工作荷载和高地温环境下锚杆极限拉拔力试验研究

针对复杂工程环境中高地温导致锚杆支护结构锚固性能劣化和结构损伤的现象,研究工作荷载和高温同时作用下对其极限拉拔力的影响。基于力学相似原理设计并制作了3组共9个锚杆试件,通过室内逐级加载拉拔试验,得到试件在不同工作荷载和养护温度作用下,锚杆的极限拉拔力变化规律。研究结果表明:工作荷载越大养护温度越高的试件其裂缝数量最多且宽度最宽;所有锚杆试件的荷载-位移曲线大致相同并且都存在弹性、屈服、塑性强化和拔出破坏4个阶段,曲线呈现三折线特征;当试件的工作荷载一定时,试件的极限拉拔力随养护温度的升高呈现先增高后降低的规律;当试件的养护温度一定时,试件的极限拉拔力随工作荷载的增大而减小。     

基于DIC混凝土轨枕和复合轨枕受弯特征分析

轨枕是轨道结构重要组成部分,在上部荷载和下部道砟共同作用下处于受弯状态,常产生裂纹,增加维修费用,影响行车舒适性和安全性。采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation),通过三点弯曲试验,分析Ⅲ型预应力混凝土轨枕、FFU复合轨枕受弯特征、裂纹发展过程和裂纹开口位移。研究结果表明:数字图像相关技术在位移和裂纹测试中具有高精确性;混凝土轨枕在加载初期处于弹性阶段,刚度大,随荷载增加,裂纹不断发展,刚度逐渐减小,抵抗变形能力下降,裂纹开口位移增加速率逐渐增大;FFU复合轨枕受弯过程中始终处于弹性状态,裂纹产生原因为层间分离,裂纹开口位移增加速率在裂纹开口完全分离时增加,之后保持不变。     

不锈钢钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

通过3根不锈钢钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的拟静力试验,研究不锈钢钢筋混凝土梁的抗震性能。结果表明:试验梁在荷载作用下均经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和强度退化阶段;与普通钢筋混凝土梁相比,不锈钢钢筋混凝土梁的屈服位移、极限位移和位移延性系数均有明显增大,延性性能得到改善,强度和刚度退化较为平缓,滞回曲线较为饱满,滞回环面积加大,其总耗能是普通钢筋混凝土梁的2.36～4.25倍,其能量耗散系数是普通钢筋混凝土梁的1.12～2.63倍,表现出良好的抗震性能。随着配箍率的增加,不锈钢钢筋混凝土梁试件的极限承载力、屈服强度、延性、耗能能力逐渐增大,刚度退化减缓。随着混凝土强度的提高,试验梁的承载能力、屈服强度、刚度和总耗能明显提高,但位移延性系数有所降低。     

CRTSⅢ型减振板式轨道垫层刚度限值研究

为研究CRTSⅢ型减振板式轨道减振垫层刚度对自密实混凝土耐久性的影响,应用弹性地基梁-实体有限元模型,以减振垫刚度限值为研究对象,考虑列车荷载与正温度梯度共同作用,计算不同垫层刚度下自密实混凝土的拉应力、裂纹分布及宽度、耐久性损伤度。结果表明,随减振垫层刚度减小,自密实混凝土层拉应力、裂纹数量、裂纹宽度及耐久性相对损伤度均逐渐增大;依据自密实混凝土层耐久性要求,得到减振垫层的面刚度下限值为20 MPa/m。     

高温及围岩粗糙度对锚杆灌浆料抗拔强度影响的试验研究

为研究高地温隧道干热环境中锚杆支护结构锚固性能劣化问题,设计不同温度及围岩粗糙度下锚杆灌浆料抗拔强度试验。采用不同类型钢管模拟围岩粗糙度,并将试件在不同温度下养护。通过试件拉拔试验,得到不同养护温度及围岩粗糙度下锚杆的荷载-位移曲线,利用SPSS软件对试验数据进行回归分析。结果表明:锚杆养护温度对其抗拔强度有一定影响,养护温度低于35℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而增大,养护温度高于50℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而减小;对于无螺纹锚杆试件,锚筋与灌浆料界面的黏结强度大于钢管与灌浆界面;围岩粗糙度对锚杆的抗拔强度有较大影响,围岩粗糙度越大,锚杆的抗拔强度越大,锚固效果越好。     

