钢筋混凝土墩柱抗爆性能试验

为了研究爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土墩柱的动力响应特性、损伤破坏模式及破坏机理,考虑不同截面形式、长细比、混凝土类型、箍筋形式、轴压比5个参数,设计制作了11根钢筋混凝土墩柱试件,通过逐渐增大炸药量、减小炸药与墩柱的间距控制爆炸比例距离,进行中场爆炸及接触爆炸试验,同时基于霍普金森相似律,拟合得到了超压峰值与比例距离之间的关系公式。研究结果表明:非接触爆炸作用下,增大墩柱截面面积、使用钢纤维混凝土、方形截面形式、螺旋箍筋等措施能减小截面应变和抑制裂缝的发生,增强墩柱的抗爆性能;接触爆炸作用下,钢筋混凝土墩柱极易在炸药接触位置发生冲切破坏,局部损伤破坏非常严重,同时墩身出现了大量横向贯穿裂缝,接触爆炸下方形截面和轴向力对墩柱的抗爆性能不利;拟合关系公式可供工程结构抗爆设计人员参考,研究结果可供制定桥梁抗爆及其防护规范参考。     

混凝土桥梁悬臂牛腿结构精细数值分析

为了准确分析混凝土桥梁悬臂牛腿结构的空间受力状态,寻求模型规模、加载方式、应力水平及其对分析结构的影响,文章以带预应力混凝土简支T梁挂孔的4跨T型刚构桥梁实体工程为背景,分别建立了不同悬臂梁段长度的5个局部有限元模型,对比分析了不同模型尺寸时,中载和偏载工况下结构的应力及变形,研究分析了运营荷载及不同超载情况下结构的应力及变形状况。结果表明,局部模型的应力应变可用于实际设计,偏载状况更不利,结构变形应采用整体模型进行计算;发生在腹板位置凹角处的主拉应力较大,结构分析及配筋时应注意腹板附近混凝土应力状态的把握。     

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响,结合流固耦合理论,采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型,开展不同炸药条件,不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明:①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化,小当量炸药条件下,混凝土梁体表现为传统的受弯构件,随着炸药当量增加,梁体迎爆面出现压溃破坏,继续增大炸药当量,梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大,导致截面抗压能力减弱,梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断;②当中等炸药当量在梁上方爆炸时,按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右,反之,当其在梁体下方爆炸时,由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降;③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸,跨中爆炸时梁体受力最为不利,爆点位于支座处梁体上方时,由于支座的边界约束作用,梁体动力响应和损伤较小;④同等炸药当量条件下,爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变;⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显,有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。     

基于PUMA的单级和多级加载模式下碎石粒料性能研究

通过精密非黏结材料分析仪(PUMA)开展碎石粒料的重复荷载试验,对单粒径、两档料填充和三档料填充碎石粒料进行单级加载模式(SSLM)和多级加载模式(MSLM)试验,研究碎石粒料材料性能,分析和讨论两种加载模式下前400次加载循环的永久变形和弹性模量,并对比了PUMA重复荷载试验与重复CBR两种等效模量及重复三轴试验常围压模型(CCP)和变围压模型(VCP)的计算模量。MSLM加载结果表明,单粒径碎石粒料在荷载强度低于340 kPa时,永久变形快速增长,之后降低,而填充碎石粒料在荷载低于200 kPa就会出现永久变形最大值;集料粒径越大,永久变形增量趋向于单峰变化。SSLM加载的前400次永久变形占总永久变形的主要部分,且比例随载荷强度升高;荷载强度低于240 kPa时,单粒径碎石和填充碎石粒料的永久变形差别不大,当超过240 kPa后,单粒径碎石粒料的永久变形快速增长;相比SSLM,MSLM加载模式的永久变形均较小,MSLM加载模式可以提高粒料材料的承载能力,并揭示粒料材料的三阶段压实原理;采用完全摩擦模型计算的等效模量值低于已有研究结果,但它们呈现相同的趋势,适用于粒料材料模量计算;CCP的弹性模量最大,VCP的弹性模量增长速率最高,荷载强度越大,围压对模量的影响越显著。     

