损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量的研究

研究了混凝土的徐变和混凝土的非线性性质,研究损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量,用有限元软件ANSYS对钢筋锈胀效应进行了非线性有限元分析.计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀深度(界限锈蚀深度)的重要因素.比值越大,界限锈蚀深度越大;混凝土的强度越大,界限锈蚀深度越大.     

列车荷载下考虑道床裂纹的无砟轨道受力特性

为研究道床裂纹对无砟轨道受力的影响,根据道床裂纹的特点,基于线弹性断裂力学理论,构造20节点六面体奇异等参单元反映裂纹尖端奇异,建立含裂纹的无砟轨道空间有限元模型,分析无砟轨道的受力特性.结果表明:道床裂纹对钢轨和道床板垂向位移影响较小,对道床板中上部混凝土及钢筋受力的影响不明显,道床下层钢筋应力在裂纹处发生突变,静态和动态裂纹宽度基本相同;对于道床底面60 mm等深裂纹,在列车荷载作用下,裂纹处钢筋应力增大为未开裂时的2倍左右,裂纹张开0.017 mm.     

箍筋对混凝土保护层锈胀开裂的影响

利用有限元软件ANSYS建立考虑箍筋间距、直径变化的钢筋混凝土构件锈胀裂分析模型,研究箍筋对纵筋锈蚀导致钢筋混凝土构件保护层胀裂的影响.结果表明:箍筋间距在100 mm以上时,对引起纵向裂缝的最大锈胀力影响很小,.但对裂缝产生的位置有一定影响,即箍筋位置处首先出现裂缝的可能性最小,而相邻箍筋中间位置处可能性最大;箍筋间距在50 mm以内时,能有效抑制或延缓试件表面纵向锈胀裂缝的产生,箍筋直径变化对保护层纵向锈胀开裂影响甚微.     

荷载引起的横向裂缝区钢筋锈蚀速率

为探讨荷载引起的横向裂缝区钢筋锈蚀速率变化,采用配筋混凝土梁进行了受弯加载试验,分析了裂缝宽度和混凝土表面涂层对钢筋锈蚀速率的影响.研究结果表明:裂缝处钢筋的锈蚀特征为微电池腐蚀和宏电池腐蚀并存,横向裂缝宽度对裂缝处钢筋宏观腐蚀电流强度的大小和分布没有影响,但增大了裂缝处钢筋活化区的面积,从而使钢筋的腐蚀微电流强度增大;裂缝处钢筋腐蚀反应需要的氧和水直接从裂缝侵入,而不是通过未开裂处混凝土的保护层渗入,通过增加环氧涂层、提高保护层厚度和混凝土密实度等措施无法阻止裂缝处钢筋的锈蚀.      

连续道床板裂纹计算方法及影响因素

为研究双块式无砟轨道连续配筋道床板裂纹扩展的机理,基于钢筋混凝土粘结-滑移理论,建立了适用于连续配筋混凝土道床板裂纹扩展的计算模型.依据该模型计算了道床板裂纹宽度和间距,分析了道床板配筋率、纵向钢筋直径和混凝土强度对裂纹宽度、间距及钢筋应力的影响.分析结果表明:钢筋直径和配筋率直接影响裂纹间距,裂纹间距随钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;混凝土抗拉强度、配筋率和钢筋直径是裂纹宽度的主要影响因素,裂纹宽度随混凝土强度和钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;裂纹截面处纵筋应力不应超过其抗拉强度,配筋率和混凝土抗拉强度是决定钢筋应力大小的关键因素.     

