工作荷载和高地温环境下锚杆极限拉拔力试验研究

针对复杂工程环境中高地温导致锚杆支护结构锚固性能劣化和结构损伤的现象,研究工作荷载和高温同时作用下对其极限拉拔力的影响。基于力学相似原理设计并制作了3组共9个锚杆试件,通过室内逐级加载拉拔试验,得到试件在不同工作荷载和养护温度作用下,锚杆的极限拉拔力变化规律。研究结果表明:工作荷载越大养护温度越高的试件其裂缝数量最多且宽度最宽;所有锚杆试件的荷载-位移曲线大致相同并且都存在弹性、屈服、塑性强化和拔出破坏4个阶段,曲线呈现三折线特征;当试件的工作荷载一定时,试件的极限拉拔力随养护温度的升高呈现先增高后降低的规律;当试件的养护温度一定时,试件的极限拉拔力随工作荷载的增大而减小。     

装配式栓钉剪力连接件抗剪承载力试验研究

为探索装配式栓钉在荷载作用下的力学性能,设计了2个大比例尺的预制装配式栓钉剪力连接件,通过推出试验研究其破坏过程、荷载滑移曲线、抗剪性能和极限承载力。研究结果表明:当栓钉被剪断时,栓钉根部剪断位置处有颈缩现象且局部混凝土剥落,栓钉周边混凝土仅出现细小裂纹,没有明显贯穿式裂纹;由于桥道板板肋处混凝土受传力钢板的约束作用使得板肋处混凝土和钢结构间摩擦力增大,进而提高了装配式栓钉剪力连接件的抗剪承载能力;在考虑滑移沿试件高度不均匀分布系数对结构影响的基础上,推导了在考虑混凝土弹性模量、栓钉弹性模量、栓钉直径、栓钉数量等因素的装配式栓钉剪力连接件单钉极限承载力理论计算公式,且计算结果的安全富余度满足规范要求,与试验结果相比,误差在5%以内,吻合较好。     

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。     

桥梁矩形基础承载特性的深度与宽度效应研究

桥梁矩形基础承载特性的深度、宽度效应问题尚未完全解决,以均质砂土地基为例,对桥梁矩形基础沉降、极限承载力的深度与宽度效应开展了数值计算,研究了规范提供的经验修正公式计算结果的合理性,讨论了考虑沉降控制的容许承载力的合理确定方法。计算结果表明:在上部荷载不变的情况下,基础沉降随着基础相对埋深和基础宽度增加非线性减小;极限承载力随着基础相对埋深和基础宽度增加近似线性增加;地基土的破坏模式与基础埋深有关,埋深越小越趋向于出现整体破坏,埋深越大越趋向于出现局部破坏;当基础宽度和基础相对埋深较小时,极限承载力是基础承载能力的控制性因素,当基础宽度和基础相对埋深较大时,沉降是基础承载能力的控制性因素;当基础宽度和基础相对埋深较小时规范取值偏于保守,而当基础宽度和基础相对埋深较大时规范取值偏于危险。     

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。     

沉井基础竖向承载特性的离心模型试验研究

基于离心模型试验对饱和砂土地基中沉井基础在竖向荷载作用下的承载特性进行研究,初步掌握地基极限承载力随基础埋深和基础宽度变化的规律,并对试验结果进行对比分析,结果表明:(1)基础埋深不大于5 m时,荷载-沉降曲线为陡降型,有明显的拐点出现,可取拐点对应的荷载作为极限承载力;基础埋深不小于10 m时,荷载-沉降曲线为缓变型,未出现明显的拐点,建议取相对沉降量(基础的实测沉降量与基础宽度的比值)对应的荷载作为极限承载力。(2)在均质地基环境中,极限承载力随基础相对埋深的增加近似呈指数型曲线增长。(3)进一步推求沉井基础极限承载力随基础宽度和相对埋深变化的函数表达式,其成果可用于估算砂土地基中沉井基础的地基极限承载力。     

钢—混凝土组合梁开孔板连接件抗剪承载力计算研究

为研究开孔板连接件的受力性能,建立其抗剪承载力计算方法。设计制作6个推出试件,完成单调加载试验。试件的变化参数为开孔孔径、板厚和孔洞个数,并研究分析各试验参数对开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移特性、受剪承载力和刚度的影响,以及横向贯通钢筋应变随荷载变化规律。研究结果表明:开孔板连接件具有很好的延性;各个试件的破坏形态大致相同,破坏时钢梁与混凝土板出现明显相对滑移,钢梁上段与混凝土板分离,混凝土板发生劈裂破坏;孔洞直径和孔洞个数是影响开孔板连接件抗剪承载力和刚度的重要因素;通过对试件在受荷初期的荷载-滑移曲线分析,定义开孔板连接件的抗剪刚度。最后,分析对比国内外开孔板连接件抗剪承载力计算公式。基于49个模型试验提出了新的开孔板连接件抗剪承载力的计算公式,该式考虑因素全面,物理意义明确,与试验结果吻合良好。     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

