隧道型钢混凝土粘结滑移力学性能研究

隧道初期支护中型钢混凝土其粘结滑移性能对支护协同变形、整体承载能力具有重要影响。本文针对在型钢混凝土组合结构中是否添加钢纤维进行两组推出试验,分析试件破坏特征,并结合有限元软件进行数值模拟,得到粘结滑移曲线,分析试件的粘结滑移性能,并在此基础上分析钢纤维掺量对试件特征荷载的影响规律,通过计算得出特征粘结强度。结果表明：(1)试件破坏模式呈现纵向劈裂破坏;(2)试件混凝土裂缝形态主要有以45°方向向四角延伸和垂直于翼缘中部方向两种;(3)试件粘结滑移曲线大致可分为无滑移段、滑移段、下降段和残余段四个阶段;(4)钢纤维的掺入不能显著提高型钢混凝土推出结构极限荷载和极限强度值,但可以提高型钢混凝土推出结构的残余荷载和残余强度值;(5)数值模拟结果较为理想,误差较小。所得结论可对隧道初期支护结构破坏特征研究、隧道设计与施工工程措施制定提供参考依据。     

PBL剪力键静载力学性能推出试验研究

通过7组21个PBL剪力键(开孔钢板连接件)试件的推出试验,研究PBL剪力键的弹性承载力、极限承载力、滑移量及延性系数等静载力学性能。运用推出试验的非线性有限元仿真分析,研究PBL剪力键的传力和破坏过程。结果表明:PBL剪力键的极限承载力高,延性系数大;按照荷载-滑移曲线及内部应力状态,PBL剪力键的破坏过程可分为线性阶段、弹性阶段及塑性阶段;弹性阶段之前承载力主要由孔洞内混凝土提供,弹性阶段之后承载力主要由贯穿钢筋提供。由于PBL剪力键的力学性能指标尚无明确的定义和标准化的推出试验方法,使得各试验者得到的PBL剪力键承载力回归公式没有普适性。为使PBL键得到更广泛的应用,应尽快规范PBL键推出试验方法。     

疲劳荷载后钢管混凝土界面黏结性能试验研究

对7根圆钢管混凝土试件先后进行疲劳试验和推出试验,得到荷载-滑移曲线和黏结破坏荷载,研究疲劳循环次数和应力比对钢管混凝土界面黏结性能的影响。用黏结强度和割线模量定义了黏结界面损伤变量,探讨疲劳荷载与损伤变量的关系。研究结果表明,疲劳循环次数和应力比对界面黏结性能有显著影响,导致承载力大幅度下降,且出现异常变化,对结构安全造成危害;通过黏结强度-滑移曲线的割线模量定义黏结界面的损伤变量,可以很好地描述疲劳荷载与损伤变量的关系。     

锈蚀钢筋混凝土粘结性能劣化研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土破坏形式和粘结性能的影响，通过对通电加速锈蚀试件进行拉拔试验，获得试件破坏形式、极限粘结强度与滑移值随保护层厚度和锈蚀率的变化规律，再建立锈蚀钢筋拉拔试件模型，分析全粘结段应力分布情况。研究结果表明：(1)试件破坏形式可大概分为保护层脱落破坏、拔出破坏(产生裂缝)、拔出破坏(不产生裂缝)三种类型；(2)保护层较小时，最大拉力随锈蚀率增大而减小，保护层增大到一定程度，最大拉力随锈蚀率增大出现先增后降的现象，最大拉力对应的滑移量随锈蚀率增大均减小；(3)相同锈蚀率下，粘结强度和滑移量与保护层厚度成正相关，且保护层厚度越小，粘结性能损失越快；(4)靠近加载端或自由端位置粘结应力最大，中间段分布均匀。拉拔过程中，粘结应力整体水平逐渐增大，峰值现象也逐渐凸显，粘结应力峰值随锈蚀发展逐渐下降，且峰值由自由端移动到加载端。     

轨道板与砂浆粘结试验及内聚力模型参数研究

研究目的:目前轨道板与CA砂浆层离缝损伤是我国CRTSⅡ型板式无砟轨道主要损伤形式,本文为研究砂浆层离缝损伤机理,制作混凝土和砂浆复合试件进行劈拉和剪切模型试验,采用数字图像相关(DIC)技术得到加载过程的层间应变场分布,分析得到内聚力模型参数,并采用有限元软件计算内聚力模型参数且与试验结果进行对比验证,得到轨道板与砂浆层间力学特性及其破坏模式。研究结论:(1)DIC技术能较好地描述复合试件的层间应变场分布,以及层间损伤、裂纹萌生、扩展及破坏的全过程;(2)轨道板与砂浆层间粘结破坏属脆性破坏,层间法向和切向张力-位移关系均表现为双线性关系;(3)轨道板与砂浆层间参数可取法向内聚强度1.792 MPa、界面刚度708.485 MPa/mm、临界断裂能0.025 2 mJ/mm~2,切向内聚强度0.956 MPa、界面刚度63.039 MPa/mm、临界断裂能0.018 mJ/mm~2;(4)本研究成果可用于分析轨道板与砂浆层间损伤开裂行为,可为Ⅱ型板式轨道结构的设计及维修提供理论依据。     

