湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构的耐久性问题,采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验,研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等;根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律,给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型;从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发,提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式,推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式. 研究结果表明:随着湿热环境作用时间的增加,加固梁的抗弯承载力逐渐减小,CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制;随着湿热环境作用的持续,混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小,加固梁的损伤增大且脆性增加;加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小,加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强;试验与理论计算的对比表明,在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时,CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内,抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.      

外贴CFRP加固RC简支梁粘结界面温度剪应力分析

在良好的粘结状态下,基于平截面假定与线弹性假定,建立了CFRP加固RC简支梁的本构关系与力学平衡微分方程,再引入边界条件,对碳纤维增强复合板材加固钢筋混凝土简支梁的粘结界面温度剪应力的函数表达式进行了推导.通过表达式,阐明了温度剪应力与混凝土梁的抗弯刚度和粘贴层的硬度等因素有关.为加固结构在服役期健康状况评估和结构设计提供参考.     

预应力CFRP及钢绞线加固桥梁效果对比分析

为了比较预应力CFRP及预应力钢绞线对桥梁的加固效果,以某T梁桥加固为例,利用Midas软件对两种加固方式进行建模分析。结果表明,采用两种方法加固均能提高T梁的承载能力,预应力CFRP加固T梁后的最大挠度值比预应力钢绞线加固后的值大1.9mm,最大弯矩值大180.2k N·m,预应力CFRP加固后的T梁承载能力提升程度较预应力钢绞线加固后的大。     

界面处理对恶劣环境下CFRP-加固混凝土梁性能研究

以钢筋混凝土梁强度等级、界面处理方式、侵蚀环境为参数,利用6组实验梁进行三点弯曲试验来研究恶劣环境下界面处理对粘结性能的影响。实验结果表明:凿毛梁的抗弯承载力较砂轮打磨梁的承载力大,经过环境劣化后的混凝土梁,极限弯矩都有大幅折减,C50较C30减小幅度小12%,以C50钢筋混凝土梁为例,在氯盐环境中浸泡7d、14d、21d、28d,极限抗弯分别降低4%、6%、7.5%、12%。凿毛后的CFRP加固梁,虽然粘结性能增强,但是由于CFRP受拉过程中会产生应力集中,导致CFRP过早被拉断,工程中建议增加黏结面粗糙度,以提高梁的极限弯矩。     

地震作用下高桩码头不同横排间距的三维动力响应分析

考虑了实际地层、桩-土动力相互作用的影响,采用瞬态动力时程分析法对不同横排间距直桩码头的水平地震荷载响应进行了分析;研究了码头结构在真实地震记录加速度作用下的位移、加速度、最大等效应力、剪应力以及桩的等效应力、弯矩变化规律.计算表明,横排间距平均每增大2 m:码头上部结构最大等效应力增大约9%~12%,码头上部结构最大剪应力增大约12%~15%,码头桩基的最大等效应力增大约8%~9%,码头桩内的弯矩增大约10%.随着桩间距的增加码头抗扭性能增加了,因此上部结构内力增量大于桩内内力的增量,而且整体码头结构跨间距增加到11 m时桩内等效应力接近屈服强度,但未出现应力集中屈服区,桩顶铰接后大大减小了地震的动力危害,可以把横间距增加到11 m.横排间距增大会使面板上产生较大剪应力,最大剪应力发生在面板与纵横梁形成的交角处,应对其采用局部加固的优化设计.研究成果可为深海码头结构的设计提供参考.     

