顶部和底部荷载共同作用下深梁的拉压杆模型

介绍了深梁分别在顶部荷载、底部荷载和顶底部荷载共同作用下的拉压杆模型,给出了拉压杆模型迭代法的推导过程.通过比较深梁在233个顶部荷载、6个底部荷载和12个顶底部荷载组合作用下拉压杆推算值,可以看出无论何种荷载条件,拉压杆模型推算的深梁极限抗剪强度值都相一致.更重要的是,建议的分析方法不仅合理,而且破坏准则简单明了.由于模型能表明桁架最薄弱的连接部位,因此它也可推广到设计部门,结构工程师能据此修改设计,并控制破坏荷载.     

拉压杆模型在预应力连续梁桥局部分析中的应用

在预应力深梁拉压杆模型的基础上,根据结构局部分析原理,研究提出了预应力连续梁局部等效转化成预应力深梁的局部拉压杆模型分析方法。利用此方法对某预应力连续梁桥局部梁段建立拉压杆模型,验算配筋和强度。结果表明:利用文中提出的方法建立拉压杆模型用于预应力连续梁桥局部分析是合理有效的。     

基于拉压杆模型的预应力深梁抗剪承载力

为了给中国桥梁工程中的深梁抗剪设计提供理论依据,针对深梁应变分布不符合平截面假定,在结构设计中属于力流紊乱区的问题,借助拉压杆模型理论对预应力作用下的混凝土深梁极限抗剪承载力展开试验与数值研究。首先利用通用有限元分析软件ANSYS并结合Tcl/tk语言联合开发插件程序,以图形用户界面的方式实现深梁拉压杆模型的自动构形。然后,借助生成的拉压杆模型,按改进的破坏准则推导考虑预应力效应的深梁极限抗剪承载力公式,并通过12组数值试验确定主拉应力沿深梁拉压杆模型压杆分布的不均匀系数表达式。最后,通过有黏结与无黏结预应力混凝土深梁试验对推导的预应力深梁极限抗剪承载力公式的有效性进行验证。研究结果表明：对于有黏结预应力混凝土深梁试验,试验结果与Tan教授预测结果的比值均大于与本文计算结果的比值,前者平均值为1.27,后者为1.10;对于无黏结预应力混凝土深梁试验,试验结果与Tan教授预测结果之比的平均值为1.13,与本文计算结果之比的平均值为1.10;相对于已有预测值,计算结果与试验结果更加吻合,并且偏于安全,说明该公式可以较可靠地预测深梁的实际承载力,具有一定的理论价值和实用意义。     

传力杆与混凝土界面的接触应力

为了分析水泥混凝土路面传力杆失效机理,运用有限元分析软件ANSYS,建立了接缝处设传力杆的水泥混凝土路面三维有限元模型,并对交通荷载和温度变化引起的传力杆与混凝土界面的接触应力进行了分析。结果表明:轮载或者温度变化作用下传力杆与混凝土界面存在明显应力集中现象,在传力杆顶部和底部存在压应力集中现象,在传力杆两端存在拉应力集中现象,致使界面处容易产生初始裂缝并被挤碎,传力杆松动量增大,传递荷载能力降低,甚至导致水泥混凝土路面接缝损坏。     

锥形面空间拉压杆模型理论在转体桥梁承台设计中的应用

锥形面空间拉压杆模型是在空间拉压杆模型的基础上,针对转体施工桥梁承台的受力特点,将复杂的空间拉压杆模型进一步分解为几个简单锥形面空间拉压杆模型。根据承台与桩的刚度系数,建立锥面间荷载分配比例关系,求得各桩桩顶反力,进而求得拉压杆的内力。文中结合工程实例,对转体施工桥梁承台进行受力分析。计算及工程实践表明,锥形面空间拉压杆模型计算理论构形简单,计算简便,符合水平转体施工桥梁承台的受力特点。     

基于加速加载试验的半刚性基层沥青路面动力响应

为了了解移动车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应规律,修筑足尺试验场,采用置入式应变传感器,检测加速加载设备在车轮荷载作用下的面层底部动力响应,研究了面层底部横向分布以及轴重和温度对路面结构动力响应的影响。结果表明:移动车轮荷载下,面层底部纵向弯拉应变呈拉压应变交变状态,荷载位置仅影响其数值大小;横向弯拉应变比较复杂,胎冠下部呈现拉应变状态,2个轮胎之间及轮胎外侧呈现压应变状态,胎肩位置呈现拉压应变交变状态;面层底部弯拉应变无法充分反映超载车辆对路面的破坏作用;温度对路面结构的动力响应影响显著,30℃、40℃和50℃下沥青路面动力响应分别为常温状态下的3倍、8.9倍和13.3倍。     

