方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

新月型钢管混凝土拱桥极限承载能力分析

为了研究结构参数对新月型钢管混凝土拱桥极限承载力的影响,基于考虑约束效应的核心混凝土本构关系,对新月型拱桥的极值点稳定问题进行了分析.首先通过特征值分析,获取对结构承载能力最不利的荷载工况;其次在该工况下考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用Riks法迭代求解,得到结构的极限承载力和稳定安全系数;最后以石棉大渡河桥为工程背景,研究了主副拱肋夹角、钢管材料强度、核心混凝土强度、含钢率等结构参数对极限承载能力的影响.研究结果表明:新月拱的失稳形式为拱肋整体的横向失稳,结构的稳定性主要取决于恒载大小;考虑几何非线性后,极限承载能力下降3%,当初始缺陷从1%增加至10%时,极限承载能力下降1%,考虑材料非线性后,承载能力下降55%;含钢率增加至1.5倍时,稳定安全系数提高19.0%;核心混凝土强度从C50提高至C60时,稳定安全系数提高12.0%;钢材强度从Q345提高至Q420时,稳定安全系数提高9.6%;随主副拱肋夹角从10°变化至25°时,稳定安全系数降低5.9%.     

微型钢管混凝土构件抗弯性能数值模拟研究

影响微型钢管混凝土构件抗弯性能的主要因素有混凝土强度等级、钢管壁厚、桩径、钢材屈服强度等4个因素,为了研究这4个因素对微型钢管混凝土构件抗弯性能的影响,采用有限元软件ABAQUS,通过数值模拟的手段对其进行研究。研究结果表明:微型钢管混凝土构件的抗弯强度随着混凝土强度等级的提高不断增大,但是增幅在逐渐减小;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢管壁厚的增加而增加,两者几乎呈线性相关;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随桩径的增大而增大,且增长速率随着桩径的增大逐渐在增大;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢材屈服强度的增大而增大。另外,基于有限元数值计算结果,最后提出了微型钢管混凝土构件的极限抗弯承载力表达式,与试验结果进行对比,两者吻合良好。通过与各规程进行对比,提出的抗弯承载力计算方法用于微型钢管混凝土构件更合适。     

GFRP筋混凝土板抗弯性能试验研究

为了研究GFRP筋混凝土板抗弯性能及承载能力计算方法,对GFRP筋混凝土板进行抗弯性能试验研究.通过改变GFRP筋混凝土板的混凝土强度和配筋率,对比分析了混凝土强度和配筋率对板的变形和承载能力影响.基于平截面假定、平衡条件及变形协调条件,推导了GFRP筋混凝土板抗弯承载力的计算公式,并通过试验结果验证了承载能力计算公式的正确性.试验结果表明:荷载挠度曲线呈现明显的双直线,配筋率对初裂荷载影响较小,横截面服从平截面假定,裂纹分布稀疏且宽度大,抗弯承载能力系数处在1.02～1.36之间,验证了ACI中1.4倍平衡配筋率的局限性,对以后的GFRP筋混凝土板的设计具有一定的工程借鉴意义.     

预应力外包钢混凝土矩型梁抗弯承载力计算公式

外包钢混凝土结构具有构造简单、连接方便、使用灵活、承载力高及延性好等优点,但作为受弯构件,其抗裂性能及抗弯刚度等优势不是很明显。对其施加预应力,形成预应力外包钢混凝土结构,可以进一步提高构件的承载能力,增加其抗弯刚度,提高其抗裂性能,增加其耐久性。分析预应力外包钢混凝土矩型受弯构件结构及受力特点,以外包钢屈服、受压混凝土是否达到极限应变值及预应力钢筋是否屈服为条件,将预应力外包钢混凝土受弯构件的破坏模式归纳为四种,给出其相应抗弯承载力理论计算公式。     

高架桥钢盖梁的承载性能有限元分析

通过建立矩形断面钢盖梁板壳有限元模型,分析了钢盖梁承载性能,获得了其最不利受力部位和极限承载力.四种核心混凝土填充工况的承载性能分析结果表明:钢盖梁核心区内填充混凝土能较好地改善其受力性能、提高其极限承载力并使其刚度增大;核心区混凝土填充量由零增加到0.5H时,钢盖梁极限承载力急剧增大,大于0.5H时,其极限承载力增加很小,根据这一变化,本文推荐的核心区混凝土最佳填充量为O.40H～0.50H.     

