轴向力对剪切钢板阻尼器抗震性能影响的数值模拟

采用数值模拟的方式,对轴向力作用的剪切钢板阻尼器的抗震性能进行研究,设定5组不同的剪切钢板阻尼器,以探究高宽比和高厚比对阻尼器的影响,同时提出两种轴向自由的新型剪切钢板阻尼器。结果表明:轴向力对阻尼器抗震性能产生不利影响,使腹板更容易发生局部屈曲且屈曲程度更大,有必要做防屈曲措施;当高宽比、高厚比增大时,屈服荷载、极限荷载、初始刚度及屈服后刚度显著降低;当腹板高度保持不变时,增大腹板宽度或厚度,可有效改善阻尼器的抗震性能。

基于MICP的珊瑚砂砂浆裂缝自修复新型细菌载体

用以石膏为细菌载体及以乳酸钙、尿素为底物的自修复剂,基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术实现了珊瑚砂砂浆裂缝的自修复,验证了石膏作为细菌载体修复珊瑚砂砂浆裂缝的可行性,探讨了自修复剂配比和养护方式对自修复效果的影响,分析了裂缝区生成物的矿物成分及形态.结果表明:掺入石膏为细菌载体的自修复剂后,试样裂缝自修复效果良好;裂缝生成物主要是方解石和球霰石型碳酸钙;当含菌载体和底物掺量均为3.0%时,试样裂缝有较好的自修复效果,同时对珊瑚砂砂浆强度影响相对较小.

考虑轴向约束的钢筋混凝土梁高温下竖向推覆试验

为研究轴向约束对钢筋混凝土梁高温下大变形力学性能的影响,进行了1根常温和2根高温下约束梁的竖向推覆试验。比较分析了不同升温时间对轴向约束钢筋混凝土梁测点温度、升温反应及延性和耗能等的影响;重点研究了轴向约束钢筋混凝土梁的高温反应、破坏形态、承载能力和受力机制。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,轴向约束钢筋混凝土梁不断向下挠曲,但炉温超过800℃之后,挠度有所恢复;由于受热膨胀引起的轴压力影响,高温下约束梁塑性铰区域明显缩小,其延性和耗能能力随着温度的升高而降低;高温作用产生的初始轴压力提高了梁的峰值承载力,但随着升温时间的延长,其提高幅度低于材料劣化对梁峰值承载力的降低幅度;初始轴压力使得高温梁在破坏前始终处于压弯机制;研究结果可为验证和校正火灾下约束混凝土梁力学行为的数值模拟以及理论分析提供可靠的试验数据,并为进一步探讨高温下钢筋混凝土约束梁大变形时的破坏准则提供依据。

预制装配式组合梁栓钉连接件构造优化与安装误差影响试验研究

为对一种预制装配式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件的构造设计方法和施工安装误差影响进行深入研究,完成了18个预制装配式栓钉连接件和2个普通现浇栓钉连接件的静力推出试验。在优化预制孔填料强度等级的基础上,主要研究栓钉直径、孔径比(预留孔径和栓钉直径的比值)和施工安装误差对预制装配式栓钉连接件破坏形态、抗剪承载力、抗剪刚度及抗滑移性能的影响规律。试验结果表明:连接件的破坏形态为仅栓钉剪断或伴随混凝土开裂的栓钉剪断,安装误差对抗剪刚度影响较大,对抗剪承载力和极限滑移影响很小。提出了可保证连接件抗剪力学性能稳定并消除安装误差对抗剪承载力和极限滑移不利影响的构造设计方法,即填料强度等级和合理的孔径比工程实用范围。EC4、AISC、GB和CSA等规范中的栓钉连接件抗剪承载力计算公式均可偏于安全地预测所提出的预制装配式栓钉连接件的抗剪承载力,试验和所提构造设计方法可为相关研究与规范编制提供参考。

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。

竹筋-夯土界面的拉拔试验研究

为了研究竹筋-夯土界面性能,设置4种不同类别影响参数——轴向压力(40、80、120、160 kPa)、竹筋构造形式(无竹节、单竹节和单竹节且端部弯起构造形式)、竹筋宽度(1、2、3 cm)、埋置长度(210、290、370、450 mm)进行拉拔试验.结果表明:轴向压力从40 kPa增加到160 kPa时,拉拔力峰值增加了4.37 kN,增幅达47.7%;竹节和端部弯起构造都能提高竹筋与土体间的端阻力,从无竹节到单竹节且端部弯起构造,拉拔力峰值增加4.76 kN,增幅达42.6%;竹筋宽度与埋置长度增大时,竹筋与土体的摩阻力和侧阻力增大,竹筋宽度从1 cm增加到3 cm时拉拔力峰值增加了5.49 kN,增幅达65.4%;埋置长度从210 mm增加到450 mm,拉拔力峰值增加了5.67 kN,增幅达72.4%.竹筋与夯土界面的作用力主要由化学黏结力、摩阻力和端阻力组成;4种影响因素均可以显著提高拉拔力峰值,而增加埋置长度效果最显著.