车辆荷载作用下损伤开裂简支空心板的断裂力学特征

准确掌握不同损伤条件下桥梁结构的动态特性及其变化规律是动态检测法快速检测与准确评价桥梁安全性的前提,而目前对车辆荷载作用下不同损伤开裂混凝土梁桥断裂力学特征的研究成果还很不充分。基于断裂力学理论,以钢筋混凝土简支空心板为研究对象,采用有限元数值模拟方法,对车辆荷载作用下损伤开裂混凝土简支空心板的断裂力学特征进行了研究。基于裂缝穿过空心板底部受力筋的层数确定开裂深度,通过对车辆荷载作用下8 m标准跨径混凝土空心板中部不同开裂深度的计算分析,得到了不同工况下空心板横截面上裂缝附近的J积分值均呈现由两侧向中间先增加后减小的规律,即裂缝附近J积分值的大小与空心板横截面的净高有关,净高越小,J积分值越大,净高越大,J积分值越小,且同一加载方式下,裂缝附近J积分值的大小与空心板横截面的净高有关;在相同加载方式下,裂缝附近的J积分值和裂缝开度随着裂缝深度的增加而呈几何加速度增加,各裂缝尖端的Von Mises应力则近似呈现线性增大;在相同裂缝深度时,加载荷载越大,裂缝附近的J积分值也越大,且J积分值在反映载荷变化时具有较高的敏感性。     

长期荷载作用下混凝土徐变对连续刚构桥变形的影响分析

混凝土的徐变是引起连续刚构桥长期下挠的重要原因。文中以一座连续刚构桥为例,分析了长期荷载作用下混凝土徐变对连续刚构桥变形的影响规律,并对混凝土加载龄期,以及成桥交通开放时间等参数进行了探讨。分析结果表明,混凝土徐变对桥梁结构变形的影响是一个长期、逐渐累加的过程;如果混凝土加载龄期太小,将会导致桥梁结构长期变形显著增大;推迟成桥交通开放时间可明显减小桥梁结构的长期变形。     

预应力混凝土连续梁桥桥面爆炸损伤试验研究

为了研究桥面爆炸荷载作用下预应力混凝土连续T梁桥的抗爆性能,进行了2×8 m两跨预应力混凝土连续T梁桥模型的野外爆炸试验,并结合数值模拟的方法,研究了不同爆心位置和桥面爆炸荷载作用下预应力混凝土连续T梁桥的动力响应、破坏模式及损伤程度。研究结果表明：跨中桥面上方发生爆炸时,预应力混凝土连续T梁桥桥面破坏形态均表现为桥面板混凝土破碎开洞、T梁腹板和梁底混凝土崩落,属局部冲切破坏;中墩墩顶上方发生爆炸时,预应力混凝土连续T梁桥桥面未发生严重毁伤,邻近中支点的横隔板出现由顶部爆心轴线处向横隔板底放射形扩散的裂缝。相同药量和爆心高度下,桥面中梁跨中爆炸时中梁底加速度峰值最大,桥面边梁跨中爆炸时中梁底加速度峰值最小;提升混凝土强度、箍筋加密布置、施加预应力和增大宽跨比等能一定程度地提高主梁的抗爆性能;研究成果可供梁桥的抗爆防护设计参考。     

预应力混凝土连续梁桥桥面爆炸荷载模型试验

预应力混凝土连续梁桥是中国公路工程中应用最广泛的桥型之一,尚未经过抗爆防护设计,一旦发生爆炸荷载作用,有可能造成重大的人员伤亡和财产损失。进行了2×8 m两跨预应力混凝土连续T梁桥模型的野外爆炸试验,结合数值模拟的方法,研究了爆炸冲击波与预应力混凝土连续T梁桥的相互作用,分析了爆炸荷载(冲击波超压、冲量)在桥面的分布特点。结果表明：桥面上方爆炸超压和冲量沿纵(横)桥向呈非线性分布,横桥向和纵桥向超压分布基本一致,横桥向桥面冲量相比纵桥向偏小；爆心高度不变的情况下,随着比例距离的减小,桥梁整体受到的爆炸荷载急剧上升；比例距离不变时,随着炸药当量的增大,爆心正下方位置超压峰值不变,但桥面其他位置的超压峰值都显著增大；建立了适用于桥面爆炸荷载模型的超压峰值公式,可供梁桥桥面抗爆设计参考。     

