文克勒地基板在条形均布荷载作用下的极限承载力

文克勒地基板在条形均布荷载作用下,荷载区域中部板内弯矩最先达到屈服弯矩Ms,板底出现裂缝。当不计板体的残余弯曲强度时,裂缝由下而上贯穿板体,地基板失去承载能力。当考虑板体的残余弯曲强度时,裂缝处的弯矩下降为M0,在距离荷载中心tm的地方,出现第二极限弯矩Mm;当Mm达到屈服弯矩Ms时,地基板表面出现新的裂缝,板体失去承载能力。当不计板体的横向差异时,条形均布荷载作用下的文克勒地基板可简化为弹性地基梁模型进行求解。现借助弹性地基梁模型,推导了集中荷载、条形均布荷载作用下地基板(梁)的弹性解和极限承载力的解,丰富了水泥混凝土地坪、堆场和路面等铺面结构设计的理论,研究成果已在《钢锭铣削型钢纤维混凝土应用技术规程》中应用。     

不同弹性地基板的力学响应分析

以薄板理论为前提,通过汉克尔积分变换,推导在圆形均布荷载作用下k(文克勒)地基、E(半空间)地基,以及双参数地基3种不同弹性地基上无限大板的挠度和弯矩的解析解,得到在不同地基和荷载半径条件下荷载中心点的挠度系数、弯矩系数值,以及沿板半径方向的弯沉盆。分析3种地基模型及荷载半径对板力学响应量的影响差异。     

螺栓锈蚀对盾构隧道接头抗弯性能的影响研究

为研究螺栓锈蚀对隧道服役性能的影响，通过考虑不同荷载类型和偏心距的情况，采用数值模拟的方法对连接螺栓锈蚀后盾构隧道接头极限承载力和抗弯刚度的变化进行分析，并与模型试验数据进行对比。通过对比分析发现： 1）螺栓锈蚀后受压区混凝土和螺栓屈服时的接头弯矩有所降低，结构弹性极限降低。2）在结构弹性阶段，螺栓锈蚀基本不会影响管片的接头抗弯性能； 在塑性阶段，螺栓锈蚀会使接头的变形增大，接头抗弯刚度降低。3）螺栓锈蚀会降低接头的极限承载力，极限承载力的退化程度与螺栓锈蚀率有关，与螺栓锈蚀范围的大小无关； 在负弯矩工况中，螺栓锈蚀还会改变接头的破坏状态。     

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90 mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。     

大跨钢桁拱钢-混组合桥面板极限承载力试验

为评估钢一混组合桥面板结构在公路荷栽作用下的极限承载力,对其进行极限承载力性能试验研究。根据圣维南原理,选取正负双向弯矩受力的立柱区部分桥面板作为实桥的有限元分析模型,并试验制作了2个等尺模型试件A和B,用于考察钢一混组合桥面板正负双向弯矩区的极限承载力性能。试验结果表明：模型A混凝土板被拉坏,工．字钢上下翼缘板、腹板以及纵向钢筋始终未屈服,PBL、钢底板以及横向钢筋均在破坏之前屈服,模型A的破坏荷载为1750kN;模型B混凝土板被压坏,PBL在破坏之前屈服,模型B的破坏荷载为2200kN。研究结果可为钢一混组合桥面板极限承栽能力设计计算提供参考。     

环向预应力钢绞线加固RC拱肋力学性能试验

通过RC方柱偏压试验和RC拱肋面内受力全过程试验，对环向预应力钢绞线（LPSW）加固拱桥方法进行研究。对相对偏心距分别为0，0.25，0.5的3类RC方柱进行偏心受压试验，偏心试验表明：RC方柱加固后，预应力钢绞线先于箍筋约束混凝土，有效抑制了混凝土裂缝的纵向开展，预应力钢绞线及箍筋之间具有良好的变形协调性；LPSW加固柱承载力提高了3%～34%，LPSW加固技术适合于小偏心受压结构，偏心距越小，增强效果越明显。在偏压试验基础上，拓展了LPSW加固RC拱肋的模型试验，对LPSW加固模型拱荷载-挠度曲线、截面应变和结构破坏模式等方面进行分析。拱肋试验表明：LPSW拱肋受力过程和破坏模式与RC拱肋相似，分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段，最终因出现5个塑性铰形成机构而呈塑性破坏。由于环向预应力钢绞线约束，使RC拱肋提前处于3向受压应力状态，横向膨胀受到约束，避免拱肋出现拉应力，加固拱肋的初裂荷载、钢筋屈服荷载和极限荷载为未加固拱的2倍、1.6倍和1.47倍。基于偏压柱及拱肋试验结果，利用弹塑性失稳理论的等效梁柱法，建立LPSW加固拱肋极限承载力的计算公式，计算值与试验值吻合较好，且偏于安全，可用于评估实际加固拱桥的承载能力。     

