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.     

二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响

研究了二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响.通过抗压强度、抗折强度、耐磨性与抗渗性等试验以及扫描电镜照片对混凝土的强度形成及微观结构进行了全面分析,结果表明水泥砂浆法搅拌工艺能改善混凝土界面过渡区结构,提高混凝土的力学性能与耐久性.     

钢筋混凝土管涵可不做胶泥罩面

国内外很多标准图与设计图都规定:钢筋混凝土管涵填土部分管壁上,要做10公分以上的一层胶泥罩面,认为这样做能使管涵四周土壤中的水份不致侵入钢筋混凝土内而腐蚀钢筋和浸析水泥。我们曾对设置在道路上或下水道等处的钢筋混凝土管涵进行了解与观察,同时解剖了远在1943年设置在潮湿地段的80公分直径钢筋混凝土管涵(无胶泥罩面)、观察结果是令人满意的,混凝土与钢筋粘着很紧密而无锈状。因此,我认为钢筋混凝土管涵可不做胶泥罩面,而是应该提高混凝土的抗水     

高填方段波纹管涵垂直土压力试验及计算

基于原位观测试验与理论研究,对高填方段波纹管涵的涵顶垂直土压力的分布特征与变化规律进行了探讨.首先,开展了高填方段波纹管涵垂直土压力现场观测试验.试验结果表明,高填方段管涵顶部存在土拱效应,规范的土柱法计算土压力值误差较大,偏于保守,而管涵顶部平面的土压力值并非均匀分布,存在明显的应力集中区域.在此基础上,结合试验规律及马斯顿理论,考虑由于土拱效应造成的应力集中现象,建立了高填方段波纹管涵垂直土压力计算模型,并进行了理论求解,从而提出了高填方段波纹管涵垂直土压力计算方法.最后,依据此模型对涵顶填土重度、土体内摩擦角、黏聚力、管径大小等主要影响因素进行了参数分析.结果表明,土体重度对管涵垂直土压力数值影响较大,而内摩擦角及黏聚力的影响较小.     

高填方钢波纹管涵变形计算及涵土相对刚度系数研究

为了获得高填方下钢波纹管涵变形的定量计算方法,并拟得到判定钢波纹管涵刚柔性的计算方法。在考虑钢波纹管涵受压变形与涵侧土体压缩变形相互影响的基础上,对涵土相对刚度问题进行了深入探讨。在考虑钢波纹管涵截面参数惯性矩特性的基础上,从分析规范中涵土相对刚度系数的计算方法入手,假设涵顶平面内外所受填土压力水平分布相同,涵侧填土对管涵横向变形产生一定的弹性抗力,引入了Spangler的涵土相互作用模型,推导了钢波纹管涵的变形计算公式和涵土相对刚度系数计算公式,同时,在考虑涵侧土体压缩变形模量线性增加的基础上,代入相关参数,将计算结果与现场试验结果进行比较,结果表明:钢波纹管涵洞随填土压力变化时,其变形计算值曲线规律与试验实测收敛值基本一致;应用推导的涵土相对刚度系数理论公式计算结果,可近似地判定管涵的刚柔性,通过理论计算,将本工点所用管涵判定为柔性涵洞,这也被试验测试得到涵顶垂直土压力系数小于1.0的结果间接验证,因此这既是对规范公式存在不足的补充,又为钢波纹管涵刚柔性的判定提供了新方法;通过涵土相对刚度系数公式的变换,得到涵顶平面内外土柱沉降差±δ与涵土相对刚度系数αs在本质上是相通的,故亦可用±δ判定涵土的相对刚度,这为判定涵洞刚柔性又提供了一种可行的方法。     