钢-混凝土组合梁预应力施工阶段受力性能试验研究

通过9个钢-预应力混凝土组合梁的模拟试验研究，对钢-混凝土组合梁在预应力施工阶段的受力性能、界面滑移分布规律及主要影响因素进行了深入探讨。试验表明，在钢-预应力混凝土组合梁的预应力张拉端或锚固端的非协调工作区较小，钢-混凝土组合梁设计控制区的有效预应力可按基于钢-混凝土换算组合截面的材料力学方法计算，界面滑移的影响可忽略不计。     

锚固区钢绞线锈断PC梁黏结性能退化试验研究

为研究锚固区钢绞线锈断对后张预应力混凝土梁黏结性能的影响,对6根预应力混凝土构件进行静力拉拔试验.通过设计电化学快速锈断钢绞线、缓慢切割钢绞线和直接放张3种应力释放方式,研究应力释放方式、混凝土强度和箍筋直径对断后预应力钢绞线黏结性能的影响,揭示预应力钢绞线与混凝土黏结力沿纵向的分布规律,得到预应力钢绞线的黏结-滑移曲线以及试件达最大拉拔力时预应力混凝土梁的裂缝分布形态.试验结果表明:钢绞线与混凝土的黏结破坏由拉拔端逐渐向自由端发展,应力释放速度越缓,试件初始损伤越小,拉拔过程中黏结性能越稳定;提高混凝土强度等级和增大箍筋直径均可提高预应力钢绞线与混凝土间的黏结强度;试件破坏形式主要为黏结失效或预应力钢绞线断裂破坏.本研究为完善锈蚀钢绞线与混凝土间黏结性模型提供了试验基础.     

钢箱-混凝土组合梁抗弯承载力理论与试验研究对比分析

基于当前型钢-混凝土组合结构和钢管（方）混凝土结构在用于梁类结构方面存在的问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁,探讨该新型组合截面梁的抗弯性能及极限承载力。介绍了4根钢箱-混凝土组合梁（简支梁）的抗弯试验研究,并与理论计算结果进行了对比分析。对比研究结果显示：钢箱-混凝土组合梁的实测应力应变分布规律与理论分析基本一致,钢箱-混凝土组合梁正应变变化满足平截面假定;粱抗弯过程中内填混凝土与钢箱室壁粘结可靠;荷载位移关系（M-f曲线）与理论分析结果接近,梁具有良好的延性;极限抗弯承载力略高于理论结果,表明提出的考虑套箍效应的理论承载力计算公式可行且偏于安全。钢箱-混凝土组合梁通过进一步的试验与理论研究,具有广泛的应用前景。     

自锚式悬索桥桥塔钢-混结合段受力的试验研究

以武汉市江汉六桥主桥的下塔柱为例对桥塔钢-混结合段进行数值模拟和模型试验,研究钢-混结合段各部位在施工阶段和运营阶段的受力性能、应力分布及安全储备。结果表明:施工过程中及荷载组合作用下,混凝土实测最大压应力为6.44 MPa,最大拉应力为4.27 MPa,钢塔柱最大压应力为112.8 MPa,拉应力较小;超载工况下,混凝土实测最大压应力为7.74 MPa,最大拉应力为5.47 MPa,钢塔柱最大压应力159.8 MPa;试验过程中,各测点应力随荷载基本呈线性变化,卸载时残余应力不大,模型基本处于弹性状态,加载时混凝土未发现裂缝;各工况下混凝土和钢结构各测点应力实测值和计算值相差不大;钢-混结合段受力安全可靠,在给定的荷载作用下有足够的安全储备。     

接缝弱化后纵连板式无砟轨道温度效应研究

目前,纵连板式无砟轨道夏季高温胀板问题严重。高温产生的巨大温度应力导致轨道结构发生众多病害,其中,轨道板上拱尤为严重,已威胁高速列车的运营安全。为有效释放结构内部的温度应力,减少病害发生,通过建立设有弹性填充层的纵连板式无砟轨道计算模型,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构,探讨两种节段长度及不同弹性模量下,整体温升作用时,宽窄接缝弱化对轨道结构应力、变形及损伤的影响。研究表明：(1)设置弹性填充层后,轨道板和接缝的纵向应力均得到一定程度释放,但会伴随着发生局部偏心和应力增加;(2)弹性填充层的设置会使接缝、轨道板和层间界面损伤产生的临界温升降低,结构损伤较大时,轨道板和接缝的应力释放会受到限制,并且弹性填充层附近也会产生一定上拱增量;(3)两种节段长度下,损伤和应力释放量均会随着弹性模量降低逐渐增大,因此,节段长度为4块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于1 775 MPa并低于3 550 MPa,节段长度为3块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于355 MPa并低于1 775 MPa;(4)两种节段长度下,随着弹性模量降低,轨道板和钢轨最大上拱增量逐渐增大,对于钢轨,两种节段长度下的...     