唐乐公路岳家河桥梁科学维修

桥梁病害空心板裂缝 岳家河桥为普通钢筋混凝土板桥．在设计荷载作用下梁板受弯区会产生极细微横缝。边板腹板侧面存在竖向裂缝、混凝土剥离、露筋锈蚀．梁板在荷载作用下产生裂缝．雨雪水渗入造成钢筋锈胀,导致混凝土剥离。     

SRC中钢骨锈蚀率与混凝土锈胀裂缝宽度的计算

随着服役时间的增长,钢骨锈蚀产生锈胀力将导致混凝土保护层开裂,影响钢骨混凝土结构的耐久性。应用金属腐蚀学理论和弹性力学的方法建立了钢骨锈蚀率的计算公式,并结合混凝土断裂力学中的虚拟裂缝模型方法,得到裂缝间传递应力与裂缝宽度的关系,并对钢骨锈蚀率和裂缝宽度进行了算例分析。分析结果表明,钢骨锈蚀率随着时间和混凝土锈胀裂缝宽度的增加而增长,随着混凝土保护层厚度、混凝土强度等级和钢骨下翼缘的尺寸增加而减小。     

基于粒子群算法优化Kriging模型的 桥梁钢筋锈蚀可靠度分析

桥梁结构在不利影响因素作用下性能会受到影响,对桥梁的可靠性进行分析具有重要意义。对桥梁钢筋锈蚀开裂可靠度计算方法进行研究,首先,结合实际测试数据提出了基于粒子群算法优化Kriging模型的方法,以解决钢筋锈蚀和保护层开裂与各主要影响因素(钢筋直径、混凝土抗压强度、保护层厚度和沿筋方向裂缝宽度)间的不确定关系。其次,建立了钢筋锈蚀正常使用极限状态的功能函数,并利用Monte-Carlo方法计算桥梁钢筋锈蚀适用性的失效概率和可靠度。结果表明:通过粒子群算法优化后构建的Kriging模型能够更准确地预测钢筋锈蚀程度;桥梁钢筋锈蚀可靠度指标随着钢筋直径、混凝土抗压强度和保护层厚度的增加而增加,随裂缝宽度的增加而减少。     

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.      

钢筋混凝土保护层厚度控制技术研究

混凝土保护层厚度对钢筋混凝土的耐久性、钢筋与混凝土的粘结锚固性能都有重要影响。保护层过薄,不但会导致钢筋提早生锈而加快锈蚀发展速度,而且会使钢筋周围的混凝土由于钢筋的粘结滑移所引起的裂缝很容易发展到构件表面,形成沿纵向钢筋的裂缝。同时,保护层过薄,还会使混凝土结构由于混凝土自收缩而造成沿钢筋方向的纵向裂缝或形成裂缝薄弱面,即混凝土虽未产生裂缝,但已经形成了混凝土抗拉薄弱区,以后会由于受外力而出现裂缝,从而进一步加快钢筋的锈蚀和由于粘结滑移造成的裂缝的形成。但保护层过厚,在硬化过程中,其收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制,很容易产生裂缝,削弱混凝土保护层的作用,另外构件自重增加,有效截面减小,承载力也随之下降,同时构件裂缝宽度也将增加。因此,确定合理的保护层厚度是很必要的。     

严寒地区连续式道床板裂缝性能的理论推算

为了研究严寒地区连续式道床板的裂缝性能及其影响因素,基于严寒地区连续式道床板的实际工作状态,修正了前人关于连续式道床板裂缝计算的假设条件和力学模型,并通过理论推算和试验验证提出了不同工况的连续式道床板裂缝性能计算方法,总结了连续式道床板的开裂规律及其裂缝性能随温度变化的发展趋势. 研究结果表明:连续式道床板的裂缝性能与温降幅值和相邻裂缝间距密切相关,连续式道床板在温降5 ℃左右将产生集中批量式的首次开裂现象,道床板的固定区长度随着温降幅值的增大将随即降低至0,道床板的二次开裂则以单一零星的方式呈现,且相邻裂缝间距越小,其间道床板二次开裂对应的温降幅值越大,试验表明相邻裂缝间距小于3.25 m时,其间道床板在温降幅值小于37 ℃的地区将不会产生二次开裂现象;单一裂缝的产生仅对其左右滑动区范围内轨道结构力学性能有影响,若新老裂缝的滑动区部分相重叠,则新裂缝的产生将引起相邻既有裂缝钢筋应力和裂缝宽度幅值的突降.      

