反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终的损伤将产生宏观裂缝直至整个结构破坏。根据Najar损伤理论,提出了新的分段曲线混凝土受压损伤变量模型和混凝土受拉软化段损伤变量模型,给出了不同强度混凝土损伤变量方程和损伤演化方程。通过计算对比分析认为,建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型较吻合。该方法的优点是参数少,不同的混凝土强度有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。在此基础上,根据已有混凝土反复荷载作用下的滞回规则,建立了在某一循环荷载下的加载、再加载、卸载路径下的损伤本构模型,该模型考虑了混凝土在反复荷载作用下的应力跌落、裂面效应、强度下降、刚度退化等力学性能。应用本文建议的模型进行反复荷载下的截面损伤计算,试验结果与文献计算结果较吻合。     

锚固体蠕变特性试验研究

锚固体是锚杆与其周围围岩体相互作用而形成的岩体,锚固体的蠕变规律对于巷道的合理支护有很大的理论意义.通过锚固体的蠕变试验,得到了锚固体在不同应力水平下的蠕变规律,对于其蠕变特性,可用Burgers体进行描述,理论推导出一面为自由面的锚固体的轴向变形公式,并用Burgers模型拟合回归出了其相关参数,同时给出了蠕变规律的经验公式;根据围岩蠕变特点,对巷道围岩进行黏弹性分析,为巷道支护设计奠定了基础.     

连续刚构桥跨中下挠的影响因素分析

以高速公路连续刚构桥贺坪峡大桥和高速铁路连续刚构桥南庄特大桥为例,利用有限元计算分析软件Midas/Civil对两桥进行模拟计算分析,对混凝土收缩徐变及梁体箱梁上下缘应力差与两类刚构桥跨中下挠关系进行研究,得出收缩徐变及上下缘应力差对高速公路、高速铁路桥跨中长期下挠的影响规律。     

钢筋混凝土梁非均匀收缩徐变自应力分析

为研究由混凝土非均匀收缩徐变效应引起的钢筋混凝土梁沿梁高度方向的非均匀自应力效应,基于非线性温度自应力方法和按照龄期调整的有效模量法,推导非均匀收缩徐变效应作用下沿梁高度方向上的钢筋混凝土梁自应力计算公式,并用有限元方法对其进行验证;以某混凝土简支试验梁为算例,进行收缩、徐变自应力分析;探讨非均匀收缩徐变效应下曲率和截面应力随时间变化特征;最后研究不同温度和相对湿度梯度下钢筋混凝土梁的应力重分布效应。研究结果表明:在非均匀收缩和徐变作用下,截面的轴向应变和曲率随时间显著变化,且沿着梁高度方向将产生较大的不均匀收缩徐变自应力;温度梯度值增加能增加顶面的非均匀收缩徐变自应力,但影响幅度较相对湿度梯度小;相对湿度梯度能显著影响收缩徐变自应力,前期养护作用对于减小自应力十分重要。     

广州黄埔地区软土蠕变试验及蠕变模型选择

基于室内直剪蠕变试验结果,研究了广州黄埔地区软土的蠕变变形规律,结果表明,该地区软土具有较明显的变形时效性及在不同应力水平下的蠕变特性。通过分析蠕变曲线的规律,分别选用三元件Merchant模型、四元件Burgers模型和五元件广义Kelvin模型来描述软土的蠕变特性。拟合数据显示,五元件广义Kelvin模型的拟合曲线在各级剪应力作用下均能较好地与试验值吻合,能够较好地描述该地区软土的蠕变特性。     