大断面矩形盾构隧道管片接头极限抗弯承载力试验

为了研究大断面矩形盾构隧道管片接头结构的力学性能及其极限承载能力和极限破坏状态,进行了该管片接头的极限抗弯承载力试验。试验在同济大学自主研发的盾构隧道管片接头试验加载系统中进行,采用Datataker数据采集系统记录了接头试件在荷载作用下的力学性能变化过程,同时采集并记录了该接头的破坏过程和最终破坏形态。通过分析管片接缝张角、接头处挠度以及双排螺栓应力随接头处弯矩荷载的变化,对该管片接头结构力学性能变化及破坏全过程进行研究,并将其分为3个阶段:弹性变化阶段(弯矩小于450kN·m)、塑性发展阶段(弯矩为450~800kN·m)、屈服破坏阶段(弯矩大于800kN·m)。试验结果表明:正弯矩荷载下该断面形式的大断面矩形盾构隧道管片接头屈服弯矩为800kN·m,极限抗弯承载力为884kN·m,均远大于该管片接头设计荷载(534kN·m),意味着试验的大断面矩形盾构隧道管片接头可满足抗弯设计的要求,并为类似工程提供参考。管片接头试件的最终破坏形态表明,除了传统圆形盾构隧道管片接头试验中常见的接缝混凝土受压屈服破坏、接头螺栓受拉屈服破坏以外,所研究的大断面矩形盾构隧道纵缝接头出现了新的破坏形态,即接头盒断裂和锚固失效。     

弹性补偿有限元法研究斜板桥的塑性极限承载力

基于塑性极限荷载理论,提出了一种斜板桥极限分析的新方法--基于弹性补偿有限元法的斜板桥极限承载力分析方法:通过连续修改单元的弹性模量而引起应力重新分布, 来模拟斜板桥结构体系的塑性失效行为,根据近似广义屈服准则,求解斜板桥的极限荷载下限值.同时在Ansys平台上编制开发了斜板桥极限承载力计算程序.通过与斜板桥模型的试验结果相比较,验证了文中方法所具有的较高的计算精度和计算效率.并且讨论了斜板桥斜交角、板厚度和跨径之比等参数对斜板桥极限承载力的影响.     

大跨度斜拉桥极限承载能力研究

本文考虑斜拉桥几何非线性,应用弹性 塑性铰分析模型进行材料非线性分析,研究了主梁自重和车辆荷载作为增量荷载时结构极限承载能力。研究表明,所采用的方法可以追踪个别杆件进入塑性到结构整体失稳的全过程,确定出斜拉桥极限承载力。梁的自重和车辆荷载为增量荷载时,塔根处的主梁截面、塔的截面等较容易屈服。车道荷载中集中荷载的作用位置对斜拉桥塑性铰的发展、形成失效路径、极限承载力等有较大影响。     

外力作用下隧道二衬开裂过程的数值分析

应用分布裂缝模型计算钢筋混凝土衬砌及素混凝土衬砌的裂缝开展过程,得到了在不同弹性抗力及松散土压、塑性地压、偏压三种受力模式下的裂缝开展过程及荷载(所有荷载施加范围为90°,下同)。松散土压下,拱顶首先开裂,最终破坏时衬砌裂缝主要分布于拱顶内侧及拱腰外侧;塑性地压下拱脚首先开裂,最终破坏时裂缝主要分布于拱脚外侧及边墙内侧;偏压作用下拱腰首先开裂,最终破坏时裂缝主要分布于拱腰内侧及拱顶外侧;各受力模式下,第一条裂缝产生时的荷载约为极限的荷载的6%～15%,第二条裂缝的开裂荷载约为极限荷载的15%～30%。并且随着弹性抗力的增加,衬砌开裂荷载与极限荷载的比值也相应提高。     

超深地下连续墙水平承载力试验研究

地下连续墙既能防渗挡土又能承受外部竖向和水平荷载,在地铁交通枢纽中的应用越来越广泛。但由于其承载力较大,现场承载力试验资料较少。本文基于墙顶水平荷载作用下软弱土地基中单片地下连续墙的现场试验,研究地下连续墙的水平受力承载性能,确定地连墙的水平临界荷载和极限承载能力,并根据钢筋应变计的数据分析了墙身应变,推算出墙身弯矩和墙侧土抗力,试验结果为超长超厚地下连续墙基础的设计和应用提供了重要依据。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