温梯荷载下桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上 CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移. 结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10 ℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.      

套靴刚度和阻尼对高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动的影响

采用轨段单元模拟弹性支承块式无砟轨道结构。钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;道床板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件和支承块下胶垫和套靴模拟为线性弹簧和阻尼器;道床板与混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动矩阵方程,得到了系统振动响应,进一步分析了套靴刚度和阻尼对此系统竖向振动响应的影响规律。     

考虑界面初始黏结缺陷的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度变形

针对中国高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道界面初始黏结缺陷导致轨道结构温度变形进一步增大的现象, 基于电荷耦合器件(CCD)工业相机与计算机图片处理技术, 建立了板式无砟轨道界面空隙率试验检测系统, 测试了3块CRTSⅡ型板式无砟轨道板与水泥沥青(CA)砂浆界面的初始空隙率; 在有限元模型中以界面空隙率定量表征了界面的黏结状态, 即根据界面空隙率检测结果, 考虑界面存在一定量值的初始空隙率, 并假设这些空隙均匀分布在整个界面上, 系统分析了界面初始黏结缺陷对板式无砟轨道温度变形的影响。研究结果表明: 3块轨道板样本界面的初始平均空隙率为22.3%, 界面四周的初始黏结状态明显差于轨道板界面中心; 在正、负竖向温度梯度作用下, CRTSⅡ型板式无砟轨道分别呈现中心上拱和四周翘曲的温度变形模式; 正温度梯度作用下轨道板最大温度变形与不考虑界面初始黏结缺陷相比增大了7.8%~10.1%, 且随着界面初始空隙率的进一步增大, 轨道板最大上拱温度变形呈线性增大趋势; 负温度梯度作用下, 界面空隙率的增大对轨道板温度变形的影响不大; 在分析CRTSⅡ型板式无砟轨道温度变形时应适当考虑轨道板与CA砂浆的界面初始黏结缺陷, 研究结果可为分析CRTSⅡ型轨道板上拱温度变形机理提供参考。      

桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.      

CRTSⅢ型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验

为了研究列车疲劳荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构横向受力性能,采用实际工程施工现场的材料及施工工艺,利用足尺模型,切割制作6个单承轨台或双承轨台的板式无砟轨道试件,进行橡胶板模拟路基上板式无砟轨道结构的横向弯曲疲劳试验,得出列车疲劳荷载引起的横向弯矩作用下板式轨道试件的应力、变形分布规律及疲劳损伤的发展形态.试验结果表明,在15.0~255.0 kN和42.5~425.0 kN疲劳荷载作用下,模拟路基上单承轨台和双承轨台的试件板中位置轨道板上表面先出现纵向裂缝,随后轨道板横向预应力筋锚固端出现由锚头向轨道板上表面的劈裂裂缝,累计疲劳500万次后,三点弯曲模式下轨道板-充填层复合板试件的自密实混凝土开裂荷载和层间滑移荷载分别减小20%~30%和25%以上,疲劳损伤、层间离缝对轨道板与充填层的协同工作性能有不利影响.      

桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。      

水压力对砼面板板底裂纹的劈裂作用和数值模拟

水泥砼路面在荷载、温度等的作用下,板底会出现缺陷、裂纹,随着填缝料的失效,水在板底积聚,在行车荷载的作用下,板底水压力会达到一个相当大的程度.对于板底裂纹而言,水的作用相当于在裂纹面上施加了促使裂纹扩展的均布劈裂力,运用断裂力学原理揭示了水对裂纹的劈裂作用,同时采用平面有限元从应力角度考察了水压对裂纹的劈裂影响.对于水泥砼路面板的断裂分析具有一定的理论意义.