碳纤维板材加固桥梁受拉区混凝土界面性能研究

采用碳纤维材料加固桥梁、建筑等混凝土结构具有很好的加固效果和适用性。针对碳纤维板材与混凝土界面间的粘结性能进行了研究,设计了一种双剪试验模型,通过静载试验的方法分析了不同粘结胶层剪切刚度和不同粘结胶层厚度对界面极限承载能力的影响。试验结果表明:在计算碳纤维与混凝土界面间极限承载力时,需要考虑粘结胶层剪切刚度的影响;而随着粘结胶层厚度的增大,碳纤维材料与混凝土间的整体性能会有所降低,从而影响界面极限承载力。根据研究结果对我省国道上某钢筋混凝土空心板桥受拉区进行了加固设计优化,取得了良好的效果。     

预应力混合配筋混凝土构件抗弯性能研究

为了研究有粘结预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能,基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件适筋破坏情形下正截面受弯承载力以及截面开裂弯矩的计算公式,利用推导的计算公式对五组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的预应力混合配筋构件抗弯性能进行了研究,对预应力AFRP-钢混合配筋构件与普通混合配筋构件的极限抗弯承载力与抗裂承载力进行了对比.研究表明:按照给出的预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可较好地反映结构的受力特征;在预应力AFRP筋与普通AFRP筋极限抗拉强度相同的情形下,将预应力AFRP筋代替普通AFRP筋材,对AFRP-钢混合配筋混凝土构件极限抗弯承载力提升的效果并不明显;预应力AFRP-钢混合配筋混凝土构件可以有效地提升结构的抗裂承载能力.在算例中,当张拉控制应力σcon接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力提升78.7%,从而有效延迟了截面裂缝开裂的时间,增大了结构的抗弯刚度.     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

圆钢管自密实混凝土纯弯力学性能

基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型,利用截面分层法对钢管混凝土纯弯构件弯矩-曲率进行全过程分析,建立了钢管混凝土实用组合抗弯刚度、极限抗弯承载力等计算式和钢管混凝土组合梁单元弯矩-曲率全曲线实用计算方法,通过3根钢管自密实混凝土和1根钢管普通混凝土受弯构件的试验研究,考察了混凝土强度和含钢率对构件纯弯性能的影响。试验结果表明,受弯构件受压区钢管对混凝土产生约束套箍作用,受拉区钢管处于双向受拉应力状态,提高混凝土强度对提高极限弯矩作用不明显,而增大含钢率对提高极限弯矩作用较明显,并且与分层法相比,组合单元法在保证精度的前提下,减少了截面分层,提高了程序的计算速度。     

暗支撑型钢混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为了研究不同数量暗支撑对型钢混凝土剪力墙的抗震性能影响,选取4个剪跨比为1.75的矩形截面型钢混凝土剪力墙试件进行了低周反复荷载下的试验研究（其中1个为普通剪力墙对比试件,3个为工字钢暗支撑剪力墙试件）,对比分析了不同数量暗支撑条件下型钢混凝土剪力墙试件的破坏特征、承载力、刚度、延性、滞回特性及耗能能力.试验研究表明:带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的裂缝细密且分布区域较大,塑性铰发展充分,滞回曲线饱满,耗能能力明显提高;带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的屈服荷载和极限荷载相比普通剪力墙分别提高了88.76%和91.97%,极限位移角提高26.67%,抗震能力比对比试件显著提高.      

