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。

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.

钢结构箱式房屋模块间螺栓套环节点及其抗弯性能

针对钢结构箱式房屋模块间节点连接性能较弱、安装效率较低等问题,提出一种新型的螺栓套环节点用于模块间的连接。通过ABAQUS有限元软件对建立的螺栓套环节点模型进行抗弯性能分析,探讨受弯方向、螺栓直径及下角件是否开设侧面操作孔等因素对节点抗弯性能、极限承载力以及破坏模式的影响。结果表明:螺栓套环节点具有优异的抗弯承载力与抗弯性能,与现有的角件旋转式节点相比,直径为58 mm的螺栓套环节点的极限承载力和初始转动刚度分别提高了52.2%和37.3%;弯矩方向和下角件是否开设侧面操作孔对螺栓套环节点的抗弯承载力影响较小;螺栓直径是影响螺栓套环节点抗弯性能的关键因素,直径越大,节点极限承载力和初始转动刚度越大,但随着螺栓直径的增大,其对节点抗弯性能的影响程度减弱,故不能仅靠增大螺栓直径改善节点抗弯性能。

砂卵石地层自钻式锚杆锚固性能现场试验研究

为研究自钻式锚杆在砂卵石地层中的锚固性能,开展了18根自钻式锚杆的现场拉拔试验,从极限抗拔承载力、荷载-位移曲线及界面平均粘结强度等方面进行了分析。结果表明:砂卵石地层中自钻式锚杆的极限抗拔力随锚固长度的增加而增大,当锚固长度超过一定数值后,对提高锚杆极限抗拔力的能力有所下降;在破坏荷载前,自钻式锚杆的抗拔荷载–位移曲线基本呈线性,且位移量较小,达到破坏荷载时,位移量急剧增大,荷载–位移曲线出现明显拐点;锚固体–卵石界面平均粘结强度均值为0.14 MPa,高于该地区卵石层推荐的qsk值0.11 MPa,且锚固长度约在2~4 m时,界面平均粘结强度整体处于较高值。

复合材料夹芯板螺栓连接渐进失效分析

文中采用渐进失效方法对复合材料夹芯板-钢板螺栓连接静态拉伸试验进行模拟,对比了接头的载荷-位移曲线及接头破坏模式,结果与试验吻合良好.研究了单剪搭接接头的孔周应力分布规律,分析了搭接形式、宽径比、端径比及孔径对接头承载力的影响.结果表明:纤维方向是孔周径向应力和周向应力的主要承载方向.双剪搭接接头由于孔壁受损在厚度方向上分布更加均匀因而比单剪搭接接头承载力提高了7.8%.宽径比、端径比的变化会影响接头的破坏模式进而影响接头的极限承载力.孔径的大小影响损伤沿着螺栓孔环向扩展的均匀程度,当孔径在10~18 mm时,孔径越大接头的极限承载力越高.

二次劈裂注浆对预应力锚杆极限抗拔承载力的影响研究

针对预应力锚杆二次劈裂注浆,在北京地区某现场工程开展了现场拉拔试验,对比分析了常压注浆和不同的二次劈裂注浆范围下锚杆的荷载—位移关系。结果表明:二次劈裂注浆锚杆(1/3锚固段劈裂注浆)的极限承载力比常压注浆平均高出25%左右;全锚固段劈裂注浆锚杆比1/3锚固段劈裂注浆锚杆的极限抗拔承载力提高了40%以上,比常压注浆锚杆的极限抗拔承载力提高了75%以上。进行二次劈裂注浆的锚杆的极限抗拔承载力提升明显,有效地增强了锚固性能,在同级别荷载加载时,位移显著降低。并对预应力锚杆二次劈裂注浆的施工管控提出了建议。

基于FLAC 3D的膨胀土地层扩大头锚杆参数研究

基于典型膨胀土地层的物理和力学参数,运用FLAC 3D数值分析软件,通过改变扩大头锚杆的扩体长度、扩体直径、扩体段数3个参数,进行多组数值模拟实验,分析各参数变化对扩体锚杆极限承载力的影响。结果表明:在膨胀土地层中,扩体锚杆的极限承载力与扩体锚杆的扩体段长度和扩体直径呈正相关,但扩体直径对极限承载力的影响程度要远大于扩体段长度;随着扩体锚杆扩体段数的增加,扩体锚杆的极限承载力表现出先增后减的趋势;结合本文试验结果和工程实际,建议扩体锚杆的扩孔段数取1-2最为合理,其他参数则应按锚杆的设计锚固力合理取值。

