二向应力状态下早龄期C20混凝土的本构关系试验研究

早龄期混凝土的本构关系是施工期混凝土结构非线性分析和计算的基础,由于其理论研究的严重滞后,造成了早龄期混凝土结构分析时先进算法和粗略模型的不匹配,也找不到可以依据的本构关系。借鉴弹塑性本构理论,根据早龄期C20混凝土材料的破坏包络面、初始屈服包络面以及参照面对八面体应力空间的划分状况,依据被划分区域和两个强度包络面及参照面在应力空间中的相对位置关系,分别给出了各划分区域的本构模型,得到了早龄期C20混凝土材料一般形式的弹塑性本构关系,从而为早龄期C20混凝土结构或构件在双轴受力状态下的非线性分析提供了理论依据。     

早龄期机制砂混凝土抗压强度与弹性模量时效关系及本构模型试验研究

为了研究早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下抗压强度与弹性模量的时效关系和本构模型,通过对8组不同龄期的C60机制砂混凝土试件进行立方体抗压强度试验、静力受压弹性模量试验和单轴受压应力-应变曲线试验,并参考多种已有研究模型,建立了早龄期机制砂混凝土在单轴受压状态下的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型。结果表明,采用的抗压强度与弹性模量时效关系模型和分段式应力-应变本构模型与试验数据吻合效果理想,能够较好地描述早龄期C60机制砂混凝土在单轴受压状态下的力学性能。     

悬臂施工材料时变效应对PC箱梁桥的影响研究

为了研究施工过程中材料时变效应对PC箱梁桥的影响,对C55高强混凝土材料性能进行试验。在施工现场制作了24组150 mm×150 mm×300 mm混凝土试件,与主梁同步养生,分别对养护3,5,7,14,28,60 d的混凝土试件进行力学性能试验。利用格拉布斯准则检验,选取主梁同养下早龄期混凝土抗压强度与弹性模量试验测试值的有效值,进而得到了实际工程中早龄期混凝土轴心抗压强度和弹性模量的时变规律,基于MATLAB数据处理软件对试验数值进行非线性回归分析,选取4种函数形式进行回归拟合,选取最优回归方程,优化了规范中关于二者之间的函数公式。采用有限元软件Midas civil分析了考虑时变性能的PC箱梁桥各施工阶段结构应力、挠度状态,选取最大悬臂阶段主梁应力、挠度与采用规范值计算结果相对比。结果表明:相较于混凝土弹性模量,早龄期混凝土轴心抗压强度发展较快,考虑材料时变性能后,各阶段张拉预应力后箱梁根部上缘应力变化最大2. 22%,下缘应力变化最大1. 02%,材料时变效应对应力储备影响较小;最大悬臂状态时,悬臂结构累积位移最大为12. 3 mm,当前步骤位移为5. 1 mm,材料时变效应对结构挠度影响较大。     

多轴应力状态下混凝土强度准则在桥梁结构中应用的探讨

本文介绍了一种混凝土在多轴复杂应力状态下强度准则，即Ottosen提出的四参数强度准则模式，结合已建成的三向预应力混凝T型刚构桥的空间应力分析结果，分析了该箱型梁桥纵向混凝土强度的变化规律，说明了混凝土强度理论对实际土建结构设计的重要性，以求为多轴应力状态下混凝土强度准则在预应力混凝土桥梁结构中的应用探索一条新途径。     

早龄期混凝土压缩、拉伸和弯拉徐变与干燥徐变比较

为了得到早龄期混凝土在不同应力状态下的徐变发展规律,设计了3种设备用于测试早龄期混凝土在压缩、拉伸和弯曲作用下的徐变变形。文章分析了在加载龄期均为7天时,水灰比、环境湿度以及应力状态对早龄期混凝土徐变的影响。水灰比分别选取0.3,0.4,0.5;环境湿度分别为密封和暴露于50%湿度的干燥环境;应力状态包括压缩、拉伸、弯拉。基于测试结果定量分析不同水灰比、不同环境湿度以及不同应力状态下早龄期混凝土的徐变差异,并与文献数据进行对比。结果表明,在试件分别受到压缩、拉伸、弯拉荷载时,50%湿度的干燥环境状态下混凝土的早龄期徐变均大于密封条件下混凝土的早龄期徐变,干燥状态下徐变度约为密封状态下徐变度的1.25～2.5倍。相比于压缩徐变,拉伸徐变对环境湿度更敏感。受拉伸荷载时,干燥状态下徐变度约为密封状态下徐变度的1.75～2.5倍。受压缩荷载时,干燥状态下徐变度约为密封状态下徐变度的1.25～1.5倍。从数值上来看,不同水灰比试件的基本压缩徐变均大于基本拉伸徐变,基本压缩徐变与基本拉伸徐变之比在1.26～1.5之间。密封状态下,早龄期混凝土的压缩徐变最大、弯拉徐变次之、拉伸徐变最小。     