考虑粒料基层回弹模量非线性的柔性路面结构分析

采用有限元数值仿真计算增量法,对典型粒料基层沥青路面结构建立模型,选取经典粒料应力依赖本构关系,研究基层粒料非线性性质对道路结构力学的影响。结果表明,考虑了非线性带来的差异明显。加载后基层模量产生了重新分布,靠近荷载作用的区域的基层顶部模量增大约30%,基层底部模量减小约25%。沥青面层底部弯拉应力考虑非线性后,各种响应在载荷中心线下变化最明显,沥青面层底部轴向弯拉应力增加了约50%;基层顶面的竖向压应力减小较大,分别减少了约25%;基层底部轴向弯拉应力增加约5%;土基顶部竖向压应变减少约10%。     

道路工程钢筋混凝土圆管涵实际工况下受力特征的三维有限元分析

建立内径为1.5m的钢筋混凝土圆管涵三维有限元模型,分析其在车辆荷载作用下内圈钢筋、外圈钢筋、混凝土内壁、混凝土外壁四处位置的主应力分布.得到的主要结论如下:(1)管涵顶部内圈钢筋、混凝土内壁受拉,外圈钢筋、混凝土外壁受压,随着位置下移,拉压应力转换;(2)外圈钢筋及涵洞外壁在底部约束开始处出现压胀形突变;(3)圆管涵临界受荷截面位置位于涵洞顶部.     

无背索曲塔曲梁斜拉桥施工稳定性分析

以某一无背索曲塔曲梁斜拉桥为分析对象,针对桥梁结构特征,采用结构整体静力有限元分析桥梁极限状态及施工关键节点的整体与局部结构静力性能和动力特性,获得桥梁稳定性特征。研究结果表明:极限承载力作用下,桥塔混凝土、桥塔钢板、钢箱梁、边跨混凝土梁应力范围均满足施工标准;恒载作用下,索塔混凝土最大竖向压应力出现在内索塔与墩底连接处,在内塔底部出现最小压应力,主梁最大竖向变形出现在梁顶端位置;活载和风荷载作用下,外索塔在顺桥向荷载下产生最大变形,内塔底部产生局部最大拉应力;连接索塔削弱薄塔处顺桥向和横桥向最大拉应力均较大,因此,在设计施工中需要对该削弱薄塔区进行局部加强,避免出现结构失稳性破坏。     

基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能

疲劳开裂是由交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程,是沥青路面结构破坏的一种主要形式.弯曲疲劳发生的典型模式是:水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝,然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展,最终导致路面破坏.常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法.为用不同的耗散能统计指标评价混合料的抗疲劳性能,在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验,同时研究了混合料的一些特性,包括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果.     

核芯混凝土索塔锚固结构试验

超大跨度斜拉桥因承担功能、跨越能力增加，斜拉索索力增大，对索塔锚固结构承载能力和抗裂性能需求提升。常泰长江大桥采用新型的核芯混凝土索塔锚固结构，斜拉索交错锚固于外包钢壁板的核芯混凝土，充分利用混凝土抗压能力和钢材抗拉能力，提升结构承载能力，钢壁板外包于核芯混凝土，降低结构开裂风险。设计了10个核芯混凝土锚固结构缩尺试件，通过试验研究其在交错索力下的开裂模式、承载能力及破坏机理等结构行为，探究了横向抗弯钢筋、水平分布钢筋和剪跨比对结构性能的影响规律。结果表明：(1)核芯混凝土索塔锚固结构具有良好的承载力，同时不产生表观裂缝，可满足超大索力的锚固需求；(2)在交错荷载作用下，锚固结构呈现出与经典拉压杆相同的受剪破坏模式，外包钢壁板屈服，斜压杆区核芯混凝土受压破坏，由于钢板和水平分布钢筋对斜压杆的约束作用，破坏过程呈现一定延性；(3)水平分布钢筋对斜压杆的约束作用，可以提升结构的承载力，且在小剪跨比试件中提升更为明显；(4)由于钢板的存在，横向抗弯钢筋对于承载力的贡献率不高，在设计时可以适量减小；(5)根据拉压杆模型，提出了核芯混凝土索塔锚固结构的抗剪承载力计算公式，计算结果与试验吻合良好，...     