土工袋竖向承载及循环压缩特性试验研究

土工袋技术近年来已被成功应用于房屋地基加固,具有较好的隔震效果,但其在动荷载条件下的变形特性尚未深入研究.为了进一步分析土工袋竖向承载能力及变形特性,开展一系列室内土工袋组合体无侧限极限抗压强度试验以及循环压缩试验,并通过控制循环次数、上部静荷载及循环荷载比值的大小研究其对土工袋组合体竖向应力、应变和动压缩模量的影响.试验结果表明：随着层数的增加,土工袋组合体极限抗压强度逐渐减小并趋于稳定值0.7 MPa,压缩模量峰值也随之减小并稳定于6.73 MPa;循环压缩试验初期土工袋组合体塑性变形显著,每一循环周期产生的竖向残余应变随着循环次数的增加逐渐减小并趋于0;动压缩模量在试验过程中基本保持稳定,不受循环次数的影响;随着上部静荷载的增大,土工袋组合体动压缩模量逐渐增大,上部静荷载为50 kN的土工袋组合体经过200次循环荷载作用后动压缩模量达到53.87 MPa;反之,循环荷载比值越大,动压缩模量越小,循环荷载比值为0.4条件下土工袋组合体在200次循环荷载作用后仍能达到49.39 MPa;在竖向动荷载作用下,土工袋能够满足其作为隔震材料的承载能力及稳定性要求.     

含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

通过分析混凝土试块浸泡在水中和不同浓度腐蚀溶液中力学性能变化的试验结果,回归出混凝土抗压强度和弹性模量随含水率或腐蚀时间变化的计算模型,并通过纤维模型有限元程序OpenSees,对不同含水率或不同腐蚀程度的钢筋混凝土模型柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行了模拟.结果表明：随着含水率的增加,两种养护条件下,构件抗震性能降低的程度较小,但随着腐蚀程度的增大,构件耗能能力和延性的降低及承载力和刚度的衰减比较显著.     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。      

岩溶区桥梁桩基承载力试验与合理嵌岩深度

为研究岩溶区桥梁桩基的承载特性, 依托平顶山市西斜立交桥实体工程, 进行了桩基静载试验, 通过在桩端和桩顶布设应变传感器和位移计, 测得了桩身内力, 分析了岩溶区桥梁桩顶荷载(Q)-沉降(s)规律; 考虑现有桩基设计的局限性, 结合静载试验结果, 采用不同函数模型预测了单桩竖向极限承载力; 基于岩-桩体系宽梁力学模型和溶洞顶板拉-弯破坏模式, 探讨了桩基嵌岩深度的计算方法, 提出了一种适于岩溶区桥梁桩基嵌岩深度的优化方法。研究结果表明: 各级荷载作用下桩基Q-s曲线呈缓变型发展, 当桩顶荷载较小时, 曲线基本呈线性, 当桩顶荷载大于6 000 kN时, 曲线逐渐变为非线性, 虽然桩已嵌入灰岩较深, 但仍表现为典型的摩擦桩承载性状, 当加载到8 400 kN时, 桩顶沉降为3.69 mm, 远小于0.03D (D为桩径) 或40mm的破坏标准, 桩端阻力为122.9 kN, 仅占桩顶荷载的1.6%, 桩的承载力尚有富余; 在静载试验全过程中, 桩的受力状态处于Kulhawy理论的第1阶段, 桩侧阻力和桩端阻力同步发挥; 双曲线模型拟合精度在0.99以上且预测值偏安全, 建议在同类工程中优先考虑采用; 在同时满足溶洞顶板安全厚度和桩基承载力与稳定性要求的前提下, 采用提出的计算方法可使桩的嵌岩深度减小2.4 m。      

四室井筒式地下连续墙水平承载试验研究(英文)

井筒式地下连续墙基础因为存在土芯、墙体和外部土体的相互作用,其水平承载机理复杂。进行了3组不同尺寸的四室模型墙试验。基于模型墙内力和位移测试结果,研究了其水平承载特性。结果表明:不同截面尺寸和埋深的井筒式墙基础在不同水平荷载下的弯矩、剪力、转角、土抗力以及摩阻力分布形状相似;随着墙体截面尺寸和深度的增加,弯矩增大,墙体呈现刚体破坏特征;前墙外侧土抗力随荷载线性增加,成为土抗力的主要贡献部分。     