高铁隧道衬砌缺陷气动荷载影响研究

随着高铁列车运行速度的提高,气动荷载成为隧道结构重要的附加荷载,尤其是素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载将对衬砌安全有较大影响。针对素混凝土二次衬砌存在初始裂纹和厚度不足缺陷的情况,分别采用基于断裂力学的数值流形方法和基于荷载-结构模型有限元法,对2种衬砌缺陷在气动荷载作用下的影响开展研究。研究结果表明：隧道素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载对缺陷部位的耐久性和长期稳定性有很大影响;隧道衬砌存在裂纹时,在气动荷载作用下,裂纹尖端应力强度因子增大150%以上;衬砌厚度不足时,在气动荷载作用下,缺陷部位拉应力增大54%,衬砌处于“拉-压”循环受力状态。研究结果可为高铁隧道素混凝土结构的长期稳定性及耐久性设计提供参考。     

考虑刚度退化的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法

根据已有试验结果,得到适用于铁路低配筋混凝土桥墩的荷载位移双折线模型.选取4类场地的320条实际地震记录,利用该双折线模型研究4类场地的强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数变化的规律.结果表明:在考虑桥墩屈服后刚度退化的情况下,强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数的增大而降低,说明低配筋混凝土桥墩屈服后的刚度退化越大,桥墩对地震的强度需求越大.通过对4类场地强度折减系数谱的统计分析,给出考虑刚度退化的三折线型强度折减系数谱以及据此的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法.     

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。     

基于不同测定方法的热害环境喷射混凝土黏结性能分析

本文以隧道热害环境问题为背景,利用模拟热害环境设计和湿喷混凝土技术对热害环境2种强度等级(C25和C30)喷射混凝土与岩石的黏结性能进行试验研究。为保证结果可靠,对岩石大板同时采用劈裂法和改进的钻芯拉拔法(直拉法)测定黏结强度。试验结果表明:相对于标准养护工况,干热环境和湿热环境均引起黏结强度倒缩;2种测定方法测得喷射混凝土(C25、C30)黏结强度随温度的变化趋势一致;劈裂法测定的黏结强度普遍大于钻芯拉拔法测定结果,差值范围5%~15%;2种测定方法各有优点,使用时应尽可能控制对黏结强度测定不利的影响因素。     

快速拉格朗日法在锚杆拉拔数值模拟试验方面的运用

为研究主要影响锚杆锚固力的因素、锚杆在拉拔过程中整体失稳的规律等,采用三维显式有限差分法,建立锚杆拉拔数值仿真模型,进行计算机模拟。结果表明:数值模拟计算的结果和现场试验得到的结果基本吻合,表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的;锚杆的拔出过程是逐渐滑移到突然整体失稳的过程;锚杆的锚固效应随着锚固剂与锚杆间的摩擦角、粘结力和浆体有效围压的增加而增强;锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变,在拉拔初始时,自由端锚固剂处的剪切应力为最大,锚固端处的剪切应力为最小且接近为零,随着锚杆拉拔过程的进行,自由端处锚固剂与锚杆的界面首先达到屈服点,使自由端处锚固剂与锚杆之间产生滑移现象,而后锚固剂所受的剪切应力慢慢呈现均匀分布,并达到最大值(在锚固剂与锚杆的界面上达到屈服),锚杆出现整体失稳;在锚杆的拉拔过程中,锚杆自由端处的变形量最大,从自由端至锚固端,锚杆的变形量逐渐减小;锚固剂的变形规律与锚杆的变形规律相同。     

薄壁拉筋矩形钢管混凝土墩柱抗震性能研究

相比圆钢管混凝土墩柱,矩形钢管混凝土墩柱的惯性矩大、稳定性强,但其对填充混凝土的约束较差。为探究端部拉筋和加载方向对矩形钢管混凝土墩柱抗震性能的影响,开展2根方形和2根矩形钢管混凝土墩柱的拟静力试验,分析比较端部拉筋以及加载方向对桥墩的刚度、承载力、耗能、刚度退化以及残余变形的影响规律。并采用ABAQUS有限元软件建立拉筋钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型,有限元模型中混凝土单元引入裂缝,钢材引入韧性损伤以考虑更准确的拉筋钢管混凝土桥墩的抗震性能退化规律。研究结果表明：与传统钢管混凝土桥墩相比,端部拉筋约束钢管混凝土墩柱的屈服荷载、水平峰值荷载、累计耗能和弹性刚度分别提高49.3%、42.8%、24.1%和15.1%,抗震性能优于传统钢管混凝土桥墩。与弱轴加载相比,强轴加载时桥墩的屈服荷载、峰值荷载累积耗能和弹性刚度分别提高了45.1%、44.9%、51.7%和7.1%,表明强轴加载时更易发挥抗震性能。采用有限元软件建立的钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型与试验结果吻合良好,反映了循环荷载下拉筋钢管混凝土桥墩的塑性大变形阶段承载力退化现象和滞回曲线“捏拢”效应。有限元模型计算的...     