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。     

基于极限平衡分析的圆形浅基础破碎岩体地基承载力理论解

根据基础及荷载的对称性,将破碎岩体地基的破坏模式确定为双侧剪切破坏,破坏区分为主动区、过渡区和被动区3个部分,根据极限平衡分析,采用静力平衡分析的方法,并考虑基础形状尺寸、埋深、地基黏聚力、重度等因素对地基承载力的影响,推导出圆形浅基础破碎岩体地基承载力的理论解。通过与BELL经典公式进行对比,证明了理论解的正确性和实用性。破碎岩体地基承载力的理论解理论推导清晰,结论公式简单,为圆形浅基础破碎岩体地基承载力的确定提供一种新途径。     

基于有限差分法的锚杆荷载传递非线性计算方法研究

为研究拉力型锚杆锚固段荷载传递非线性特性,假定剪应力与剪切位移呈双曲线非线性关系,推导锚杆锚固段荷载传递非线性微分方程,并采用有限差分法进行求解。根据某现场抗浮锚杆试验,确定计算参数,分析轴力沿锚杆的分布规律及影响锚杆荷载传递的因素,并将本文计算值与实测值进行对比。研究结果表明:锚杆轴力与剪应力沿锚固长度均呈非线性分布,轴力分布表现为一条凹递减曲线,而剪应力则集中分布于张拉端;锚固界面综合刚度系数K的取值对轴力与剪应力分布有着重要影响,剪应力与锚杆轴力均随K值增大而增大,而K值愈大,剪应力则愈集中地分布于锚杆张拉端;增大锚固体直径使剪应力分布更加均匀,并有效地提高锚杆的极限承载力。计算结果吻合良好,表明该计算方法切实可行。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

侧向压力作用下PBL剪力键的抗剪性能

为研究侧向压力对PBL(Perfobond Rib)剪力键受力全过程的影响机理,设计了4组PBL剪力键推出试验,采用螺杆施加侧向压力,进行全过程破坏加载试验,对试件的荷载-滑移曲线和破坏模式进行了分析。研究结果表明:PBL剪力键的抗剪刚度大,承载力高,剪力键延性好,达到极限承载力后剪力键承载能力降低,但不发生脆性破坏;侧向压力增强了混凝土板的整体性,试件破坏模式均为贯通钢筋剪断和底部混凝土压碎;侧向压力增强了PBL剪力键的抗剪承载力,增加幅度与侧向压力成正比;侧向压力以界面摩擦力的方式参与抗剪作用,钢混结合面的摩擦因数在试验全过程中保持稳定,测试值为0.78。     

下伏坎儿井暗渠对高速铁路路基稳定性影响

针对下伏坎儿井暗渠的高速铁路路基稳定性问题,采用有限元极限分析方法进行模拟研究.结果表明:路基荷载作用下下伏坎儿井暗渠路基的破坏模式主要有暗渠上部土体发生破坏和路基边坡发生滑动破坏2种,随着暗渠埋深和水平位置远离路基,破坏模式逐渐演变为路基边坡的自身破坏;暗渠临界深度分布曲线呈"W"形,且主要与暗渠位置、断面形状、断面...     

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明：组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接...     

平面内三向轴压作用下新型毂形节点有限元分析

采用ABAQUS软件建立了新型毂形节点有限元分析模型,毂形节点杆件位于同一平面内。对新型毂形节点进行非线性有限元分析,研究了节点板与杆件截面厚度比例对新型毂形节点破坏形态的影响及对节点承载力的影响,并分析了三向轴力与单向轴力两种荷载模式下节点极限承载力的区别。研究发现新型毂形节点在平面三向等轴力作用下与单向轴力作用下破坏形态一致,在平面三向等轴力作用下节点极限承载力略小;节点极限承载力随节点区壁厚增大而提高;当节点区平面尺寸较大时,可在毂内加肋以提高节点的极限承载力。     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

斜拉桥销铰连接锚固形式的初探

斜拉桥销铰连接锚固系统由斜拉桥锚头、销铰连接件、锚固耳板、夹板及高强螺栓组等组成,传力途径为斜拉索—销铰连接件—锚固耳板—钢箱梁腹板—钢箱梁,销铰连接件与斜拉索锚头间通过螺母承压传力,连接件与锚固耳板间通过销轴连接,锚固耳板与钢箱梁腹板通过高强螺栓组连接。锚固耳板与销轴间可转动,以适应活载及温度作用下的转动变位。锚固耳板与钢箱梁腹板间通过摩擦力将斜拉索力传至钢箱梁。舟山桃夭门大桥目前在国内首次采用这种连接方式。     

掺超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的力学性能试验研究

对掺超细粉煤灰的HPC Ⅲ型轨枕和普通C Ⅲ型轨枕的力学性能,如枕中和枕下截面的抗裂、极限承载力、轨枕端部局压和轨枕的疲劳性能进行了对比试验研究。试验表明,各种龄期HPC Ⅲ型轨枕与C Ⅲ型轨枕枕中和枕下的开裂荷载与极限承载力均比较接近,满足标准的要求。还对轨枕端部进行了非线性有限元分析,分析很好地验证了试验结果,分析与试验结果均表明,轨枕端头局压破坏为主拉劈裂破坏,试验实测的超细粉煤灰HPC Ⅲ型轨枕端部局压的极限承载力远大于锚固板设计最大张拉预应力,有较大的安全储备。HPC Ⅲ型轨枕的疲劳性能与C Ⅲ型轨枕的相近,HPC Ⅲ型轨枕的疲劳残余裂缝宽度略小于C Ⅲ型轨枕。