隧道爆破荷载作用下中隔壁动力响应与破坏机理研究

中隔壁结构作为隧道初期支护体系中重要的承载构件，在隧道爆破荷载作用下极易发生损伤开裂和破坏。首先依托双向八车道的港沟高速公路隧道工程，进行爆破荷载作用下中隔壁的动力损伤破坏试验，提出中隔壁支护结构的破坏形态及类型；然后利用ANSYS/LS-DYNA建立隧道爆破与中隔壁支护结构数值模型，采用流固耦合的方法模拟岩体爆破及中隔壁支护结构的动力响应，并考虑单段装药量、爆距等不同因素，研究其对中隔壁破坏模式及形态的影响。研究结果表明：隧道爆破荷载作用下中隔壁破坏形式分为背爆侧混凝土开裂剥落、中心区域混凝土震塌成洞、钢筋网及纵向连接钢筋震坏断裂、钢拱架发生扭曲变形4种类型；中隔壁支护结构在爆破应力波的作用下处于反复拉压状态，并在岩石破碎抛掷冲击的作用下发生破坏，且中隔壁支护结构中心、顶部和底部是结构最易发生损伤的部位；单段装药量和爆距的改变会对中隔壁支护结构的破坏范围和破坏程度产生影响，且结构呈现出不同的破坏形态，与现场试验结果一致；建议隧道爆破施工时爆距控制在40 cm以上，单段药量控制在7.2 kg以下，以减少对中隔壁支护结构的破坏。     

空心板梁桥深铰缝受力性能研究

建立全桥空间有限元模型,对空心板梁桥深铰缝空间受力性能与破坏机理进行理论分析.采用现行规范标准车与旧规范重车荷载分别进行最不利布载进行分析.分析结果表明:标准车辆数与重车荷载产生的应力分布规律相同,铰缝受力模式为上缘受压,下缘受拉;在纵桥向应力过渡较均匀,单辆标准车纵向最大拉应力为0.7 MPa,横向最大拉应力2.2 MPa,说明深铰缝横向受弯效应显著;以影响面加载计算得到横向效应最大弯矩值为30.58 kN·m,竖向剪力最大值为40 kN,远小于开裂后的剩余抗剪承载力,在底部横向钢筋可靠连接下,铰缝不会出现抗剪破坏;为避免底部横向钢筋断裂后铰缝抗剪钢筋不足,提出了一种预埋交叉钢筋的优化方案.     

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）基于应力扰动区（D区）刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。     

Deformation and Stress of Old Cement Concrete Pavement under Stamping Load

为准确分析冲压荷载作用下旧水泥混凝土路面的变形和应力分布状况,通过建立合适的有限元模型来对其分析计算,并以第一强度理论来判断旧路面板的破裂情况,总结了路面板在冲击压实情况下的破坏机理.通过该模型得出旧水泥路面板竖直方向和水平方向的变形和受力特点,即:路面板在冲压荷载作用下发生纵、横双向弯曲变形,并以全断面的纵向弯曲变形为主,最大变形值位于路面板的两冲压轮之间的位置,路面板断面上竖向各点的沉降变形有微小变化,变形性态说明路面板将以弯曲形式发生破坏;路面板在轮压荷载作用下,上面层受压应力,下面层受拉应力,拉压应力的分界点在路面板中心偏下的位置,上面层绝大部分区域3个方向均处于受压状态,纵向压应力几乎为横向压应力的2倍.     

铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验

为研究铝合金/玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋近表面嵌入式加固混凝土梁的抗弯性能，以加固方式、加固筋类型和加固量为变量，设计了5根钢筋混凝土梁试件进行单调静载试验，重点分析了混凝土加固梁的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：采用铝合金筋或GFRP筋嵌入式加固后混凝土梁的受弯承载力均显著提高；加固量相同时，GFRP筋加固梁、铝合金/GFRP筋混合加固梁和铝合金筋加固梁的极限荷载比未加固梁分别提高了105.8%、45.7%和17.5%，但混凝土梁采用GFRP筋加固后延性降低、脆性突出，而采用铝合金/GFRP筋混合加固或铝合金加固后混凝土梁的延性则与对比梁相当；GFRP筋嵌入式加固梁和铝合金筋嵌入式加固梁分别发生了混凝土保护层剥落破坏和加固筋屈服后混凝土压溃破坏，而铝合金/GFRP筋混合加固梁则先是GFRP筋与混凝土保护层发生剥离，之后随着作用跨中位移的持续增大，受压区混凝土发生压溃，破坏过程有两重防线。在试验研究基础上，采用截面分析法给出了嵌入式加固梁抗弯强度的理论计算模型与工程实用模型，计算结果表明：加固梁极限弯矩的试验值与理论预测值之比及与实用模型计算值之比的平均值分别为1.081和1.063，方差分别为0.003和0.005，吻合较好。     