基于性能设计的碱激发混凝土柱徐变试验研究

基于性能设计的碱激发混凝土克服了混凝土凝结时间短、可施工性能差的致命缺点。对此混凝土进行了徐变试验研究,探究在恒温恒湿条件下强度等级和配筋率对徐变系数的影响。结果表明,提高强度等级可以减少碱激发混凝土徐变系数;配筋率越大,钢筋的抑制作用越强,徐变系数越小。基于老化理论推导的钢筋混凝土徐变系数计算式与碱激发混凝土适用性良好,可用于预测碱激发钢筋混凝土徐变系数。     

不同钢内衬加固钢筋混凝土管涵力学特性试验研究

为研究不同钢内衬加固钢筋混凝土管涵的加固效果及其力学特性,对不加固的钢筋混凝土管、10 mm厚平钢管内衬加固钢筋混凝土管、波纹钢管内衬加固钢筋混凝土管3个试件进行两点加载试验,测试P—Δ曲线及截面应变。试验结果表明:采用直接加固方式时,波纹钢管内衬加固钢筋混凝土管、平钢管内衬加固钢筋混凝土管的极限承载力分别比未加固圆管的极限承载力提高240%、22%;加固形成的钢筋混凝土—内填混凝土—内衬波纹钢管截面为部分组合截面;钢筋混凝土—内填混凝土—内衬平钢管截面接近非组合截面,其受力过程与未加固管截面受力过程相似。     

CFRP加固钢筋混凝土梁的可靠度分析

对6根不同强度等级的碳纤维加固钢筋混凝土梁进行试验研究,测得了试件加固后的极限荷载,分析混凝土强度的变化对加固效果产生影响的机理并进行了可靠度分析.试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,CFRP加固钢筋混凝土梁的可靠度呈现逐渐增加的趋势,且趋势随着强度等级的提高而更加明显.     

超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵施工技术

为了克服传统的钢筋混凝土涵洞与路基协同变形能力差、极易造成地基不均匀沉降的缺点,提出了一种新型的超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵。对波纹钢板和平面钢板进行承载力试验,对比2种管涵的承载特性,分析管土受力特性和整体结构的协同变形能力,在经济效益方面与传统管涵进行对比。结果表明:新型超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵耐腐蚀性好,受力合理,整体结构与路基协同变形能力强,在工程中应用时表现出良好的工作性能和经济效益。     

波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验

为明确波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵的力学性能及机理，采用室内两点加载试验，对波纹钢管加固的未破坏、部分破坏和完全破坏的混凝土管涵进行研究，获得加固管的荷载-位移曲线、破坏特征和截面应变分布，基于破坏特征和截面应变分布假设加固系统为套管体系（Ⅱ类管），根据变形协调条件推导极限承载力的估算公式，并论述套管体系中各个管体的荷载分配机制。研究结果表明：波纹钢管不同程度地提高了混凝土管涵的承载能力和刚度；加固后的复合管为套管体系，荷载分配依据各个管体的环刚度大小，加固管极限承载力的计算值与实测值之间的误差小于10%；只要待加固的混凝土管涵未完全破坏，波纹钢管对钢筋混凝土管的加固效果相近，即部分破坏与未破坏的钢筋混凝土管涵采用波纹钢管加固后的承载能力相近，而完全破坏的钢筋混凝土管涵加固后的承载力较低；填充层不仅起到黏结作用，而且在荷载分配方面起着重要作用；当钢筋混凝土管涵从未破坏到完全破坏时，填充层所分担的荷载迅速增加（由30%增至80%），而波纹钢管分担的载荷仅略有增加（由7%增至18%）；当填充层的刚度从0增加到35 000 MPa时，填充层所分担的荷载从0增加到58%，钢筋混凝土管涵分担的荷载从69%下降到29%，波纹钢管分担的荷载由31%下降到13%。     

灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩抗震性能

预制高强钢筋混凝土(RC)离心管墩可工业化流水线生产，效率高，质量可靠，是预制装配桥梁下部结构常用的设计建造方式之一，但是灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩的连接可靠性和抗震安全性尚需开展量化研究。为此开展3个1∶2大比例尺灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩拟静力试验，探究了水平往复荷载下管墩节点损伤全过程，并结合现有研究，从位移延性、刚度退化、耗能特性等参数评估其抗震性能。在此基础上，提出配置单层箍筋的空心管墩约束混凝土模型，并通过试验和数值结果验证该改进模型的精确性。同时，分析了轴压比、壁厚比等重要参数对空心管墩延性的影响规律，提出了考虑约束效应的空心管墩极限抗弯强度计算方法。结果表明：采用灌浆波纹管连接的预制高强RC离心管墩-承台连接可靠性良好；当轴压比不大于0.1时，高强离心管墩和实心桥墩抗震性能基本相同，当轴压比大于0.2时，管墩延性等抗震指标显著降低。同时，考虑到单层箍筋对核心混凝土的约束效应，建议预制高强RC离心管墩的壁厚比应不小于0.2。     

高填方段大孔径波纹管涵结构受力性能试验研究

基于原位观测试验,通过对不同填土高度的管涵荷载及变形、管涵及涵周土体应力分布的全程量测,对不同填土高度下大孔径波纹管涵的力学性能进行了深入分析。结果表明,管顶始终处于压应力状态,从管顶向下至90度范围截面承载逐渐转为拉应力,而从90度截面至管底,波谷截面主要承受拉力,并至管底达到最大值,而波峰截面则由拉应力向压应力转变,至管底为压应力状态。波纹管涵应力及变形均随着填土高度逐渐增长,但其增速逐渐变缓,并最终趋于稳定,其大小均满足波纹管涵的使用要求。而涵顶与涵底土压力测试数据表明,波纹管涵土压力值与规范方法计算值存在较大差异,且差异随填土高度的增加进一步加大,表明高填方段的管涵土压力计算应进行适当折减。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度研究

钢筋与混凝土之间的粘结力退化是引起锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度退化的主要因素。研究发现光圆钢筋与混凝土的粘结机理和螺纹钢筋与混凝土的粘结机理有本质区别。在给出不同锈层厚度以及荷载等级下钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果的基础上,分析了37根钢筋混凝土矩形梁的抗弯刚度受锈层厚度影响的差异。详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁的制备过程、电化学加速锈蚀试验的设计依据、以及锈蚀梁静载试验方案。在对锈蚀钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)计算结果的对比分析基础上,给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁随锈层厚度变化的刚度退化系数计算建议公式,进而提出了公路混凝土桥梁中锈蚀受弯构件抗弯刚度计算的建议方法,可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据。     

基础形式对深埋双孔钢波纹管涵承载特性的影响

依托某高填方路基斜跨深切冲沟工程实例,针对不同基础形式的高填土双孔钢波纹管涵的承载特性,通过有限元数值模拟,选取基础圆心角及刚度进行正交对比,分析管涵的应力分布及变形规律。结果表明：双孔钢波纹管涵相互作用、彼此制约,延管涵竖向轴线两侧受力非对称,在靠近相邻管涵一侧应力及变形均小于另一侧。当基础刚度一定,随圆心角θ增大,基础包裹管涵的区域增大,约束作用增强,管涵变形随之减小,应力呈减小趋势且分布更为均匀,有利于管涵承载。当基础圆心角θ一定,刚度改变时,填土约束作用最小,管涵应力整体较大,变形最大,混凝土基础的约束作用最强,管涵变形最小,但易引起局部应力集中,约束作用居中的灰土基础,具有较好的变形协调作用,应力较小且集中现象不明显,管涵变形可控、可知,圆心角θ=180°的灰土基础是较为理想的基础选型。     