地铁高架车站型钢混凝土转换短梁试验研究

高架车站"桥-建组合式"中的转换梁与建筑结构中的转换梁受力特点有所不同,设计理论尚待完善。结合重庆某高架车站工程项目,对型钢混凝土和型钢高延性混凝土转换短梁进行试验研究,为其合理设计提供建议。采用缩尺静力试验对比二者在破坏形态、抗剪承载力、变形能力等方面的不同,并总结单跨两侧带悬臂型钢(高延性)转换短梁的承载力设计方法。结果表明:采用现行规范设计的型钢混凝土转换短梁可以满足承载力和延性要求;其他条件相同时,型钢高延性混凝土转换短梁比型钢混凝土转换短梁的抗剪承载力略高,但可显著提高抗剪耗能能力、有效降低破坏时的损伤程度。     

耳板式钢-混凝土组合桁架节点力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,是组合桁架结构受力的关键部位.以西平铁路桥梁钢-混凝土组合桁架节点为原型,设计制作了3个耳板式节点的1:2缩尺模型,进行水平静力性能试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁架节点的应变发展规律、极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线等力学性能.研究表明:耳板式钢-混凝土组合桁架节点极限承载力和刚度满足设计要求;PBL连接件具有较好的抗剪能力;节点的薄弱部位为弦杆核心区混凝土;节点的破坏模式主要有弦杆混凝土开裂破坏、腹杆屈曲破坏、腹杆与耳板连接处屈服等,因此提高混凝土强度和节点配筋率,增加腹杆厚度有助于提高整个节点的承载力.     

新型组合桥墩承插式连接侧剪强度试验研究

研究目的:为适应桥梁下部结构绿色建造、快速建造需求,对7个新型承插式波纹钢-橡胶混凝土组合墩-基础连接试件进行竖向加载试验和有限元数值模拟,以探究连接方式、嵌入深度、栓钉和端承混凝土对装配连接节点侧剪强度的影响,在此基础上对连接节点的破坏机理和侧剪承载力展开研究。研究结论:(1)相同嵌入深度下,试件采用承插式连接较整体现浇侧剪承载力提高了36%,增加嵌入深度和增设端承混凝土有助于进一步增大侧剪承载力,增设栓钉能够增强环向抗剪区强度;(2)竖向荷载作用下装配区混凝土与波纹钢管形成“强机械咬合”使节点处于类三向受压状态,从而侧剪强度得到较大提升;(3)引入波纹增强系数K以考虑“强机械咬合”作用对节点侧剪强度的贡献,K值大小为0.12～0.18,波形是影响K值大小的关键指标,结合节点受力状态提出的侧剪承载力公式计算结果与试验值、模拟分析值吻合良好;(4)基于塑性应力分布法考虑水平荷载作用给出的端承混凝土最小厚度计算公式可为波纹钢组合墩承插式节点设计与应用提供技术支撑。     

钢-混凝土连续组合梁非线性有限元分析

建立了钢-混凝土连续组合梁非线性有限元模型.该模型可以考虑材料非线性界面相对滑移对钢-混凝土连续组合梁受力性能的影响.利用该模型,对四榀钢-混凝土连续组合梁的界面滑移和挠度进行了仿真计算,将计算结果和实测结果进行了比较,验证了该模型的有效性.对单个栓钉的受力全过程进行了分析,表明按照弹性方法设计的栓钉在加载后期进入塑性阶段变形增加,是试件加载后期滑移迅速增长的原因.     

装配式地下车站CHC型钢-混凝土组合接头受弯性能分析

新型CHC(C型钢+H型钢+C型钢)型钢-混凝土组合接头结合了预制混凝土预埋和型钢安装工艺.基于某装配式地下车站,对CHC型钢-混凝土组合接头试验梁进行四点弯曲足尺加载试验,测量试验荷载、接头竖向位移、表面混凝土应变以及型钢后锚固钢筋的应力分布,进而研究CHC型钢-混凝土组合接头的受弯性能.研究结果表明:CHC型钢-混...     