铁路斜拉桥钢混结合段的收缩徐变行为分析

基于甬江特大铁路斜拉桥工程,运用Fortran语言对Ansys有限元软件进行二次开发,数值模拟出核心混凝土的收缩徐变作用,并在此基础上深入研究收缩徐变对钢混结合段应力分布规律和传力机制的影响;提出了承压板传力率、钢混结合段传力斜率、钢混结合段传力不均匀度等衡量钢混结合段传力性能的指标,并评价了收缩徐变对钢混结合段受力行为的影响。研究结果表明:考虑混凝土收缩后钢结构应力增大1倍,混凝土应力减小1/2;考虑3年徐变后,钢壳体应力为瞬时应力的1.9～2.47倍,混凝土应力为瞬时应力的0.13倍;收缩、徐变作用均改变了钢混结合段的传力模式,考虑收缩、徐变后传力不均匀度分别增加了0.13、0.44,钢混结合段端部剪力连接件剪力最大增长幅度分别为75%、150%。     

混凝土收缩徐变作用下超长桥建合一结构温度效应的计算方法对比研究

为了研究混凝土收缩徐变和环境温差的共同作用对超长桥建合一铁路车站结构温度效应的影响，提出超限应力面积比作为衡量温度应力导致楼板开裂损伤的评价指标。利用ABAQUS软件建立铁路车站实体模型，分析在混凝土收缩徐变和环境温差共同作用下结构的应力状态。结果表明：考虑不同的混凝土收缩和徐变的计算方法，在外界环境温差降低的情况下，按TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》计算的结构梁、板应力最大，按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》和TB 10092—2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》计算的结构梁、楼板应力基本接近，其均值分别为TB 10002—2017相应计算值的49%、52%；按TB 10002—2017计算的超限应力面积比最大，按TB 10092—2017计算的超限应力面积比最小。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

收缩徐变作用下铁路连续刚构桥-轨道系统受力特性

通过建立(72+128+72)m高速铁路大跨度连续刚构桥-双线无砟轨道系统仿真模型,揭示收缩徐变作用下大跨度连续刚构桥与轨道相互作用规律,分析收缩徐变模式、混凝土养护条件等主要设计参数对系统受力和变形的影响,探讨采用整体升温代替收缩徐变效应计算的可行性。研究表明:随着服役时间的延长,收缩徐变作用下系统的受力与变形逐渐增大;采用梁体降温30℃计算的钢轨应力和竖向位移无法包络收缩徐变效应引起的钢轨应力和位移,《高速铁路设计规范》中建议采用整体降温10℃来模拟收缩徐变的方法并不适用于梁-轨相互作用分析。     

超高桥塔高强混凝土性能研究及收缩调控

研究目的:为研究沸石砂砾、粉煤灰陶砂与高吸水树脂(SAP)内养护材料对C60高强混凝土性能的影响,分析单掺及复掺内养护材料对混凝土抗压强度、内部相对湿度及自由收缩的影响规律。研究结论:(1)在单掺形式中,内养护引水量为13. 5 kg/m~3时,混凝土减缩效果及力学性能最佳;总引水量为13. 5 kg/m~3时,沸石砂砾与高吸水树脂复掺可进一步降低混凝土自由收缩,二者引水质量比为2∶1时,混凝土28 d收缩值仅为基准组混凝土的36. 1%;(2)通过不同内养护材料引水量与内部相对湿度关系、自由收缩与内部相对湿度关系,回归得到关键参数,建立内养护混凝土收缩预测模型,可实现收缩调控;(3)结合沪通长江大桥主塔大体积混凝土结构,采用MIDAS FEA软件进行混凝土早期抗裂性分析,复掺沸石砂砾和SAP内养护混凝土塔柱在温度与收缩应力共同作用下,其最易开裂部位的拉应力均小于最大容许拉应力,总体开裂风险较低;(4)本研究结果可为大体积高强混凝土应用提供参考。     

