河北邯郸客运中心主站筒体斜拉转换结构预应力施工技术研究

河北邯郸客运中心主站结构设有4跨简体斜拉转换结构，每跨内8根斜拉索直接连接悬空钢框架的底层和周边筒体，上部6层悬空钢结构荷载通过斜拉索传递至6个钢筋混凝土简体。斜拉索为大直径Galfan镀层钢绞线索，最大预张力为3792．2kN，单根长度为11．5—24．1m，且索体穿过钢梁和钢柱。根据结构特点，介绍了结构总体施工方案，分析研究了拉索张拉和楼面混凝土浇筑先后顺序及相邻跨斜拉索张拉的相互影响，并进行了结构施工全过程分析。

预应力节段预制拼装桥墩抗震性能研究综述

为进一步推动预应力节段预制拼装桥墩在高烈度区桥梁工程中的应用,从自复位能力、耗能能力、底节段容许损伤能力和基于性能的抗震设计方法4个方面系统梳理和总结了各国学者开展的相关研究,并指出了当前研究存在的问题以及未来的发展方向。结果表明:无粘结预应力筋能提供更好的自复位能力,桥墩震后残余变形很小;相对于现浇桥墩,该形式桥墩耗能能力较差,需要设置专门的耗能装置,其中外置耗能装置震后可更换,更值得推广;预应力节段预制拼装桥墩鲁棒性差,必须注意提高底节段容许损伤能力;针对预应力节段预制拼装桥墩的基于性能抗震设计才刚刚起步,需要进一步发展。

BIM模型编码可变性检验与自动匹配方法研究

为解决BIM元素变更导致的Web-BIM系统数据库与BIM元素无法匹配的问题,本研究首先根据各类BIM文件的特点,选择Rvt文件作为编辑BIM文件,选择Gltf文件作为Web端加载文件。对BIM模型的编码可变性进行了验证,结果表明对BIM构件尺寸修改、属性修改、位置移动等操作均不会改变构件的编码;若对BIM构件进行删除,该构件会被赋予新的编码,但其他构件的编码均不会被影响。本研究提出一种BIM模型变更前后自动匹配方法,通过建立元素识别和跟踪数据库、元素匹配算法、用户交互及确认、更新质量信息、定期检查等步骤,可以实现BIM模型变更前后Web端与BIM元素的匹配,为建筑项目的管理提供了有力的工具。

体外预应力凸块锚固区配筋设计研究

混凝土凸块锚固区是体外预应力的一种常见锚固形式,目前尚没有成熟的设计方法。本文通过有限元数值分析,揭示了产生局部拉应力集中的3种作用效应;在此基础上,提出了这3种局部作用效应合拉力的解析计算公式,作为凸块锚固区定量化配筋设计的依据。通过南京长江第四大桥引桥凸块锚固区的设计实践,表明该方法具有良好的实用性。

基于群论的预应力结构广义特征值分析

由于常规自振分析方法未能充分利用结构的固有对称性,当结构自由度增加时,计算消耗显著提升。本文基于群论方法,提出一种分析对称型预应力结构动力特性的高效方法。首先,结合一致质量矩阵及切线刚度矩阵建立了预应力结构的广义特征方程,并考虑初始预应力对结构的影响,以求解结构的自振频率及振型。随后,建立对称坐标系,将刚度矩阵及质量矩阵分解为一系列分块对角化矩阵。由于各分块子矩阵相互独立,广义特征值问题的求解难度显著降低,从而能高效求解结构的自振频率及相应振型。数值算例阐明了所提出方法的基本计算过程及显著优势。与有限元结果及常规方法所得结果比较后可知,基于群论的对称方法准确、高效。

考虑预应力提高效应的混凝土梁抗剪承载力

为研究预应力对混凝土梁抗剪承载力的影响,通过分析剪跨内中性轴处微元体应力和预应力对桁架模型倾角的影响,揭示了预应力水平分量对混凝土和箍筋抗剪贡献提高机理.基于试验数据,对主要影响因素进行无量纲分析和回归分析,提出了预应力对混凝土抗剪贡献提高系数的计算方法,叠加箍筋抗剪贡献和预应力竖向直接抗剪贡献,建立了预应力混凝土梁抗剪承载力理论计算公式.结果表明,所提公式形式简单,物理意义明确,可综合考虑抗剪承载力主要影响因素.利用414片预应力混凝土梁对公式进行验证,抗剪承载力试验值与计算值的比值均值为1.016,标准差为0.193,表明该公式可较好地预测预应力混凝土梁抗剪承载力.