锈蚀钢筋粘结性能对比试验研究

为研究钢筋锈蚀、钢筋类型和直径对钢筋与混凝土间粘结性能的影响,设计制作了变形钢筋和光圆钢筋混凝土粘结试件,并进行了实验室通电快速锈蚀。通过快速锈蚀两种粘结试件的拔出试验,得到了钢筋与混凝土间粘结应力-滑移曲线,分析了锈蚀率、钢筋直径以及钢筋类型对粘结应力-滑移曲线影响,探讨了不同锈蚀率下两种类型钢筋混凝土粘结试件破坏模式。试验研究表明:光圆钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋锈蚀更敏感,随锈蚀率变化,其最大粘结力及相应的滑移量变化幅度更大;变形钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋直径更敏感,锈蚀率接近的情况下,直径不同,其粘结应力-滑移曲线差异显著。     

连续配筋混凝土路面干缩应力分析

通过建立连续配筋混凝土路面在干缩作用下的应力分析模型与解析解,分析了不同端部条件、混凝土干缩应变、地基摩阻系数和钢筋混凝土粘结滑移系数对连续配筋混凝土路面应力的影响,结果表明,端部半自由的解析与实际路面情况更加相符,混凝土干缩应变、地基摩阻系数和钢筋混凝土粘结滑移系数是影响连续配筋混凝土路面开裂的关键参数。     

钢波纹管涵通车过程中的变形分析及施工工艺优化

为了使钢波纹管涵更好地发挥钢结构的优势,减少公路运营过程中的沉降、变形,以武安市莹玉公路为实例,通过创建波纹管模型,对运营车辆及填土对钢波纹管涵的受力影响进行分析,得出管周60°～120°应变值最大;同时对波纹管不同部位采取不同的回填方法,使填料与管涵的整体协调性良好,该方法为波纹管涵施工提供了理论指导。     

波纹钢管涵洞的应用及受力性能分析

国内外在各类工程中的使用情况证实,波纹钢管涵洞具有良好的使用性能,使用寿命长于结构物的设计寿命。结合内蒙古某公路改建工程,对波纹钢管涵的应用进行了探讨。文中假定波纹管和土体无滑移,首先采用大型通用有限元软件ANSYS在土压力和车辆荷载的共同作用下,对波纹钢管涵的受力情况进行了详细分析。分析结果表明,管涵的轴向应力远小于竖向及水平向应力,且总的应力满足规范要求。接着分析了土的弹性模量对管涵受力情况的影响。结果表明,土的弹性模量对管涵受力影响较大。最后结合实际工程,对工程中需要注意的几个问题进行了详细阐述。     

基于遗传算法的体外预应力钢丝绳加固RC梁抗剪承载力计算方法

为了深入研究体外预应力钢丝绳加固RC梁的抗剪加承载力的计算方法,对3根钢筋混凝土基准梁和19根体外预应力钢丝绳加固梁进行了抗剪试验,分析了钢丝绳体外预应力加固钢筋混凝土梁的抗剪机理;基于混凝土损伤理论,采用ANSYS软件对加固梁进行了有限元仿真分析,分析了不同带载水平及损伤度对加固梁抗剪承载能力的影响;以试验样本及有限元仿真样本为基础,基于遗传算法对损伤度及带载水平对加固梁的抗剪承载能力影响系数进行了研究,给出了不同损伤度及带载水平对加固梁抗剪承载力的影响系数;将遗传算法得到的损伤度及带载水平的影响系数与统计分析的结果进行了对比分析,验证了采用遗传算法得到的影响系数的可靠性。     

长期荷载作用对方钢筋混凝土柱承载力的影响

考虑长期荷载作用效应的影响，进行了6个方钢筋混凝土轴心受压构件承载力的试验研究，提出轴心受压时方钢筋混凝土的核心混凝土的应力－应变关系模型，在此基础上，利用数值方法成功地计算出考虑长期荷载作用影响时方钢筋混凝土构件的荷载－变形全过程关系曲线，理论计算结果和试验结果吻俣良好。最好，在系统分析长细比、载面含钢率、钢材和混凝土强度等因素影响的基础上，提出长期荷载作用对方钢筋混凝土柱承载力的影响系数。