外接式钢—混组合桁架铁路桥端节点试验对比分析

通过多组缩尺比例为1∶3的外接式钢—混凝土组合桁架与钢桁—槽型梁组合结构的单调静力试验,研究节点在加载过程中的失效模式、极限承载力和破坏机理。研究结果表明:外接式钢-混凝土组合桁架破坏模式有混凝土开裂,节点板受压部位局部屈曲,螺栓滑移,节点板被拉断,混凝土与节点板接触面应力集中;钢桁-槽型梁组合结构破坏模式有腹杆失稳破坏,混凝土与节点板接触面应力集中;腹杆加固后钢桁-槽型梁组合结构破坏模式有螺栓滑移,节点板被拉断,混凝土与节点板接触面应力集中。应用有限元软件ABAQUS对各节点进行模拟分析,试验与模拟分析均表明:增加混凝土高度以及节点板尺寸的钢桁-槽型梁组合结构承载力要明显高于节点部位尺寸较小的外接式钢-混凝土组合桁架,在整体尺寸不变的情况下,可通过改变各部件所占整体的刚度比来达到控制节点破坏模式的目的。     

混凝土双面粘贴碳纤维片材的直剪应力分析

近年来,采用外部粘贴碳纤维(CFRP)片材加固混凝土结构的新技术,在国际上受到普遍重视且其应用较广。在此项技术中,片材与混凝土的粘结至关重要．．混凝土双面粘结CFRP的直剪试验用于研究界面粘结应力较为适宜。目前此类试验已逐渐开展,但有关应力分析尚未见报道。研究以线弹性理论为基础,推导了双面直剪试验中碳纤维片材与混凝土之间的粘结应力理论表达式,同时分析了混凝土和碳纤维的应力,此外还进行了三维有限元计算,并对该理论解加以验证。结果表明：剪应力沿粘结长度的分布存在应力奇异的现象,最大的剪应力出现在粘结界面的端点;所得解析解用于计算直剪试验中的粘结应力简便可行,对有关研究和实践具有参考价值。     

光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能研究

为了研究光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能,本文改变钢筋直径与锚固长度测定了粘结应力和滑移量。通过理论分析与数据拟合,研究了粘结应力的影响因素、计算公式及粘结-滑移本构关系。结果表明:粘结应力受钢筋埋长、钢筋直径等因素的影响,随着埋长与钢筋直径的增大而减小。提出的以相对保护层厚度(c/d)和相对埋长(l/d)为主要参数的极限粘结应力计算公式,与试验结果吻合良好。分析给出不同直径光圆钢筋的锚固长度,并按GB 50010-2002的模式提出相应的锚固长度计算公式。本文提出的粘结-滑移本构方程与实测结果相关性好,可为活性粉末混凝土结构理论分析提供依据。     

圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

应用 ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土( reactive powder concrete,简称 RPC)长柱有限元模型,计算得到16个试件的荷载-变形曲线和极限承载力,极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响,并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长细比试件的荷载-变形曲线在弹性阶段均吻合良好,在弹塑性阶段出现破坏以后,曲线均有不同程度的偏差;不同套箍系数试件弹性阶段的荷载-变形曲线及极限承载力均区别不大,套箍系数较大的圆钢管 RPC 长柱后期强度提高较大,且延性较好;圆钢管 RPC 短柱的弹性阶段比长柱有所延长,极限承载力亦显著增加;短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服,长柱破坏表现为整体失稳。     

高性能注浆体与岩锚结合面粘结性能的试验研究

当前岩锚体系中使用的普通水泥注浆料存在粘结强度较低、耐久性较差等问题,导致岩锚体系地下工程量大、耐久性不足。RPC及DSP具有高抗压强度、高耐久性及高韧性等优良性能可能成为岩锚体系中普通水泥注浆料的替代品。基于现场拉拔试验,研究不同粘结长度下RPC、DSP与灰岩及精轧螺纹钢筋间的粘结性能,得到结合面间粘结强度及锚固体系破坏形式。结果表明:RPC、DSP与精轧螺纹钢间粘结强度为23.3~31.4 MPa,试验中发生螺纹钢筋与注浆体间界面破坏,此时注浆体与灰岩间相应的粘结强度为7.1~8.27 MPa,仍远大于普通水泥浆与岩石间0.1~3MPa的粘结强度。基于室内推出试验,对RPC、DSP及普通水泥浆与花岗岩间粘结性能进行对比研究,研究不同粘结长度下,RPC、DSP、普通水泥浆与花岗岩间的粘结性能,得到结合面间粘结强度及荷载-滑移曲线。结果表明:RPC、DSP、普通水泥浆与花岗岩间粘结强度分别为11.50 MPa、9.39 MPa和2.57 MPa。