中国国学中心的创新结构设计研究

中国国学中心项目建筑内部功能空间采用了高大空间堆叠的设计策略,导致建筑平面、空间关系复杂。主体结构具有楼板不连续、局部穿层柱、较多夹层,以及部分竖向构件不连续等多重结构不规则性,通过采用设置支撑形成高效的抗侧脊骨结构,有效解决了抗震最不利的抗侧刚度突变的问题。中国国学中心项目创新性地运用基于失效模式和可修复概念的性能化设计方法处理此类复杂结构,并通过相关的分析、试验验证了结构具有良好的抗震性能,体现出了结构设计的先进性。

栓钉剪力连接件传力机理与有效受力长度研究

为研究栓钉剪力连接件受力机理及其在不同强度混凝土中的有效受力长度,进行不同长度栓钉剪力连接件推出试验和精细化有限元参数分析。基于精细化数值模型,分析栓钉及其周围混凝土受力机理,得到栓钉周围混凝土主应力迹线,揭示混凝土力流传递路径。研究结果表明:栓钉受力分为弹性和塑性两个阶段,混凝土强度不变时,栓钉长度变化对栓钉抗剪性能影响较小。基于应力分布规律,栓钉周围混凝土分为三个受力区域,即栓帽上方受压拔区、栓帽下方受拔区和栓钉根部下方受压区。栓钉有效受力长度随混凝土抗压强度增加而减小。以直径19 mm栓钉为例,当混凝土抗压强度为20、30、40和50 MPa时,栓钉有效受力长度为4.42d(d为栓钉直径)、4.00d、3.68d和3.42d。

先张法预应力混凝土构件预拉区裂缝的控制要点

先张法预应力技术在桥梁工程中应用广泛,也有望大量应用于工业化建造的预制受弯构件中。文章在概述先张法预应力构件特点的基础上,通过截面核心的概念,阐述了防止放张时预拉区开裂的原则,即预应力钢筋应被布置在截面的核心范围内。通过采用高效率的异形截面,截面核心的范围得到扩展,而混凝土抗拉强度和自重弯矩的考虑将进一步扩展截面核心的范围。由于自重弯矩沿纵向的变化,在先张法构件中,需要通过引入失效段的方式来改变有效预应力的大小,以使截面核心与预应力钢筋的直线布置相适应。

斜拉桥单索失效后的极限承载能力研究

拉索作为斜拉桥的核心构件,拉索失效后对斜拉桥的整体承载力的影响是十分显著的。本文基于塑性极限理论提出单索失效后斜拉桥结构极限承载力的计算方法,为斜拉桥在使用过程中拉索的安全维护提供理论依据。首先,提出单索失效后斜拉桥结构极限状态时的变形和塑性铰分布模式假定;其次,根据几何相容条件建立塑性铰转动角度间的约束关系,同时基于小变形假定明确各拉索的变形量;最后,结合上限定理和虚功原理计算斜拉桥结构在单索失效后的极限承载力。将该方法分别应用于三索斜拉桥模型和五索斜拉桥模型,预估斜拉桥结构单索失效后的极限承载力和塑性铰位置,计算结果和有限元分析结果吻合。