大跨度连续梁-拱组合桥箱梁横向受力分析

以某大跨度预应力混凝土连续梁-钢管混凝土拱组合桥为背景,采用有限元软件Midas-FEA建立了单箱单室截面连续梁-拱组合桥空间有限元模型,对桥梁横向受力及传递规律进行了分析。研究结果表明:中跨跨中位置横向轴力较大,比边跨跨中位置横向轴力大11.7%。中跨跨中吊杆位置与边跨跨中位置横向弯矩比值为1∶1.7;中跨非吊杆位置与边跨跨中位置横向弯矩比值为1∶1.1;由于支座的影响,端横梁位置处底板出现应力集中现象;吊杆区域应力集中现象较为明显,施工时需考虑加密钢筋等措施;横撑轴力较大值位于离拱脚最近的位置,随着纵向坐标的增加,横向轴力逐渐减小。吊杆横梁剪应力随着吊杆横梁宽度的增大而减小,随着横梁厚度的增大,剪应力的减小幅值也变小。边跨范围内,截面A与B位置处应力沿纵向变化曲线较为平稳,靠近端横梁与中横梁位置,应力稍微有点起伏。在中横梁位置,应力达到最大拉应力,中跨吊杆区域,应力沿纵向呈现波浪形曲线。     

收缩徐变对锚喷混凝土加固结构产生的界面应力分析

锚喷混凝土加固板桥时,新增混凝土收缩徐变对主梁产生有利影响,但对锚喷混凝土自身产生不利影响。通过对收缩徐变产生的界面应力分析,得到界面应力的分布形式和界面应力的影响因素。结果表明：锚喷混凝土收缩徐变产生的纵向拉应力在跨中截面最大,两端为零,界面剪应力两端最大,跨中为零;混凝土收缩徐变所产生的界面应力随着时间增长而逐渐增大,且后期增长速度小于前期增长速度;收缩徐变产生的界面应力随着混凝土厚度增加而增大,随着年环境评价湿度增加而减小;新增混凝土强度与原主梁混凝土强度相差越大,产生的界面应力也越大。     

碳纤维与混凝土界面粘结应力计算方法

为了确定碳纤维加固混凝土结构承载过程中胶层部位的剪应力分布规律,判别碳纤维与混凝土界面间是否发生剥离破坏,进行了碳纤维布加固混凝土构件的拉伸试验,基于弹性理论,推导了已知力作用下的任意点胶层界面剪应力与碳纤维正应力的计算方法。计算结果表明碳纤维与混凝土界面的剪应力、正应变的分布规律与试验结果相吻合,计算方法有较高的精度,计算得出胶层部位的极限剪切强度为3.96 MPa,在实际工程中,为防止剥离破坏的发生,应确保胶层剪切应力小于此值。     

矢跨比对中承式钢桁架拱桥静力影响分析

以某中承式钢桁架拱桥工程为研究背景,基于Midas/Civil有限元计算软件,建立桥梁结构空间模型,针对不同矢跨比情形下钢桁架拱桥结构进行静力分析,得出结论:(1)拱肋的上下弦杆轴力及应力、跨中挠度均随着矢跨比的增大逐渐减小;(2)主纵梁的跨中弯矩和拉应力均随着矢跨比增大逐渐减小,而主纵梁负弯矩与压应力随之呈先减后增变化;(3)由于1~#吊杆处于梁拱结合段且为刚性吊杆,其轴应力增幅变化较其他吊杆更为显著。     

钢板加固持荷RC梁承载力数值分析方法

在钢筋混凝土梁粘贴钢板加固数值分析中,为了解决初始荷载及钢板-混凝土界面传力问题,以8片钢筋混凝土梁室内缩尺模型试验为基础,采用面-面接触分析方法及单元"生死"分析方法,对试验梁进行了全过程数值分析,提出了一种粘贴钢板加固具有初应力钢筋混凝土梁的数值分析方法。研究结果表明:钢筋混凝土梁预测挠度变化规律与实测值吻合较好,极限荷载偏差在11.5%以内。可见,运用数值分析方法能有效解决持荷情况下,待加固结构与钢板不同时参与工作及钢板-混凝土界面的传力难点。     