行人激励载荷下大跨径异形天桥抗震支座设计研究

为了解决抗震支座弯矩受到行人不确定激励载荷影响，出现参量获取不全面的现象，导致支座抗震效果不佳这一问题，进行了行人激励载荷下大跨径异形天桥抗震支座设计研究。首先，考虑到行人对桥梁激励的不确定性，设置了多种载荷激励类型，并提出利用区间过程法来描述桥上行人的不确定激励，使用自相关系数函数分析在行人激励载荷作用下的桥梁非随机振动情况；其次，利用有限元软件中的单元构造了抗震支座模型，并对桥梁位移、桥墩弯矩、桩基弯矩进行数值模拟；最后，将支座参量数值模拟结果代入有限元模型中，设计出一种双曲面球抗震支座结构。结果表明，设计的支座在慢跑、快跑情况下纵向弯矩与实际数据之间的最大误差分别为25 k N·m、250 k N·m，横向弯矩与实际数据一致，说明根据数值模拟结果设计的支座能够起到良好减震效果。     

移动荷载作用下桥头搭板动力响应分析

将桥头搭板视作粘弹性地基上四边简支的各向同性矩形板，用变分法对移动车辆荷载作用下搭板的动力响应进行了分析，并讨论了荷载的载重、荷载的横向位置、车速以及搭板的长度、宽度、厚度对板顶位移和板底最大弯拉应力的影响。     

Evd动态平板试验在既有线路基检测中的应用

介绍了国内外动弹性模量Evd标准的发展与现状以及Evd动态平板载荷试验的工作原理和试验步骤。通过对既有线宁启铁路路基Evd测试数据的分析,对其承载能力进行了评价,可为该线的电气化改造提供参考。检测结果表明,采用Evd平板载荷试验对既有线路基承载能力进行检测是可行的,结果是可信的。     

深厚嵌岩超长单桩承载性能研究

为了解深厚嵌岩超长单桩的承载性能,以戛洒江特大桥4号墩桩基(采用超长群桩基础,基桩嵌岩段超过50 m)为背景,采用FLAC3D仿真计算软件建立有限差分模型,计算桩顶竖向荷载作用下,不同桩长(71,81,91 m)和桩径(1.5,1.8,2.0,2.2 m)组合单桩的沉降、荷载~沉降变化规律以及竖向荷载分担比例。结果表明:该桥桩身弹性压缩所占桩顶沉降的比例均超过60%,深厚嵌岩超长桩的桩顶沉降大部分由桩身弹性压缩引起;增大桩径对提高深厚嵌岩单桩承载力的效果明显;增加桩长不能明显提高单桩承载力,且增加桩长会增加桩顶沉降;深厚嵌岩超长单桩的桩顶荷载主要由嵌岩段侧阻承担,其荷载分担比例均超过60%;类似地质情况桩基设计时,可适当选择较大的桩径、较短的桩长。     

基于位移的整体桥混凝土桩基抗震设计准则

实际工程中的整体桥常采用柔性桩基础吸纳温度或地震作用下产生的水平往复变形。为研究整体桥桩基的抗震性能和变形能力等,开展多种类型桩基的拟静力试验研究,分析比较不同类型桩基的破坏模式、水平变形与承载能力、应变与弯矩分布规律等。研究结果表明：钢筋混凝土RC桩和PHC管桩的破坏位置随配筋率和预应力度的增加而加深,桩-土相互作用效果提高,能有效改善混凝土桩基的抗开裂变形性能;矩形截面较圆形截面桩具有更好的桩-土相互作用效果和耗能能力;桩基的变形拐点会随着配筋率和截面的增大而明显加深,更有利于提高桩基的有效桩长和水平变形能力;相比RC混凝土桩,H形钢桩表现出了更好的弹塑性变形能力和延性,耗能能力更强;桩基承载比可以较好地评估桩-土相互作用效应;混凝土桩基的骨架曲线可以用弹性极限位移、不可观测的开裂位移、可观测的开裂位移、压碎位移、峰值荷载位移和极限位移的特征点表述,且随着配筋率和预应力度的增加,其位移特征点均会有所提高;提出基于位移的整体桥混凝土桩基“三阶段设防、五等级破坏”抗震设计准则,可供有关规范的设计与制定提供参考。