BFRP网格改良藏式毛石墙体受力性能试验研究

为研究玄武岩纤维复材 （basalt fiber reinforced polymer，BFRP） 网格改良藏式毛石墙体（简称毛石墙体）的受力性能，分别进行了4片毛石墙体的受压试验及低周水平往复加载试验. 重点研究竖向及水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的受力行为、破坏形态、承载能力、耗能性能、刚度退化规律等. 试验结果表明:竖向荷载下BFRP网格改良毛石墙体墙身裂缝发展较未改良毛石墙体缓慢，其平均极限抗压承载力是未改良毛石墙体的2.72倍，改良毛石墙体的最终破坏形态为BFRP网格受拉断裂后墙体面外失稳破坏；低周水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的耗能性能和抗剪承载力较未改良毛石墙体有显著提高，其平均峰值抗剪承载力提高幅度达74.3%；BFRP网格改良毛石墙体的最终破坏形态为斜向贯通裂缝处BFRP网格受拉断裂后墙体的剪切破坏.      

基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法

为了简化部分预应力混凝土梁的设计过程, 减少设计试算的次数, 缩小预应力筋用量的取值范围, 提出了基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法; 从正常使用状态的裂缝宽度出发, 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《公路规范》) 中对裂缝宽度的规定, 通过最大裂缝宽度求解受拉区普通钢筋的应力, 并建立关于开裂截面中性轴高度的一元三次方程; 根据预应力筋的有效应变要求, 结合《公路规范》中最小配筋率的规定, 得到了预应力筋用量的上、下限; 给出了设计方法的主要步骤和具体验算过程, 并设计了1根T形截面试验梁, 以验证设计方法的合理性。研究结果表明: 验算梁的抗弯承载力及预应力筋用量的上、下限满足规范要求; 试验梁的荷载与挠度基本呈现三折线关系, 在外荷载为50.0kN时, 试验梁跨中出现裂缝, 外荷载为128.5kN时, 试验梁受拉普通钢筋屈服, 外荷载为157.8kN时, 试验梁跨中混凝土压碎破坏, 试验梁总体呈延性破坏特征, 满足承载性能要求; 在受拉普通钢筋屈服前, 试验梁实测最大裂缝宽度为0.18mm, 未超过预估的最大裂缝宽度0.20mm, 满足正常使用要求。可见, 提出的设计方法合理、可行, 能够简化部分预应力混凝土梁的设计过程。      

矩形混凝土空心墩延性抗震性能试验研究

为深入认识混凝土空心墩地震损伤机理并评估其延性能力,对不同剪跨比、纵筋率及配箍率的方形和矩形空心墩试件开展拟静力加载试验. 观测各墩裂缝分布和损伤情况,分析桥墩的滞回性能、曲率及位移延性,并结合文献试验数据探讨既有塑性铰公式对空心墩顶部位移能力计算的适用性. 研究结果表明:各空心墩试件呈弯曲破坏特征,延性系数均在5.0以上,抗震性能良好;相同剪跨比下空心墩抗剪性能弱于相同外尺寸实心墩;增加纵向率能够适当提升空心墩侧向承载力和极限位移;在低轴压比下,纵筋率和箍筋用量对空心墩位移延性系数的影响规律不明显;空心墩塑性铰长度随剪跨比、纵筋强度或直径、轴压比的增加而提高,随混凝土强度的增加而降低,而配箍率的影响不显著;Mander、孙治国和JRA塑性铰模型预测值与试验值误差不超过5%,其中Mander公式计算效果最佳,可用于评估空心墩等效塑性铰长度;规范中较多采用的Paulay-Priestley模型高估了空心墩塑性铰长度,会使得桥墩抗震设计偏于不安全.