列车荷载作用下隧道铺底结构疲劳寿命分析

针对我国既有铁路隧道铺底结构破损严重的现状,在试验研究和数值计算确定隧道铺底结构疲劳危险部位的基础上,采用动力有限元方法计算得到列车动载作用下隧道铺底结构疲劳危险部位的弯拉应力时程曲线,而后根据疲劳累积损伤理论,采用Tepfers的混凝土单对数疲劳方程求出隧道铺底混凝土结构的使用寿命及其损伤度。计算中考虑了10 cm2、0 cm3、0 cm厚素混凝土和20 cm厚钢筋混凝土4种不同的隧道铺底工况,计算结果同模型试验结果的变化规律一致。根据计算结果得出20 cm厚钢筋混凝土铺底结构使用寿命较长的结论。     

混凝土徐变性能和其长期徐变行为的预估方法

本文对混凝土徐变性能进行了初步研究，试验表明，高强度混凝土线性徐变(应力／强度)比值较普通混凝土的有所提高。混凝土徐变不仅与应力水平有关，而且还受加载龄期的影响，不同加载龄期的混凝土徐变曲线并不具有沿t轴平行的性质，这恰与老化理论的假设相反，影响混凝土徐变的因素有内在的，也有外在的，作者以混凝土抗压强虚作为诸内在因素对混凝土徐变影响的综合反映，提出了以徐变短期观测值预估混凝土长期徐变行为的公式，根据所收集的69组混凝土徐变试验数据看，所提预估公式具有令人满意的预测精度。     

铁路整体PC箱形梁的徐变效应分析

研究目的:混凝土的徐变对预应力混凝土结构的影响不容忽视。在进行结构分析时,不同的计算模式,计算的内力和变形计算结果也不一样,其中混凝土徐变引起的预应力损失对于结构内力及变形的影响尚有待进一步探索。研究方法:文中结合铁路桥梁设计规范,采用MIDAS/Civil结构分析软件,对双线铁路整体PC箱梁在3种计算模式下,进行施工中预应力的张拉、落梁以及二期恒载作用阶段的受力和变形分析,探讨了徐变引起的预应力损失对结构的影响。研究结论:对简支结构而言,混凝土徐变不会产生次内力,但会使应力重新分布,考虑徐变引起的预应力损失将使梁体的内力减小;梁体在张拉力作用下产生上拱变形,并随时间推移而缓慢发展,二期恒载的作用将有效减小上拱挠度,梁体的徐变变形占总变形的50%,徐变引起的的变形对梁体对结构下挠不利,而对于上拱度的控制是有利的。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探

主要讨论 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土调整层在反复荷载作用下的疲劳损伤特性,根据自密实混凝土损伤本构关系,分析了自密实混凝土疲劳损伤演变过程和几种疲劳寿命S-N曲线。在反复荷载作用下,由于自密实混凝土某些区域存在交变应力或复杂应力区域而容易发生疲劳损伤,最后计算并验证了其疲劳损伤主要集中在自密实混凝土自身微缺陷处和调整层端部边缘处。     

特大跨钢管混凝土拱桥徐变效应分析

以某特大跨径钢管混凝土拱桥为研究对象,进行1∶2.5缩尺的拱肋拱脚段上弦管钢管混凝土构件徐变模型试验,并引入考虑钢管约束的新的钢管混凝土徐变系数,结合有限元模拟和实桥实测,研究特大跨钢管混凝土拱桥的徐变效应。结果表明:试验模型在180 t荷载持续加载1 a后,钢管承担的荷载增加了1.2倍,管内混凝土承担的荷载下降了53%,内力重分布现象明显;截面含钢率和钢与混凝土的弹性模量比对钢管混凝土徐变系数有较大的影响;钢管应力的有限元计算结果与实桥实测结果的变化趋势总体一致,数值接近,且随施工的推进而增大;管内混凝土的应力较复杂,有限元计算结果与实桥实测结果有一定的差别,实桥实测应力较小,甚至出现拉应力。     