基于微生物诱导碳酸钙沉淀的天然海水加固钙质砂效果评价

使用天然海水进行微生物培养并诱导碳酸钙沉淀(MICP)加固钙质砂试验,首先通过微生物的生长繁殖情况和脲酶活性的变化研究海水对微生物的影响。然后,根据MICP加固前后钙质砂渗透性和无侧限抗压强度(UCS)的变化评价海水对MICP加固效果的影响。最后,利用SEM和XRD测试分析海水影响MICP加固钙质砂效果的机制。结果表明:(1)天然海水使微生物的生长出现滞后期,但稳定期的微生物数量和脲酶活性与淡水环境下相差不大;(2)使用海水MICP加固钙质砂的效果与淡水条件下相比差别较小,钙质砂的渗透系数可降低一个数量级,UCS值可达1.7 MPa;(3)海水条件下MICP过程受到海水成分、微生物、钙离子浓度、尿素浓度和p H值等因素的调控,主要沉积的碳酸钙晶型为方解石,方解石填充了粒间孔隙,使砂颗粒胶结为整体,这是钙质砂力学性能提高的主要原因。

酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术及其在岩土工程中的应用

通过酶诱导生成碳酸钙沉淀来改良土壤的技术被称为EICP,由于其应用广泛,在过去十多年来引起了越来越多的关注。文章从EICP的机理出发,总结植物脲酶和细菌脲酶的提取方法,探究脲酶、钙源、尿素、脱脂奶粉、温度和pH等因素对EICP胶结效果的影响,归纳检测EICP加固试样的强度、碳酸钙含量、微观结构和成分的方法,并对EICP在岩土工程的应用进行总结与评述。目的是展示目前国内外关于EICP的研究现状,展望未来的研究方向及需要克服的问题。

靶向激活产脲酶微生物加固钙质砂试验研究

针对产脲酶微生物设计了6种不同的靶向激活方案,进行钙质砂的生物矿化加固试验。通过无侧限抗压测试、碳酸钙生成量测定、SEM和XRD试验分析,评价钙质砂的加固效果,得出最佳靶向激活方案,最后通过高通量测序的分析结果分析激活前后的钙质砂中微生物群落的变化情况。结果表明:(1)靶向激活方案中YE和NH4Cl的浓度会显著影响激活的效果,其中0.2 g/L的YE、100 mmol/L的NH4Cl、初始pH值为9.0的激活方案效果最好;(2)钙质砂中新生成的方解石含量越多、分布越均匀,则钙质砂的加固效果越好,在最佳的激活方案下矿化加固后砂柱的平均UCS值可提高至350 kPa;(3)靶向激活改变了微生物的群落组成,使产脲酶微生物成为优势物种。

预制装配式栓钉连接件钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为适应装配式钢-混凝土组合梁的发展需求,研究了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填充高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁。通过梁式试验获得了该装配式组合梁的极限承载力、荷载-挠度关系、界面荷载-滑移关系以及截面的应变分布规律,并与普通现浇钢-混凝土组合梁的抗弯力学性能进行对比分析。试验结果表明:所有试验组合梁均发生弯曲破坏,装配式组合梁的抗弯承载能力稍好于现浇组合梁的抗弯承载能力。采用我国现行《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的组合梁塑性设计方法可偏于安全地预测该装配式组合梁的抗弯承载力,该组合梁预制装配方法可供工程实践参考。

灌浆缺陷套筒应力波传播数值模拟研究

灌浆套筒是装配式混凝土结构的关键连接部件,内部灌浆缺陷会严重影响结构力学性能。该文利用机电耦合数值模拟法对基于压电陶瓷驱动下灌浆缺陷套筒内应力波传播特性进行了研究。通过对比健康状况和设置有不同程度灌浆缺陷的套筒模型上的压电陶瓷片测量电压幅值,分析了缺陷与测量信号的关系,并定义了缺陷评价指标评估套筒灌浆缺陷程度。结果表明,套筒灌浆缺陷导致压电片接收压电幅值显著增大。所定义的缺陷评价指标能有效识别套筒内部的灌浆缺陷,基于粘贴压电传感器的应力波测量了用于反映套筒灌浆缺陷的影响。