浅埋富水地层防水型铁路隧道衬砌结构力学特性分析

运用荷载-结构法,计算分析了不同地下水位线对浅埋富水地层铁路隧道衬砌结构轴力、弯矩峰值大小及位置的影响。计算分析结果表明:随着地下水位的降低,衬砌结构轴力峰值不断减小;衬砌结构弯矩峰值呈现出不同程度的波浪形增大;轴力在衬砌横断面上呈“鸡蛋”式分布。当地下水高于拱顶时,隧道衬砌结构轴力和弯矩值都比较大,设计时应将水荷载作为浅埋富水地层隧道结构受力的主要荷载之一。     

软土地基中不同设计参数的CFG桩内力分析

为了分析CFG桩在软土地基中的应用效果，以某软弱填方路基为研究对象，利用Midas有限元软件分析了软土地基加固中CFG桩的内力变化规律。研究结果表明：桩的轴力（弯矩）由中心桩到边桩逐渐减小（增大），当桩径为0.4 m，桩距为1.6 m时桩的轴力和弯矩分别为561 kN和66 kN·m；当桩径（桩间距）相同时，桩土应力比随着桩间距（桩径）的增大而增大（减小），桩径0.4 m、桩间距2.4 m时桩土应力比最大为51；当桩径为0.6 m、桩间距为2.4 m时，桩的荷载分担比最大为63.04%，研究成果可为工程应用提供参考。     

水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征

为探明水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征,采用模型试验研究高水压条件下衬砌的力学行为、结构与围岩、地下水相互作用关系及结构破坏模式.研制了马蹄形断面非均布水压-土压加载装置,模拟大断面隧道衬砌主体结构在不同水压与土压共同作用下的力学行为.研究表明:弯矩沿衬砌周向总体上呈蝴蝶形分布,轴力呈近似椭圆形分布;土压力增大使结构弯矩、轴力、最大变形量和偏心距均增大;侧压系数增大使结构弯矩不同程度地减小,而使轴力增大;水压增大使衬砌轴力迅速增大,而弯矩增大较慢;高速铁路隧道衬砌结构承受的极限水压不宜超过500 kPa.      

钢绞线网-复合砂浆加固钢筋混凝土梁的受弯性能

分析了钢绞线网-复合砂浆加固钢筋混凝土梁的荷载-挠度曲线,研究了加固层与本体梁界面的粘结机理。将钢筋混凝土梁的受力性能分为未裂阶段、裂缝阶段和破坏阶段,在平截面假定的基础上,建立了高强钢绞线网-复合砂浆加固梁的截面弯矩-跨中挠度分析模型。采用换算截面法对加固梁在集中荷载作用下的抗弯性能进行全过程受力分析,并通过10根加...     

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型; 考虑复合管片材料的非线性, 采用弹塑性本构模型, 分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性; 根据HC升温曲线, 分析了接头模型的传热特性, 研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明: 采用高强螺栓能够有效减小接头张开量, 增大接头刚度; 在采用高强螺栓的情况下, 斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服, 屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大, 但对斜螺栓变形影响较大, 当接头负弯矩从7 kN·m增加到122 kN·m, 接头轴力从368kN增加到734 kN时, 斜螺栓最大应变增加1.6倍, 当接头正弯矩从53 kN·m增加到182 kN·m, 接头轴力从903kN增加到1 056 kN时, 斜螺栓最大应变增加5.9倍; 常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布, 除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等, 约为400MPa, 接缝处轴应力绝对值最大值可达700 MPa; 火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高, 80 min时即可达到1 000 ℃, 接缝处混凝土在100min后达到稳定温度, 螺母处混凝土在150 min后达到稳定温度, 稳定温度均为1 000 ℃左右。      