碱性环境中BFRP筋耐腐蚀性能试验研究

针对玄武岩纤维增强树脂基复合筋材(BFRP筋)在碱性环境中的耐腐蚀性能和腐蚀机理进行了试验研究,试验变量包括树脂基体种类、碱性环境类别、腐蚀龄期等。碱性环境包括碱溶液浸泡和潮湿混凝土包裹两种,筋材分为环氧树脂基体复合筋(BE筋)和乙烯基酯树脂基体复合筋(BV筋),试验最长龄期为120d。为加速腐蚀效果,试验采用60℃的高温浸泡。并采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后的筋材微观结构进行分析,对腐蚀机理进行了研究。试验结果表明:BE筋腐蚀前后强度均高于BV筋,BE筋的耐碱性能优于BV筋;SEM观察发现沿筋材径向,BE筋中出现明显的腐蚀层和未腐蚀层的分界,而BV筋中没有出现明显的纤维松散层,但是出现了大量的界面脱粘和微裂缝,分析认为强度退化主要是由纤维/树脂界面脱粘导致纤维不能协同受力引起;通过对BFRP筋在直接碱溶液浸泡和混凝土包裹环境下浸泡后的退化规律的比较分析得出,两种情况下的时间转换因子为2.67。

海洋环境下BFRP筋与混凝土黏结性能及基本锚固长度计算方法研究

本文研究了海水浸泡环境对BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋与混凝土黏结性能的影响,测试了不同温度(25℃,40℃和55℃)下极限黏结强度随浸泡龄期的变化规律。结合加速腐蚀理论,并考虑环境温度和湿度的影响,对极限黏结强度随服役年限的变化规律进行了预测。参考既有文献中的97个BFRP筋黏结强度试验数据,推导了BFRP筋短期黏结强度计算公式。依据本文理论预测得出的50年设计使用年限下的黏结强度损伤因子,推导了不同环境湿度类别下的锚固长度计算公式。试验结果表明:25℃,40℃和55℃海水浸泡60天后,极限黏结强度分别降低了5.8%、9.1%和13.0%。预测结果表明,在南海年平均温度下,服役50年后,室内环境、一般室外环境和潮湿海洋环境类别下的黏结强度损伤因子分别为0.19、0.32和0.51。本文提出的基本锚固长度设计方法可为相关规范条款的制定提供依据。

槽形钢梁-预制混凝土桥面板组合箱梁设计研究

为促进桥梁快速施工技术发展并减轻既有中小跨径混凝土桥梁病害,开展一种槽形钢梁-预制混凝土桥面板组合梁的设计研究。槽形钢梁中心间距3.2m,在梁端及跨内分别设置板式与桁架式横联,在钢梁上翼缘设置簇钉群作为剪力件。每块预制板的纵向长度取2.96m,横向宽度可根据现场运输条件确定。该组合梁可采用无支架拼装施工,即先以钢主梁支承预制桥面板,并在形成组合结构后承受二期恒载与活载。对比现有的横向装配式预应力混凝土小箱梁,该装配式钢-混组合梁可降低梁高7%~10%,减少自重30%~37%,其所采用的预制单元划分策略和簇钉群连接技术有利于提高桥梁建设速度和质量。

FRP筋增强混凝土结构耐久性能研究进展

一般认为在恶劣服役环境下,可利用纤维增强复合材料(FRP)筋替代普通钢筋,从而有效提升混凝土结构的耐久性能。但研究表明,FRP筋并非完全免疫于服役环境,其在腐蚀性环境下的耐久性能一直是困扰FRP筋在土木工程中应用的关键问题之一。文章从三个方面系统梳理了国内外关于FRP筋增强混凝土结构耐久性的研究进展:①在试验研究方面,从FRP筋自身、FRP筋与混凝土黏结以及FRP筋增强混凝土构件三个层次,对近几十年来国内外有关FRP筋增强混凝土结构耐久性能试验研究的进展进行系统的梳理;②在长期性能预测方法方面,对现有的各类FRP筋长期性能预测模型和理论进行梳理;③在设计方法方面,总结目前各国有关FRP筋增强混凝土结构耐久性的设计方法,比较了规范间的差异。文章梳理工作对提升我国FRP筋增强混凝土结构设计水平和推广FRP筋的工程应用,具有重要的参考意义。