节段现浇预应力混凝土宽箱梁后浇湿接缝的早龄期受力分析及开裂控制

针对节段现浇预应力混凝土箱梁后浇湿接缝在早龄期因收缩导致的开裂问题,以嘉鱼长江公路大桥为背景,通过试验测试了该桥施工阶段箱梁混凝土早龄期力学性能,得到了箱梁节段混凝土的收缩预测模型。基于此,采用有限元软件Midas/FEA建立了湿接缝及相邻节段箱梁的有限元模型,分析了湿接缝在混凝土收缩作用下的应力场,并对不同的预应力张拉方案进行了分析。结果表明:湿接缝在混凝土收缩和相邻节段约束作用下,其在混凝土浇筑后第3 d在结合面位置由收缩导致的拉应力达到了1.8 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的87%,因此需在此时进行预应力的张拉以降低混凝土拉应力,防止混凝土在早龄期开裂;若湿接缝按常规方案张拉预应力,湿接缝早龄期最大主拉应力均小于混凝土即时抗拉强度,但其28 d最大主拉应力为2.75 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的93%,存在开裂风险;在该文提出的张拉方案下,湿接缝在早龄期最大主拉应力比常规方案降低了22.2%~32%,有效保证了后浇湿接缝在早龄期的抗裂性要求。     

混凝土构件早龄期阶段收缩试验方法研究

文章对混凝土构件早期自收缩试验方法和混凝土在约束状态下早龄期应力变化的研究方法进行分析。早期自收缩试验方法分析结果表明:混凝土构件可以忽略早期收缩静摩擦力产生的应变值,但混凝土3d龄期的干燥收缩不容忽略,且LVDT测量法优于千分表测量方法。混凝土在约束状态下早龄期应力变化研究方法分析表明:环形约束试验法操作简单不易偏心,但不适用于钢筋混凝土试件;直线约束试验法应采用电液伺服系统控制试件长度并进行修正,并可分析徐变量和约束间关系。由此可知,素混凝土的早龄期阶段收缩试验方法受限,仅限于环形约束条件。钢筋混凝土应采用直线约束试验法分析其收缩过程中的应力应变关系,同时考虑测量方法和干燥收缩对收缩试验的影响,并注意数据的修正。     

钢管约束下轻集料混凝土的紧箍效应及强度准则

通过钢管约束下核心轻集料混凝土的紧箍效应试验,得到核心混凝土在轴压作用下应力~变形关系曲线及试件破坏形态,重点对轻集料混凝土的紧箍效应及强度准则进行分析研究。试验和计算结果表明,在钢管的约束作用下,轻集料混凝土的延性和强度显著提高,但紧箍效应比普通混凝土小。根据试验结果建立了三向受压轻集料混凝土的强度准则。     

混凝土早龄期的抗压强度与弹性模量的历时变化模型

施工期钢筋混凝土结构是不断随时间变化的"时变结构",建立结构的抗力历时变化模型对分析施工期结构的安全稳定性有重要的作用。由于抗力的时变模型是以材料性能的时变模型为基础,该文通过对不同设计强度的混凝土试块进行早龄期的轴心抗压强度和弹性模量的试验研究,利用回归拟和方法提出了混凝土早龄期轴心抗压强度和弹性模量的历时变化模型,有助于对混凝土早期力学性能及其发展规律的认识,同时也可为混凝土结构施工期的早期裂缝控制和可靠性分析提供参考。     

水化热对早龄期连续刚构箱梁开裂的影响

针对某大跨径预应力混凝土连续刚构箱梁早龄期腹板裂缝问题，对裂缝进行了现场详细的调查统计，建立了混凝土箱梁开裂节段水化热分析模型。分析结果表明，混凝土早龄期水化热产生的温度场未完全稳定，主拉应力呈现先快速增长后缓慢衰减的趋势；在早龄期张拉纵向预应力钢束后，在温度与预应力作用耦合下，混凝土箱梁腹板中产生了较大的主拉应力，从而导致腹板开裂。本研究结果可为研究大跨径连续刚构箱梁水化热效应和确定腹板钢束张拉时机提供参考。     