轻粗骨料含量对混凝土抗压性能尺寸效应影响的细观数值模拟

为了研究轻粗骨料含量对轻骨料混凝土立方体抗压破坏行为与尺寸效应的影响,本文根据瓦拉文公式确定轻粗骨料数量,借助混凝土细观数值建模方法分别建立了边长为100 mm、150 mm、300 mm、450 mm的二维轻骨料混凝土细观数值模型.采用塑性损伤本构模型,通过细观数值模拟研究了不同试件尺寸及不同轻粗骨料含量的轻骨料混凝土在单轴受压下的破坏形态及宏观应力-应变关系曲线.结果表明,在相同试件尺寸下,轻粗骨料含量对轻骨料混凝土单轴抗压强度有一定影响,受压破坏时轻粗骨料颗粒破坏.比较轻粗骨料含量相同的轻骨料混凝土立方体抗压性能发现,轻骨料混凝土尺寸效应明显,单轴抗压强度随试件尺寸增大而减小,且粗骨料含量影响轻骨料混凝土的尺寸效应.此外,细观数值模拟结果表明Ba?ant尺寸效应律适用于轻骨料混凝土的抗压性能.

海水环境下微生物诱导磷酸盐沉淀加固钙质砂效果评价

微生物岩土技术被广泛应用于岩土材料的改良和加固[1-2],其中,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)加固钙质砂已经取得良好的效果[3]。但传统MICP过程中,副产物NH+4难以回收,大面积应用时会对环境产生严重威胁。为了消除NH+4的不利影响,可对MICP技术进行改进,使NH+4反应生成鸟粪石(MAP),以此作为矿化产物进行钙质砂的矿化处理,达到加固钙质砂的目的。鉴于此,笔者研究了模拟海水环境下微生物诱导MAP沉淀(MISP)加固钙质砂的效果及其影响因素。

钢管混凝土预埋波纹管浆锚钢筋连接件抗拔性能试验研究

为研究一种钢管混凝土柱内横向预埋金属波纹管内插钢筋后注入高强灌浆料的连接方式的黏结锚固性能,进行24个预埋金属波纹管浆锚钢筋连接件抗拔试验研究,主要考虑金属波纹管直径D、钢筋直径d以及钢筋的锚固长度la等因素对其黏结锚固性能的影响规律。试验结果表明:当锚固长度la=4d时,钢筋在受拉屈服前发生锚固破坏;当la=7d时,钢筋能达到其屈服强度;当la=10d时钢筋能达到其抗拉强度,同时,金属波纹管与钢筋直径的孔径比D/d对黏结性能有显著影响。对试验结果分析可知,钢管混凝土柱内横向预埋金属波纹管浆锚钢筋连接方式构造形式简单、施工高效,具有较好的锚固性能。

轻骨料混凝土单轴受压性能细观模拟

从细观角度出发,将轻骨料混凝土看作由轻粗骨料、基体砂浆及两者间的界面过渡区组成的复合材料。采用塑性损伤本构模型,建立了含3种等效粒径的轻骨料混凝土二维数值模型,对其在单轴受压条件下破坏时的损伤分布和宏观应力-应变曲线关系进行了细观数值模拟。研究了不同轻粗骨料体积含量、表观密度、最大粒径及其随机分布对轻骨料混凝土单轴受压损伤分布及宏观应力-应变曲线关系的影响。结果表明,轻骨料混凝土受压破坏时轻粗骨料颗粒会破裂,轻粗骨料体积含量与表观密度对轻骨料混凝土力学性能的影响较大,轻粗骨料最大粒径对轻骨料混凝土单轴受压强度有轻微的影响,轻粗骨料的随机分布对轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线的非线性段有一定影响,且对损伤分布影响明显。

