蓄工程涉铁段排水隧道工程,开展整环足尺试验研究,得到如下结论:(1)复合衬砌结构破坏过程经历协调变形阶段和各自承载阶段,弹性极限点为顶底部纵缝处界面的剥离脱开,各纵缝及管片本体相继发生破坏,纵缝处填充层混凝土发生拉剪或压剪破坏;(2)复合衬砌结构的薄弱位置为各纵缝处的界面及填充层混凝土,其中顶部和腰部纵缝处最为薄弱;(3)复合衬砌结构不同位置纵缝处的界面破坏和填充层破坏形态均源自于纵缝转动变形导致刚度差异引起的界面应力和填充层应力突变。

双线铁路隧道复合式衬砌优化研究

研究复合式衬砌的受力情况是复合式衬砌设计的基础,在实际工程中,复合式衬砌的设计方案通常以经验为主导,为了提出效益更佳的铁路双线隧道复合式衬砌设计方案,基于现场监测和数值模拟,改变喷混层厚度、格栅钢架型号和二衬厚度开展衬砌优化研究,通过分析改变以上设计参数对衬砌内力的影响来确定最优的设计方案。研究表明:(1)喷混层厚25 cm、格栅钢架H180、二衬拱腰和侧墙的厚度分别为40 cm和35 cm为该隧道的最优设计方案;(2)格栅钢架的轴力分布特征为“拱部最大、侧墙次之、仰拱较小”;(3)在改变格栅钢架型号并增加喷混层厚度后,格栅钢架承受的轴力下降了10%;(4)侧压力系数为0.8时,拱顶、拱腰和侧墙的内力分布较均匀,弯矩处于较低的水平;(5)减薄二衬厚度提高了衬砌的抗弯安全系数,验证了减薄层二衬5~15 cm优化方案的可行性。

基于极限抗力的微型群桩承载失效模式研究

基于刚度等效原则推导了微型桩组合结构极限承载力计算方法。结合现场试验及监测成果,采用数值分析方法研究了微型桩组合结构加固边坡的极限承载力及极限破坏模式。研究表明:微型桩间距与结构宽度对微型桩组合结构的极限抗力影响显著,微型桩间距越小,布置越密集,结构宽度越宽,组合结构的刚度越大,其极限抗力越大。微型桩组合结构破坏过程分为:滑面土层剪切破坏、微型桩桩体弯曲破坏、桩-土界面剪切破坏、微型桩桩体拔出破坏4个阶段。微型桩组合结构加固边坡最终的破坏形式是桩体拔出破坏,以桩体发生剪切破坏时的荷载作为极限抗力,低估了其承载能力。联系梁能增加微型桩组合结构的整体刚度,但不会显著提高其极限承载力。

无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法

为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。计算结果表明:在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。

高空大跨斜牛腿支架设计分析及工程应用

常用高空现浇梁存在支架地基处理难度大、支架用钢量大、费用高、支架高宽比大、搭设高度受限及稳定性不足等问题。为解决上述问题,自主设计了一种用于高空现浇结构的大跨斜腿支架,详细阐述了该种支架的设计构造、受力机理、施工工艺等,通过有限元软件建立斜牛腿支架力学计算模型,分析其承载能力和变形情况。该支架在赣深铁路高峰水库特大桥中成功应用,缩短了施工工期,确保了施工安全,还大幅节省施工成本,为今后类似高空现浇混凝土结构提供施工参考。

盘扣支撑架竖向斜杆空间布置形式探讨

文章结合《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》(JGJ/T 231—2021),基于Midas Civil有限元分析软件对盘扣支撑架竖向斜杆空间布置形式进行探讨,得出竖向斜杆空间布置形式对支架极限承载能力的影响,给出架体设计中竖向斜杆空间布置形式的参考性建议,该成果可为盘扣支架设计及施工提供参考。

钢管混凝土框架-ALC墙板结构抗震性能研究

为研究钢管混凝土框架-ALC墙板结构的抗震性能,采用ABAQUS软件建立了结构的有限元模型并施加低周往复荷载进行分析,与已有试验结果比对,验证了建模和分析结果的有效性。在此基础上调整门洞尺寸及位置参数,分析参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,随着开洞率的增大,结构极限承载力减小,延性明显降低;当门洞位于墙板内部时延性随偏心率增加而减小,而墙板位于边缘时与其余试件均值极限荷载降低了11.2%,抗震性能最差。研究可为实际工程设计提供参考,并给出相关的设计建议。