单轴压缩下泡沫混凝土的强度特性研究

以水泥、粉煤灰、矿渣为胶凝材料,制备出不同气泡含量的泡沫混凝土。通过室内试验,对不同气泡率下(0~74.23%)的泡沫混凝土进行单轴压缩破坏试验,得到其不同龄期下的抗压强度和破坏形态,研究了泡沫混凝土的应力-应变曲线,探讨了抗压强度与龄期和气泡率之间的关系。结果表明:泡沫混凝土在单轴压缩下经过密实、弹性、屈服、破坏4个阶段;其抗压强度随泡沫含量的增大而减小,在一定范围内随着龄期的增大而增大。     

移动非均布荷载作用下的沥青混凝土路面动力响应分析

为更准确地模拟沥青混凝土路面实际的受力状态,基于弹性层状理论,借助大型有限元分析软件ANSYS建立了沥青混凝土路面三维有限元黏弹性模型,并对其施加非均布垂直荷载和切向摩擦行为的共同影响,分析车辆在匀速行驶时,沥青混凝土路面在不同载重车辆荷载作用下的动力响应.结果表明,最大纵向拉应力位于底基层中部,最大纵向压应力位于沥青混凝土面层.存在一中性层,其上结构主要承受压应力,其下结构主要承受拉应力.中性层位于基层中部附近.最大拉应力为0.031 MPa,远小于容许拉应力0.081 MPa,故路面结构破坏不是脆性破坏引起的,而是与疲劳破坏有很大关系.超载并不是造成路面损坏的唯一因素.     

一种客车侧窗的粘接强度校核方法

为了对复杂应力状态下的客车侧窗粘接结构进行强度校核,提出一种基于粘接面法向正应力和切向剪应力的粘接强度校核方法。采用有限元方法在客车行驶的扭转工况下对侧窗胶黏剂进行强度分析,获得胶黏剂单元的实际应力,并通过客车侧窗的局部结构试验进行验证;采用胶黏剂Bostik-ISR 7008设计了1组搭接接头、对接接头和不同粘接角度的嵌接接头,分别在80℃、25℃和-40℃下对粘接接头进行轴向拉伸试验,获得接头破坏时的拉力,建立了一个基于粘接面法向正应力与切向剪应力的失效准则,该失效准则可用一个二次多项式拟合而成;根据弹性力学力的平衡原理,将胶黏剂单元在全局坐标系下6个方向的应力分量转换简化成粘接面法向正应力和切向剪应力的形式,采用失效准则对侧窗胶黏剂的实际应力进行强度校核,计算胶黏剂单元的安全系数,并进行了统计分析,整个过程通过编写FORTRAN程序自动实现。结果表明:胶黏剂的粘接强度随着温度的升高而降低,客车侧窗胶黏剂的安全系数主要集中在大于30的范围;在考虑温度对粘接强度影响的情况下,该客车侧窗的粘接结构是安全的,且存在很大的优化空间。     

公路PC箱梁腹板裂缝成因与混凝土应力限值研究

针对公路预应力混凝土连续梁、连续刚构桥箱梁腹板的裂缝问题,从设计、施工等方面进行成因分析。对其腹板应力进行空间有限元分析,在研究腹板二向应力状态及其强度准则,对国内外相应设计规范进行比较分析的基础上,指出我国现行《公路桥涵设计规范》关于预应力构件混凝土应力限值表达式存在的缺陷,提出公路桥PC箱梁混凝土的推荐应力限值条件。     

漳州战备大桥极限承载能力分析

为深入研究部分斜拉桥的极限承载能力,以国内第1座已建混凝土部分斜拉桥——漳州战备大桥为例,对其进行极限承载能力分析。运用ANSYS有限元分析软件,采用基于非线性连续介质力学理论的全过程分析方法,假定混凝土为理想的弹塑性材料,采用Drucker-prager屈服准则,钢筋为多线性等向强化材料,采用Mises屈服准则,建立了有限元U.L.列式的几何非线性与材料非线性耦合空间分析模型。分析结果表明:当活载系数λ3时,部分斜拉桥结构的非线性特征不明显。部分斜拉桥达到极限承载力时,其破坏模式属材料强度达极限状态这种类型,此时结构还未出现极值点失稳现象。决定其极限承载力的主要因素是混凝土材料非线性。中跨布载时结构极限承载力最小,活载系数λ=7.8,极限安全系数k=1.78。     