承载锚杆与非承载锚杆腐蚀力学性能对比试验研究

通过潮湿空气和Na2SO4溶液中的模拟腐蚀试验,得到腐蚀后承载锚杆和非承载锚杆力学性能与腐蚀条件以及腐蚀时间之间的关系曲线,对比两种腐蚀锚杆力学性能的差异,分析荷载对腐蚀锚杆力学性能的影响趋势。试验结果表明,在潮湿空气中,腐蚀后承载锚杆和非承载锚杆的力学性能之间并无显著性差异;而在Na2SO4溶液中,腐蚀后承载锚杆的极限承载力和最大伸长量都比非承载锚杆有较大程度的下降,其耐久性与使用寿命损失亦更加严重。

地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究

管片接头是盾构隧道整环结构中的薄弱环节,隧道管片间多以螺栓连接,并有直螺栓、弯螺栓等几种结构形式。以盾构隧道管片纵缝接头为试验对象,采用足尺试验方法,针对不同螺栓形式的接缝,对盾构隧道纵缝接头的极限承载性能进行研究,明确不同接头的破坏过程,并分析比较不同螺栓形式对接缝受力性能的影响规律。

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。

钢筋混凝土直螺栓管片接头抗弯极限承载力的简化计算模型

为了研究盾构隧道混凝土管片中轴力对接头极限弯矩的影响,将螺栓连接的混凝土管片接头简化成梁模型,建立混凝土管片接头极限承载力的计算模型。基于弯矩作用下管片接头截面平面变形假定,推导管片接头截面力平衡和弯矩平衡表达式,建立受拉区螺栓应力与受压区高度和混凝土极限应变之间的关系。以北京地铁隧道和上海地铁隧道管片为例,分析轴力对混凝土管片接头极限承载力的影响,并研究管片接头的破坏方式。研究表明,地铁隧道管片接头的极限承载力随着轴力的增加而增加,将解析模型计算结果与有限元模型结果进行对比,验证了所提出计算模型的准确性。

摩擦型高强螺栓连接性能的试验研究

为了了解摩擦型高强螺栓连接性能,对5个试件进行了抗滑移系数、屈服强度和极限承载能力的试验研究。结果表明,用钢丝刷清除浮锈处理的摩擦面抗滑移系数达不到规范给定的数值;连接的屈服强度和极限承载能力很接近连接板材的相应强度;加大或减小螺栓的预拉力只对连接出现滑移时的荷载有影响,对连接的其它性能并无明显影响。最后,给出了设计建议。

基于改进灰色GM(1,1)模型的锚杆承载力的预测方法

原有的基于灰色GM(1,1)模型的锚杆承载力预测方法,是根据实际锚杆P—S曲线,使用灰色GM(1,1)模型直接对承载力进行模拟,因为实际锚杆P—S曲线不全是光滑的指数形状,所以模拟效果较差.针对这个缺点,对灰色理论方法进行了改进,引入了分段模拟的思想,建立了分段模拟的GM(1,1)模型.实际工程案例验证表明,改进的灰色GM(1,1)模型不仅具有较高的模拟精确度、稳定度和预测锚杆极限承载力值准确度,而且使用范围更广.

树脂锚杆波动机理与锚固承载力无损检测初探

煤巷锚杆支护技术在我国煤矿巷道支护中应用越来越广泛,但是目前对树脂锚杆极限锚固承载力的无损检测仍没有找到一种非常准确、有效地方法,因此进行锚杆极限锚固承载力的无损动力检测研究具有非常重要的现实意义。首先根据树脂锚杆的结构特点建立了锚杆的纵向振动力学模型,解析分析了锚杆非锚固端、锚固端的波动特征,得到锚固段锚固界面粘结刚度与锚固结束端的反射波能量的线性相关性,粘结刚度越高,锚固结束端的反射波子波数也越多,反射波能量越强;然后综合分析了锚杆锚固段的剪应力分布特征,得到了锚固段极限锚固承载力的计算公式;研究结果表明:采用瞬态激振弹性波法进行锚固段极限锚固承载力无损检测是可行的。

单面螺栓连接单角钢压杆的承载力试验

根据70根角钢压杆构件的试验结果,并结合有限元分析模型考察了单面螺栓连接跨中有支撑的单角钢的极限承载力和不同长细比下的破坏模态,提出了提高该类构件承载力的构造措施,同时在查阅和比较各国多个相关规范和文献的基础上,对《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154—2002)的压杆稳定计算公式提出了修改建议。分析结果表明:小长细比构件易发生连接肢的端部局部失稳,大长细比构件则易发生弯曲整体失稳,构件沿最小轴和平行轴失稳宜采用不同的换算长细比公式;所得结果为今后的铁塔设计工作提供了理论依据。