水泥混凝土路面的抗裂稳定性分析与评价

基于三维路面结构模型,全面分析评价了加铺土工合成材料的水泥混凝土路面抗裂稳定性,结果表明,面层底部裂缝切应力在正荷载的影响下,其水平几乎为零,与此同时3个主应力和拉应力都是负值,面层底部裂缝处拉应力在偏荷载的作用下,其值为负数,不断提升其切应力水平,进而产生剪切型裂纹。基于相同的环境温度,水泥面层底部的拉应力数值较大,与此同时切应力水平较低。在水泥面层底部,当加铺的土工合成材料弹性模量为1 050 MPa时,在面层底部裂缝处,切应力降低了42.86%,拉应力最高降低28.57%,在温度及荷载作用下,土工合成材料能将裂缝尖端产生的应力集中有效缓解,可起到对反射裂缝的抑制作用。当面层底部加铺土工合成材料后,Ⅰ型裂缝尖端应力强度因子降低了9.52%。Ⅱ型裂缝尖端应力强度因子降低了76.36%。为了增强管控防裂控制作用,可以在水泥面层底部进行土木合成材料的铺装使其内部的应力强度因子显著降低。     

预应力钢丝绳-UHPC复合加固损伤RC梁抗弯性能试验研究

提出了一种利用预应力钢丝绳和超高性能混凝土(UHPC)复合抗弯加固损伤钢筋混凝土梁(RC梁)的新方法,制作了1根普通混凝土基准梁(CB)和2根相同的预应力钢丝绳-UHPC加固梁(SB1,SB2),通过四点弯曲试验,探究了加固梁的破坏模式、变形性能、抗裂性能、应变发展与界面滑移特点。试验结果表明加固梁的破坏模式为钢丝绳和UHPC断裂,普通钢筋屈服,之后顶部混凝土压溃的受弯破坏;加固层断裂失效后加固梁与基准梁的抗弯性能基本相同。该加固方法可有效提高构件的抗弯刚度和开裂荷载,延缓原梁裂缝和应变发展,从而使构件在正常使用阶段的受力性能得到了明显提升。     

UHPC-T形梁斜截面抗裂性能试验

为研究UHPC梁的斜截面抗裂性能并提出合理的评价指标和设计建议，以期能充分利用UHPC超高的抗拉性能及优秀的裂缝控制能力，设计了5片预应力UHPC-T形梁，并完成其静力加载模型试验，试验参数为剪跨比、箍筋和钢纤维含量，获得了开裂荷载、裂缝分布和应变等关键试验结果。试验结果表明：当剪跨比增加时，开裂荷载会减小，斜裂缝宽度的发展速度却加快；箍筋对开裂荷载影响较小，但能抑制斜裂缝的发展；钢纤维含量的增加会提高开裂荷载和减缓斜裂缝的发展速度。根据材料力学公式推导出斜截面开裂剪力计算公式，进一步采用极限平衡法建立正常使用阶段斜裂缝宽度的计算方法，计算值与试验值吻合良好且偏于安全。通过计算实测开裂剪力作用下斜截面的主拉应力可知：开裂时斜截面的主拉应力会超过UHPC的抗拉强度，不仅体现了UHPC的应变硬化特性，还反映了UHPC梁良好的斜截面抗裂性能。对比各国规范的斜截面抗裂设计规定，中国规范建议稿的容许应力值较为保守。基于开裂时的主拉应力水平和各国规范规定，建议放宽整体预应力UHPC梁的主拉应力限值，取为60%的弹性极限抗拉强度并考虑纤维分布的不均匀性。对于允许开裂的UHPC梁，应验算正常使用阶段的...     

酉水大桥大跨度预应力混凝土连续梁桥斜交高墩盖梁受力特征分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥（80m＋145m＋80m）斜交高墩大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,运用MIDAS软件建立箱梁整体梁格模型,得出桥墩的最不利荷载组合,在此基础上运用AN—SYS软件建立主桥斜交高墩实体模型,对盖梁在最不利上部荷载作用下的受力特征进行分析。分析计算结果表明,斜交高墩盖梁应力分布特征有别于正交桥墩盖梁,该正八边形盖梁最小压应力产生于支座垫石与盖梁接触面中心处,以垫石为中心向四周逐渐变大;盖梁在两个支座垫石之间的局部区域存在超出混凝土抗拉极限设计值的拉应力,该拉应力产生于盖梁中心上表面处。分析结果对不同于正交桥墩盖梁支点角隅区钢筋的配置有指导意义。