木梁-夯土界面粘结滑移性能及其计算方法

福建土楼中夯土与木梁的界面性能是二者能够共同工作的基础,而木梁与夯土界面的粘结滑移关系是其界面性能的综合反映。为探讨木梁-夯土界面的粘结滑移性能,进行了8个木梁-夯土节点试件的拉拔模型试验,考虑竖向压力、木梁伸入长度和木梁表面粗糙度对其粘结力组成、极限荷载等的影响,对木梁-夯土界面进行有限元建模分析,并提出粘结力的计算方法。结果表明:夯土与木梁的界面破坏形态包括木梁的拔出破坏和夯土的开裂破坏,此类界面的粘结滑移曲线可以分为线性上升段、滑移过渡段和摩擦残余段3个阶段;有限元模拟表明,连接器弹簧能够很好地表达木梁-夯土墙界面性能;木梁-夯土界面粘结力包括胶结力、木梁与夯土接触面的摩擦力和基质吸力,随着滑移的不断进行,胶结力不断失效趋近于零,摩擦残余段只存在摩擦力与基质吸力。

不同截面冷弯型钢-泡沫混凝土组合墙体抗震性能

为研究不同截面形式冷弯型钢-泡沫混凝土组合墙体的抗震性能,设计了3个足尺试件,分别为一字形、T形和工字形截面墙体.通过拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回性能及应变分布情况,分析翼缘对墙体承载力、刚度、耗能及延性等力学指标的影响.结果表明:翼缘增强效应显著,与一字形截面墙体相比,T形截面墙体的峰值荷载、延性及耗能分别提高18.6%、20.1%和25.8%,工字形截面墙体的峰值荷载、延性及耗能分别提高74.8%、49.8%和119.4%;T形截面墙体正、负向加载的抗震性能差异较大,翼缘受拉方向的承载力和延性分别为反向加载的1.3倍和1.7倍,翼缘受压方向的抗震性能与一字形截面墙体接近;翼缘立柱的应变随着荷载的增加,逐渐呈中间大两端小的分布,存在剪力滞后效应.

整体式桥台与组合梁结合部受力机理分析

为提高整体式桥的梁台结合部抗裂性能与施工便利性,提出一种新型整体式桥台与组合梁结合部构造。采用ABAQUS通用分析软件,考虑钢混界面摩擦滑移效应,建立整体式桥台与组合梁结合部的三维有限元模型。通过仿真计算得到整体式桥台与组合梁结合部的破坏形态与荷载-挠度曲线,分析其极限承载力与传力机理,并与模型试验结果进行对照验证。进一步通过参数化计算分析,得到混凝土强度、钢材强度、钢板厚度与腹板形式对梁台结合部承载性能的影响。研究结果可为整体式桥梁及类似结构的研究提供参考。

PTES-稻壳灰超疏水涂层提高生土材料耐水性的效果

生土建筑的耐水性较差,容易被风雨侵蚀破坏,可以通过疏水涂层提高生土材料表面的耐水性。目前,针对土遗址的修复材料可分为无机类(石灰、水玻璃等)、有机类(聚氨酯、有机氟等)和有机无机复合材料。无机材料耐老化性能好、成本低,与土遗址兼容性好,但耐水性普遍较差;有机材料具有良好的耐水性,但耐老化性能差。将有机材料和无机材料复合使用可有效解决上述单一材料的缺点[1]。有机无机杂化材料已经广泛应用于制备超疏水涂层,并取得了较大进展,拥有成本低、工艺简单等优点。但目前研究主要集中在对混凝土、木材、玻璃、织物和金属的保护上[2],在生土材料上的应用鲜有报道。稻壳灰为稻壳焚烧后的主要副产物,提高其利用率具有环境和经济效益。笔者通过溶胶凝胶法,首次将PTES(三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷)和稻壳灰制备成用于生土材料外墙的防水涂层,并测试涂层耐水性效果,分析其机理。

开孔Q460高强钢在大应变循环拉伸下的力学性能

对36个Q460高强钢试件进行单调拉伸与循环拉伸下的力学性能试验,探讨开孔数量、开孔位置和加载制度对Q460高强钢试件破坏特征、极限抗拉强度、应力循环特征和耗能能力的影响规律.结果表明:孔洞对Q460高强钢试件的力学性能具有显著影响;开孔试件在孔洞周围出现明显的应力集中现象;未开孔试件的应力-应变曲线更为饱满,且未开孔试件的耗能能力和断后伸长率远大于开孔试件;相较于沿试件长轴方向的孔洞,沿试件短轴方向的孔洞对试件力学性能的影响更为显著;对于相同开孔数量和开孔位置的试件,其耗能能力随加载应变幅值增量的增大而减小.