周期温度作用下轴心受力混凝土结构徐变效应分析

为研究长期变温环境下考虑徐变效应时高速铁路纵连板式无砟轨道体系的结构内力，建立两端固定的轴心受力素混凝土板简化模型，设置假设条件，在已有的恒温徐变模型及变温徐变计算方法的基础上建立递推公式，分析温度参数和周期时间对徐变作用的影响，以及徐变对结构内力和变形的影响。结果表明：与不考虑徐变效应或考虑徐变系数恒定相比，考虑徐变系数随温度变化时结构受力更不利；预测结构整体内力变化趋势时，可不考虑日升降温对徐变效应的影响，只需考虑季节性升降温影响；长期受周期季节性温度变化作用，随周期温度作用循环次数的增加，结构最大拉应力增大，自第二循环起结构最大压应力减小。     

活性粉末混凝土抗拉性能研究

通过不同钢纤维含量活性粉末混凝土的拉伸性能试验,测定活性粉末混凝土的劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度及轴心受拉应力-应变全曲线.研究钢纤维体积率对活性粉末混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度的影响规律.研究表明,随着钢纤维掺量的增加,活性粉末混凝土的劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度呈线性增大规律;给出活性粉末混凝土轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度的关系;提出活性粉末混凝土轴心受拉应力-应变全曲线的数学模型,并根据试验结果确定模型参数.研究成果可为活性粉末混凝土在结构中的应用提供依据.     

大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路相互作用研究

研究大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路的相互作用问题,采用非线性弹簧单元模拟梁轨接触,以某桥(82.9+172+82.9)m连续梁拱桥为例,建立考虑拱肋、横撑、斜撑、吊杆、主梁、轨道以及相邻路基梁轨相互作用模型,系统分析温度荷载、活载、制动力、风荷载、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降作用下连续梁-拱桥无缝线路纵向力的分布规律。研究结果表明:钢轨在跨中位置对梁体升温敏感程度大于梁端位置;单线活载与制动或牵引作用下,钢轨应力在中间加载时比左、右侧加载大;纵向风力达到1 k N/m以上的地区,须考虑风荷载的影响;同时,混凝土收缩徐变在降温荷载工况下,对钢轨应力有不利影响;支座沉降作用下,钢轨最大应力为4.9 MPa,设计时应予以考虑。     

气冻气融作用下混凝土抗冻性及损伤层演化规律研究

采用气冻气融的方式,分别对C30、C40、C50、C40(商品混凝土,简称商混)4组不同配比试块及1组C40(商混)的足尺(150mm×300mm×2 700mm)钢筋混凝土梁进行冻融耐久性试验。用超声波平测法测定不同冻融循环次数时的混凝土损伤层厚度,研究冻融对混凝土损伤层厚度的影响规律;通过与传统抗冻性评价指标劣化规律的对比分析,提出以冻融损伤层厚度为损伤变量的评价标准,结合实际损伤特点,对所提出损伤变量进行相应修正,并验证其合理性;建立混凝土冻融损伤层厚度的随机预测模型;通过案例分析,验证模型的适用性,讨论冻融环境下混凝土最小保护层厚度的问题。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土相对动弹性模量、抗压强度逐渐减小;试件质量略有增大;冻融损伤层厚度逐渐增大,即冻融损伤度逐渐增大,且强度越低,损伤度越大;冻融环境下混凝土结构的最小保护层厚度偏于不安全。     

从短期试验结果预测新建预应力混凝土梁收缩和徐变的长期效应

基于计及钢筋配筋率、预应力钢筋松弛等影响的桥梁收缩、徐变长期效应计算式,提出了从梁体混凝土短期试验值推算相应素混凝土在该桥梁工作环境下收缩应变及徐变系数的方法;结合CEB FIPMC90收缩模型与徐变模型思想,得出计算桥梁素混凝土收缩应变及徐变系数的CEB FIPMC90修正公式。理论分析与试验结果比较表明,预测理论值给出了较好的精度。该预测方法,不需做材料的收缩、徐变试验,亦避免从标准环境下试验值推算桥梁工作环境下收缩、徐变可能产生的误差。