组装式钢货架螺栓连接梁柱节点试验

为了研究组装式钢货架中螺栓连接梁柱节点的刚度、承载力和耗能性能,进行了节点单调加载和反复加载试验。结果表明:改变横梁与连接板的相对位置对梁柱节点的初始刚度、极限承载力和变形特征均有影响;当横梁位于连接板上侧时,节点中承受向上拉力的一侧连接板被螺栓撕裂,此种节点的初始刚度和极限承载力最小;横梁焊接在连接板中下部的2种节点在横梁产生较大转角(超过0.18rad)后,承载力并没有下降;在单调加载试验中,由于螺栓与螺栓孔壁之间存在着间隙,螺栓会发生滑移,使试件的弯矩-转角曲线出现转折;反复加载试验得到的节点荷载-转角滞回曲线呈Z形,每个加载级的节点能量耗散系数与割线刚度随着加载循环次数的增加而减小。

含螺栓连接输电铁塔主材的承载性能研究

输电铁塔主材与主材之间通过螺栓节点进行连接。大量输电铁塔倒塌事故大多是由于主材发生了破坏,且破坏位置距节点位置较近。为了保障输电铁塔有良好的承载性能,研究含螺栓连接输电铁塔主材的力学性能尤为重要。以220 kV的ZMC2输电铁塔的主材节点部位为研究对象,建立了含螺栓连接主材构件的有限元模型,分析了长细比、螺栓直径、螺栓预紧力、螺栓松动个数和主材装配间隙等参数对构件极限承载力的影响。结果表明:由于螺栓连接的存在,含螺栓连接主材的极限承载力相对于不含螺栓连接主材下降了35%左右,且长细比越小,主材极限承载力下降幅度越大。

水化学腐蚀下锚杆的承载特性

针对永久性锚杆的水化学腐蚀特性,从地下水环境下锚杆钢筋锈蚀原理出发,建立了杆体锈蚀过程的物理模型,以变化的钢筋锈蚀率为分析变量,建立了杆体锈蚀后的直径计算式和修正的锚杆极限承载力的标准值。

单边高强螺栓T型件连接节点试验研究及数值模拟

通过对单边高强螺栓(STUCK-BOM)T型件连接节点和常规高强螺栓T型件连接节点进行单向静力加载试验和数值模拟研究,研究了单边高强螺栓的破坏模式及抗拉极限承载力,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓力学性能的差异,分析了T型件翼缘板尺寸效应对单边高强螺栓受力性能及T型件节点力学性能的影响.研究表明,单边高强螺栓破坏模式与常规高强螺栓不同,单边高强螺栓因其外套管分肢挤压弯折变形导致螺栓被拔出而破坏失效;单边高强螺栓的抗拉极限承载力与常规高强螺栓基本相同;相较于常规高强螺栓T型件节点,单边高强螺栓T型件节点的抗拉承载力和初始刚度与其基本相同,而塑性变形能力较弱;单边高强螺栓的边距和栓距对单边高强螺栓的抗拉极限承载力影响较小,栓距对T型件节点的抗拉承载力影响较小,而边距对T型件节点的抗拉承载力有一定影响.

角钢塔子结构连接节点受力性能研究

输电线路设计中,连接节点多采用节点板并通过普通镀锌螺栓连接而成,且螺栓主要承担剪力作用。相关规范规定了受剪螺栓紧固力矩的下限,但未规定上限。为确定弹性范围和极限范围紧固力矩对节点力学性能的影响,设计了3个足尺主斜材相交的典型节点,分别施加不同范围的紧固力矩并进行加载。结果表明:弹性范围和极限范围紧固力矩只会对节点的滑移阶段有明显影响,对整体节点的极限承载力影响很小。同时为了防止角钢出现冲剪破坏的情况,建议按照《钢结构设计标准》提出的端距不小于2d0加以解决。节点角钢连接肢的应变普遍大于自由肢应变,主要由于剪切滞后引起的内力不均匀分布现象。受力肢的肢尖处属于受力最薄弱部分,在设计时应给予优先考虑。节点板背面应变普遍要远远高于节点板正面应变,因此加载肢对节点板应变影响更大。从试验破坏现象和应变的影响方面而言,极限范围紧固力矩应予以避免。