基于加速锈蚀试验的RC梁抗弯性能劣化研究

为了有效预测锈蚀钢筋混凝土梁(RC梁)抗弯性能的劣化规律,基于加速锈蚀试验开展了3组RC梁的抗弯性能研究,探讨了不同纵筋锈蚀率对RC梁破坏形态、跨中截面应变分布和荷载-挠度曲线的影响,在现有理论模型适用性评估的基础上,结合材料时变分析模型,提出了RC梁抗弯承载能力劣化规律的分析方法。研究结果表明:随着纵筋锈蚀程度的增大,RC梁的塑性变形特征不断下降,破坏模式也由塑性纯弯转为脆性剪弯,跨中截面中和轴不断上移,平截面假定逐渐无法满足,而且梁体的抗弯承载能力不断减小,其荷载-挠度曲线的承载平台也逐渐变短直至消失。对现有抗弯承载能力模型的适用性分析发现,孙彬模型的计算精度最高,离散性最小;以该模型为基础所建立的RC梁抗弯承载能力劣化分析方法,可以得到与试验结果较吻合的劣化曲线。     

预应力混杂碳/玻璃(C/G)纤维布加固RC梁的应力重分布

基于实体退化单元,对钢筋混凝土(RC)梁和混杂碳/玻璃(C/G)纤维布采用分层壳元模型,对纵向受力钢筋采用组合壳元模型,模拟了混杂C/G纤维布的预应力作用,建立了预应力混杂C/G纤维布加固RC梁的非线性层壳组合单元模型,采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述了加固梁的开裂、屈服和压碎的材料非线性效应,分析了破坏全过程中加固梁挠度变化规律、刚度折减规律、极限承载力与混杂C/G纤维布应力重分布。计算结果表明:非线性层壳组合单元分析方法可靠,加固梁的特征荷载计算值与试验值的相对误差不超过10%,且非线性层壳组合单元具有较好的收敛性和数值稳定性;在加固梁达到开裂荷载前,混杂C/G纤维布的应力重分布系数变化较小,开裂荷载时为1.3,其后应力重分布系数逐渐增大,屈服荷载时为4.1,极限荷载时为14.8;采用普通C/G纤维布加固时,纤维布高强性能未充分发挥,利用率约为83%,采用预应力C/G纤维布能改善梁的结构体系,能使得材料充分发挥作用,利用率超过90%。     

地震作用下锚固体界面剪切作用研究

采用数值模拟的方法构建了地震作用下锚杆力学响应数值模型,并通过现场试验所得数据验证了模型的合理性及可靠性。依托此数值模型,进一步研究了锚杆锚固体界面剪应力在静力和地震作用下不同的变化规律。结果表明:砂浆周围岩土体所受剪应力的值与拉拔力呈正相关,随拉拔力的增大而逐渐增大,并且由内向外逐渐扩散递减。在地震作用下,锚固体界面剪应力的峰值位置会发生移动,由初始的锚杆端头不断向锚杆底端移动,直至锚固体系整体破坏。     

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响,采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土,模型缩尺比为1∶30,采用层叠剪切箱装填砂土构成场地,采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明:在同一深度土层,柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道;当土层发生液化时,其加速度放大系数小于1;当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时,隧道截面剪应力减小20%和33%,截面轴应力峰值最大值减小16%和30%,截面剪应变峰值分别增加了60%和140%;上覆水使场地加速度放大系数变小,是由于水的存在加大了土层表面的阻尼;在P波作用下,上覆水水深从10 m增长到40 m时,沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.      

整体温度变化下钢管混凝土拱桥结构效应分析

钢管混凝土拱桥结构在运营阶段的温度效应明显,为分析钢管混凝土拱桥结构的温度效应,以跨径布置为30m+80m+30m的某钢管混凝土拱桥为例,融合了等效时变的温度效应模型和有限元方法,建立精确的空间有限元模型,深入分析了整体温度变化作用下钢管混凝土拱桥的挠度、结构内力和应力以及拱桥稳定性的变化规律。结果表明:整体温度变化对钢管拱桥挠度影响显著,甚至会出现挠度方向的变化;整体温度升高时,钢管轴力增大,混凝土轴力减小,同时钢管和混凝土弯矩方向均发生变化;整体温度变化对钢管混凝土拱桥的稳定性影响较小。