体内-体外混合配束节段预制拼装箱梁足尺模型试验研究

以南京长江第四大桥引桥为背景,开展了一孔48 m跨径体内-体外混合配束节段预制拼装箱梁的足尺模型试验,以研究该类箱梁在正常使用阶段和施工状态下的结构行为。根据试验箱梁的尺寸参数以及实际约束条件确定了拼装与加载方案。本文重点研究正常使用荷载和梁上运梁两种工况下梁体应力状况与位移变化等结构静力性能,并与试验梁实体有限元模型进行对比分析。研究结果表明:在正常使用阶段,加、卸载后拼装梁体残余变形较小,基本处于弹性工作状态,整体性较好;键齿接缝两侧基本无相对滑移,接缝截面纵向应变沿梁高大致呈线性变化,力学行为基本符合平截面假定;体外预应力束在转向处基本无滑移,体内外预应力增量随跨中弯矩基本呈线性变化;在梁上运梁工况下,实测梁体下缘压应力储备充足,满足运梁安全性要求。

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法:根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明:为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。

装配式混凝土结构体系研究进展

装配式混凝土结构具有跟传统现浇结构截然不同的施工工艺及节点构造,并能方便地与预应力、新材料等技术有机结合,突破了现浇结构的一些局限,因而能带来良好的结构体系性能、乃至新颖的结构体系形式,符合我国产业升级和绿色发展的要求,已经成为目前建筑业结构调整和转型升级的必然途径。但现阶段装配式混凝土结构体系繁多,发展应用缓慢等突出问题在一定程度上限制了其理论发展和工程应用。本文从体系形式、优缺点、试验研究等方面论述了装配式混凝土框架结构、装配式混凝土剪力墙结构、空间盒式结构与模块建筑结构等几类适用于多高层工业与民用建筑的装配式建筑结构体系,聚焦于体系层面、尤其是装配式混凝土抗侧性能的特点,重点介绍并梳理了最新研究进展,以期为后续装配式混凝土结构的理论研究及发展应用提供相应参考。

基于Miura折纸的蜂窝材料共面缓冲性能研究

针对当前铝蜂窝材料在共面缓冲性能方面的不足,基于已有的内凹六边形蜂窝和Miura折纸单元,提出了一种改进型内凹六边形蜂窝材料。利用有限元软件,建立了3种有限元模型并进行了共面和异面方向的准静态压缩模拟,获得了3种模型在2种工况条件下的变形模式和表征缓冲性能的平台应力值。基于所提蜂窝材料,设计了一种折纸型二级缓冲结构并进行了有限元分析。分析表明,提出的改进型内凹六边形蜂窝具有三维负泊松比特性,该性能使蜂窝在共面压缩时具有更高的平台应力;二级缓冲结构满足飞行器在正常着陆工况和特殊严苛着陆工况的不同缓冲性能要求。

绍兴山水馆弦支穹顶结构施工技术

绍兴山水馆C馆为钢桁架弦支穹顶组合网壳结构,通过对中心弦支穹顶结构的施工过程进行张拉分析,提出了逐环分批次循环张拉径向钢拉杆的施工方案,在结构中建立设计预应力的同时可以有效控制结构形态,并且减少了张拉设备的投入。通过对铸钢索夹节点进行抗滑移模型试验,得出索夹抗滑承载力为350kN,大于节点最大不平衡力200kN,可以满足工程要求。

考虑摩擦滑移拉索的张拉过程研究

拉索在施工过程中的受力与工作状态有明显的区别,施工过程中拉索可能处于可变结构状态或机构状态,柔性索结构最终的形状及结构刚度是与张拉过程密切相关的。在张拉过程中,包含了弹性变形和刚体运动的耦合。该文对考虑弹性变形索结构的运动过程进行了数值仿真分析,并且考虑了摩擦滑移在索结构运动过程中的影响。在给出拉索变形协调方程的基础上,采用静力方法来模拟索结构的运动过程,将运动驱动独立于形态变量,即将索结构的运动过程看成由一系列离散的受荷机构平衡形态组成。随后推导了悬链线索单元在支撑点处的滑移刚度和摩擦滑移刚度,给出了索结构运动过程中考虑索滑移的计算方法。最后对广州珠江新城西塔预应力拉索的张拉过程进行了数值模拟分析,较好地将该文的方法应用于实践中。