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析（双语出版）

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响，结合流固耦合理论，采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型，开展不同炸药条件，不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明：①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化，小当量炸药条件下，混凝土梁体表现为传统的受弯构件，随着炸药当量增加，梁体迎爆面出现压溃破坏，继续增大炸药当量，梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大，导致截面抗压能力减弱，梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断；②当中等炸药当量在梁上方爆炸时，按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右，反之，当其在梁体下方爆炸时，由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降；③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸，跨中爆炸时梁体受力最为不利，爆点位于支座处梁体上方时，由于支座的边界约束作用，梁体动力响应和损伤较小；④同等炸药当量条件下，爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变；⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显，有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。     

基于欧洲规范的装配式T梁结构计算分析

为促进我国桥梁建设企业熟悉欧洲规范,对在国外推广应用装配式T梁桥(常采用欧洲规范设计)提供指导,阐述欧洲规范桥梁结构设计中的材料强度指标、作用效应组合,结合某装配式T梁桥的上部结构设计实例,介绍基于欧洲规范进行承载能力和正常使用极限状态设计验算内容。分析表明:采用欧洲规范计算分析装配式T梁时,需根据规范确定各项材料的强度指标、车辆荷载模型以及作用效应组合各分项系数;欧洲规范中结构整体和局部分析采用的荷载一般包含双轴集中力系统和均布荷载,荷载取值中已计入冲击效应;在承载能力验算中,主要进行抗弯和抗剪强度验算;在正常使用极限状态设计验算中,除需进行挠度和裂缝验算外,还应对混凝土及钢筋应力进行验算。     

FWD荷载作用下刚性路面弯沉的动力响应分析

对于Kelvin地基上的混凝土板,利用有限元软件ANSYS,建立了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下刚性路面的瞬态动力分析模型.通过改变地基阻尼系数和混凝土面板材料阻尼系数,研究路表弯沉的动力响应特征.探计了在不同的荷载频率作用下,路面弯沉峰值的变化规律,得出了刚性路面结构的临界频率.结果表明,阻尼系数越大,弯沉的峰值越小,而且路面阻尼较路基阻尼对弯沉峰值延迟效应更为明显;当加载频率高于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐减小;当加载频率低于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐增大,最后趋近于静力荷载作用下的弯沉值.     

三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

爆炸荷载下CFRP加固桥墩的动力响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对钢筋混凝土桥墩进行爆炸模拟分析,分析3种CFRP(碳纤维增强复合材料)加固方式下桥墩的抗爆性能。模拟结果表明,CFRP加固能显著减小桥墩在爆炸荷载作用下的侧向位移,有效提高桥墩的整体承载能力和抵抗局部破坏的能力,是一种高效的抗爆加固技术;加固模式M(以仅桥墩端部包裹0.8 m CFRP)21.7%的材料用量实现了与加固模式W(全墩高包裹CFRP)基本相同的加固效果;由于CFRP条带的剥落及条带间混凝土的局部破坏,不推荐加固模式E(全墩高条带包裹CFRP)对桥墩进行抗爆加固。     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

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。     

客运专线大跨度PC连续箱梁桥收缩徐变研究

预应力混凝土连续箱梁桥的结构形式因其具有结构变形小、整体受力性能好等优点而被广泛应用,但是在桥梁运营阶段,梁体会因桥梁设计及施工过程中考虑收缩徐变不足而产生裂缝和不同程度的下挠现象。为了考虑混凝土收缩徐变对结构性能的影响规律,该文以青弋江客运专线预应力混凝土单箱三室连续梁桥为背景,通过有限元分析软件Midas/Civil对收缩徐变引起的主梁挠度、内力、钢束预应力损失进行对比分析。结果表明:混凝土收缩徐变引起主梁挠度增大,对中跨跨中附近影响尤其显著,考虑收缩徐变影响后主梁挠度变化曲线与实测值吻合度较好;混凝土收缩徐变导致主梁内力重分布,在成桥后前3年影响速率较大,以后逐渐趋于稳定;混凝土收缩徐变引起的钢束预应力损失,在跨中附近影响程度较大,在桥墩处影响程度较小;收缩徐变效应在成桥3年时已完成绝大部分。     