锚固区钢绞线锈断PC梁黏结性能退化试验研究

为研究锚固区钢绞线锈断对后张预应力混凝土梁黏结性能的影响,对6根预应力混凝土构件进行静力拉拔试验.通过设计电化学快速锈断钢绞线、缓慢切割钢绞线和直接放张3种应力释放方式,研究应力释放方式、混凝土强度和箍筋直径对断后预应力钢绞线黏结性能的影响,揭示预应力钢绞线与混凝土黏结力沿纵向的分布规律,得到预应力钢绞线的黏结-滑移曲线以及试件达最大拉拔力时预应力混凝土梁的裂缝分布形态.试验结果表明:钢绞线与混凝土的黏结破坏由拉拔端逐渐向自由端发展,应力释放速度越缓,试件初始损伤越小,拉拔过程中黏结性能越稳定;提高混凝土强度等级和增大箍筋直径均可提高预应力钢绞线与混凝土间的黏结强度;试件破坏形式主要为黏结失效或预应力钢绞线断裂破坏.本研究为完善锈蚀钢绞线与混凝土间黏结性模型提供了试验基础.     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。     

500MPa级细晶粒热轧带肋钢筋在混凝土中的锚固性能试验研究

对试验用500 MPa级细晶粒热轧带肋钢筋进行了材料力学性能试验,试验结果表明:钢筋的屈服强度实测值均500 MPa,极限抗拉强度实测值均680 MPa,抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值1.25;通过75个500 MPa级细晶粒钢筋的拉拔试验,分析了粘结滑移曲线的特点及粘结破坏形态;考虑混凝土强度、锚筋直径、锚固长度、保护层厚度和横向配箍率等锚固影响因素,拟合回归得出HRBF500钢筋极限粘结强度计算公式,并给出HRBF500钢筋在混凝土中的锚固长度设计建议。     

动荷载与水耦合作用下无砟轨道混凝土层间裂纹扩展研究

随着高速铁路的大范围应用,无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的水致损伤问题备受关注。为研究列车荷载与水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展现象,运用有限元软件进行无砟轨道层间裂纹扩展分析,开展动荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验。研究结果表明:裂纹尖端疲劳寿命与列车速度呈二次方关系,随列车轴重增加,裂纹尖端疲劳寿命显著降低;裂纹尖端剪应力随裂纹深度增大呈高次方增长;裂纹扩展初期尖端多呈一定弧度,裂纹局部会伴有压溃现象;混凝土层间裂纹沿界面扩展时为折线形,并可能会产生裂纹分叉,最终导致裂纹面掉块现象发生。     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

岩体边坡锚注加固模拟试验研究

通过对层状岩石边坡锚注加固模拟剪切试验的研究,对比分析各种结构节理剪切力—剪切位移全程曲线的特点;阐述节理剪切破坏各个阶段的细观过程及不同节理的抗剪切强度和抗剪切刚度的特征。研究表明:锚注加固节理面抗剪切强度并不等于锚杆和胶结面抗剪切强度之和,其强度同步发挥的程度与锚杆钢筋的取材及钢筋配筋率有关;边坡锚注加固后,节理由原来的摩擦型节理和加锚柔性节理变为锚注刚性节理,由于节理的变形减小,可以有效地控制边坡的位移量;锚注节理的抗剪切强度随锚杆与节理面夹角的增大而减小,两者呈反比关系;当剪切力方向与锚杆倾向相同且在锚杆与锚注节理面夹角从90°到30°的变化过程中,锚注节理的抗剪切强度逐渐增大,表现为节理面的C值和φ值逐渐增大。     

高温后混杂纤维混凝土力学性能试验研究

为研究高温后玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土的力学性能,对不同温度条件下掺入不同玄武岩纤维长度的混杂纤维混凝土进行抗压及抗折强度试验。基于试验数据进行统计分析,建立不同玄武岩纤维长度下混杂纤维混凝土相对抗压强度和相对抗折强度随温度变化的关系式。运用BP神经网络得出混杂纤维混凝土中玄武岩纤维的最佳长度范围。研究结果表明:素混凝土的抗压强度在200℃时达到峰值,而混杂纤维混凝土的抗压强度则是在400℃达到最高;素混凝土及混杂纤维混凝土的抗折强度均随着温度的升高呈下降趋势,800℃后,素混凝土与混杂纤维混凝土的抗折强度残余率分别仅为22.3%及26.9%。     

水平位移加载方式对铅芯橡胶支座力学性能的影响

对铅芯橡胶支座进行了压、剪力学性能试验,研究了不同水平位移加载顺序和加载频率对支座力学性能的影响。结果表明:水平位移递增加载时支座的屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比均大于递减加载时支座的性能,随着支座剪切变形的增大,加载顺序对支座屈服后刚度和水平等效刚度的影响逐渐减小;水平位移加载频率较小时,加载频率对支座力学性能有一定的影响,随着加载频率的增大,加载频率对支座力学性能的影响逐渐减小。