混凝土桥塔早龄期时变对流影响分析及主动控制

为研究混凝土桥塔早龄期表面温度与受力的真实状态,开展时变对流对其早龄期表面温度应力的影响分析。温度效应计算针对各施工环节选取相应的对流参数,采用模板拆除阶段12h内的风速均值作为边界施加到结构表面。以芜湖长江公路二桥为背景,采用ANSYS分析频遇风速、防护工艺以及冷却工艺对桥塔早龄期表面温度应力的影响,结果表明:在频遇风速影响下,桥塔表面拉应力水平较高是大量开裂产生的主要原因;防护工艺优化及增加冷却工艺可以降低结构表面的累计应力与瞬时应力。在此基础上提出一种基于冷却工艺,通过加速桥塔施工前期的对流效应以提高结构抗裂安全性的对流参数主动控制方法,该方法主动控制阶段的表面降温速率取为6~13℃/d。将所提出的对流参数主动控制方法应用在芜湖长江公路二桥桥塔上取得了很好的控制效果。     

C-S-C法加固石拱桥主拱圈的正截面承载力分析

C-S-C法加固石拱桥,即在石砌拱圈两侧增设钢筋混凝土槽形拱肋,并设置辅助受力构件上下横梁形成空间框格结构。对复合结构进行应力应变分析,得到3种极限破坏形态,并分析了每种极限破坏形态下的截面大小偏心相对界限受压区高度,得出加固后复合结构的破坏形态受原结构的初始应变、加固结构的尺寸和材料的极限应变的影响。相比现有的加固规范,考虑了复合结构在二次受力时新增拱肋的应变滞后现象。根据3种破坏形态下截面应力的分布和材料的应力应变关系,建立了一种包含大小偏心受压的正截面强度计算公式。     

等效断裂强度准则及其在混凝土细观脆断模型中的应用

研究了混凝土细观脆断模型的网格敏感性,在线弹性断裂力学和应力集中理论的基础上,建立了等效断裂强度准则。利用等效断裂强度准则和最大拉应力准则,在两种不同网格下,对细观模型的单轴拉压破坏过程进行了分析。结果表明,经典的最大拉应力准则具有明显的网格敏感性,而等效断裂强度准则由于将单元大小作为破坏参数,可以较好地克服单元破坏引起的网格敏感性。     

不同养生方法下早龄期混凝土水分迁移规律

为了研究早龄期混凝土在养生条件下的湿度发展规律,采用湿度传感器对早龄期混凝土内部的相对湿度(RH)进行了测试,分析了3个水灰比试件在3种养生方式下的早龄期混凝土水分迁移规律,建立了考虑养生因子的早龄期混凝土在外部干燥条件下的一维水分迁移模型,并以试验数据为基础对模型的有效性进行了验证。研究结果表明:水灰比对混凝土自干燥效应的影响较大,水灰比越小,自干燥程度越大;空气养生下混凝土内部的湿度降低速率大于养护剂和水养生下的降低速率;同时考虑自干燥和外部干燥效应的混凝土的湿度变化对养生方式较为敏感;在水分迁移模型的狄利克雷边界条件中引入养生因子的概念能较好地描述养生条件下早龄期混凝土的水分迁移规律。     

Optimization of Cable-hoisting Erection of Concrete-filled Steel Tubular Arch Bridge

为优化多肋钢管混凝土拱桥缆索吊装施工顺序,研究哑铃形钢管混凝土灌注顺序及混凝土龄期对结构受力影响,确保桥梁在施工过程中的安全及正常使用状态下的受力合理,以4片拱肋组成的哑铃形上承式钢管混凝土拱桥王坡沟南桥为工程背景,采用MIDAS/CⅣIL空间有限元分析软件,考虑混凝土的收缩、徐变、强度形成过程以及与钢管的相互作用,对其缆索吊装施工过程进行了结构分析,并对关键的施工工序进行了优化分析.结果表明:单次缆索吊装2片拱肋,可以大大提高劳动效率,缩短施工工期;同时,缆索释放于拱脚固结后灌注混凝土前,钢管内混凝土的灌注顺序采用下→中→上,混凝土灌注时前批混凝土应保证不少于7d的龄期,上述措施对成桥状态结构受力较有利.