高温差对悬臂施工预应力混凝土连续梁成桥变形及应力影响研究

由于预应力混凝土连续梁桥的超静定特性,加上其横截面积的不断增大,各种温度作用对施工和运营过程中桥梁结构的影响也越来越大,不少结构混凝土的开裂就是温度效应引起的。因此,研究高温差地区预应力混凝土连续梁桥的温度效应是十分必要的。现以一座典型的四跨预应力混凝土连续梁桥为背景,分析其施工过程中悬臂结构在高温差地区日照温度荷载下的变形和应力响应。通过上述分析研究,为今后该类桥梁施工提供相关的参数或经验。     

基于荷载试验的斜拉桥加固结构承载能力评估

利用荷载试验方法对某协作体系混凝土斜拉桥箱梁局部腹板加固后的结构承载能力进行评估。首先,建立加固部位局部有限元模型;基于荷载试验应变数据,评估加固部位的损伤程度,通过截面折减模拟损伤影响,建立考虑局部损伤后的整体单主梁模型;最后,结合试验数据及理论对比分析,评估加固后局部和整体结构的工作性能。试验与理论分析表明,为考虑损伤影响,加固部位原A型腹板厚度应乘以折减系数0.7。加固后,桥梁各控制截面强度和结构总体刚度均满足规范要求,桥梁承载能力满足正常使用荷载的通行要求。     

复杂环境下连续弯钢箱梁耐火性能提升方法

交通类火灾严重威胁钢结构桥梁的耐久性和安全性。为提升复杂环境(开放火灾和弯桥荷载)下连续弯钢箱梁的耐火性能,增强钢结构桥梁的安全服役寿命,选取大型立交桥枢纽工程中两跨连续弯钢箱梁为研究对象,通过建立耐火试验验证的钢箱梁与混凝土刚性基层协同工作的数值预测模型,深入揭示开放环境碳氢火灾下传热模式和结构特征耦合的箱梁力学行为演化规律。研究了局部环境火灾作用下结构的高温响应与失效模式,分析了复杂荷载状况、弯曲半径与支座布置方式对连续弯钢箱梁火灾响应行为的影响,提出了复杂环境下连续弯钢箱梁的耐火性能提升方法。研究结果表明:连续弯钢箱梁在火灾下的内外侧挠度差值不断增大,主梁内外侧支座反力的变化呈相反趋势,并且在受火初期支座反力变化程度剧烈;受火区域边缘靠近中支点的底板与腹板严重屈曲从而先形成塑性铰,然后在受火跨跨中形成塑性铰,随即整跨结构发生突然性垮塌;荷载水平的增大会显著缩短其耐火极限,受火前期及时撤离桥上的车辆荷载能够有效地延缓变形发展并且避免结构的突然性垮塌;曲率半径小于200 m会显著加剧连续弯钢箱梁高温下的弯扭耦合效应,增大主梁内外侧挠度差值与内外侧支座反力变化幅度,削弱火灾下结构的整体稳定性能;在钢结构桥梁抗火设计时中支点应设置抗扭支座,常温下支座的布置方式对火灾下连续弯钢箱梁的支座受力状况改善甚微,应在支座与梁端附近增设外部限位装置以防止结构变形过大。研究结论可为提升复杂环境下钢结构桥梁抵抗火灾的能力以及增强安全服役寿命提供设计依据。     

预应力混凝土连续箱梁桥破坏性试验研究

以沪宁高速公路新兴塘大桥主桥为例,介绍了预应力混凝土连续箱梁桥破坏性试验的方法,对加载方式、测试方法、试验现象和试验终止条件等进行了详细描述。考虑混凝土和钢筋的非线性行为以及预应力效应,建立了桥梁结构的整体三维非线性实体有限元模型,根据试验实际加载过程对桥梁试验进行了仿真计算。通过对试验测试结果和计算结果的分析,获取了试验桥梁的变形、应力和裂缝的发展规律,研究了桥梁的受力特性、破坏机理和承载能力等情况。研究结果表明,试验桥梁具有良好的刚度和强度,其破坏过程符合传统认识和设计假定,承载能力具有较大的安全储备,能够满足安全与使用要求。试验研究的结论可为预应力混凝土连续箱梁桥的试验、设计与维护提供参考。