考虑热湿度及压应力作用的混凝土氯离子扩散数值分析

如何预测氯离子在热湿度及压应力作用下的侵蚀过程是混凝土结构工程师面临的严峻挑战.利用系数形式偏微分方程建立了考虑环境变量、应力水平耦合的氯离子模型控制方程,控制方程中所涉及的参数均有参考的依据.为能再现混凝土结构在热湿度及压应力条件下的真实情况,通过有限元软件构建了二维混凝土骨料模型,并将模型控制方程与骨料模型结合起来...     

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能,基于试验研究结果,对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析.首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型;然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能;其次分析了装配式柱变形形态及受力机理;最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法.研究结果表明:与现浇式柱相比,装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能,钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强,轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%;增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效,提高幅度达59.15%,增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小,减小幅度为2.91%;钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大,钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大,在钢套管装配处也较大;所提装配式柱轴压承载力公式计算值(Nuc)与有限元值(Nuf)、试验值(Nut)的比值均值分别为0.964、1.014,方差分别为0.003 5、0.002 9.     

钢桥面板顶板与纵肋连接焊根位置疲劳损伤特征

针对闭口肋正交异性钢桥面板顶板焊根处疲劳裂纹处于纵肋内部, 不易发现与危害大等问题, 根据所处位置的不同, 将顶板焊根疲劳细节分为横隔板节间内(RD细节) 和跨横隔板截面(RDF细节) 2种类型, 采用有限元方法分析了2种细节的应力影响面, 考虑了轮迹横向概率分布、多轴轮载作用以及铺装与桥面板相互作用等影响, 研究了2种细节的疲劳损伤特征。分析结果表明: 当轮载作用于目标细节正上方时为最不利状态, 纵桥向轮载中心移至目标细节前后0.6m范围内应力较大, 横桥向2种细节的轮载影响均在1.0m范围内; 考虑轮迹横向分布影响, 简化计算时, RD、RDF细节的等效应力幅横向折减系数可以分别取0.92、0.96;在双、三联轴作用下, RD细节的损伤度分别是单轴荷载的2.10、3.21倍, 若近似采用单轴叠加, 所得损伤度可能偏于不安全, 建议寿命评估时考虑车辆类型影响; 计入铺装与桥面板相互作用后, 细节处应力幅明显降低, 顶板厚度为12mm的铺装模型焊根处应力幅几乎与16mm厚的钢桥面板相当, 且降低程度随铺装弹性模量的增大而增大; 对于45°扩散角简化铺装扩散模型, 当顶板厚度不小于16mm时, 其应力幅小于同时考虑铺装扩散作用与铺装刚度贡献的实体模型, 且差值随顶板厚度的增加而增大, 简化时需要考虑其适用范围, 否则会偏于不安全; 当顶板厚度为18mm且考虑铺装作用时, 2种细节疲劳寿命满足设计使用寿命要求, RDF细节疲劳寿命约为RD细节的67%, 较为不利。      

高速公路软土地基硬壳层作用效应研究

天然双层软土地基上的硬壳层具有应力扩散、反压护道、沉降滞后和封闭作用等特征。对于在硬壳层软土地基上修建的路堤,经硬壳层应力扩散后,施加到软土层顶面的附加应力可望小于软土的强度,从而可直接在硬壳层上修建路堤,而不必对软土地基进行处理。基于有限元数值分析,研究了硬壳层刚度、路堤高度以及软基厚度对硬壳层软土地基变形特征和硬壳层应力扩散效果的影响。结果表明硬壳层的应力扩散性能随路基荷载的增加而减小,随其下软土地基厚度的增加而提高,并且硬壳层的刚度越大,其应力扩散性能越明显。基于考虑硬壳层的应力扩散、反压护道等作用,在不破坏硬壳层基础上,当路基高度与硬壳层的比值不大于1．5时,可不作处理或采用冲击压实、砂垫层＋土工格栅等浅层处理措施。结合工程实际,验证了该结论的有效性,为类似工程的设计与施工提供参考。．     

饱和状态下开裂混凝土中氯离子扩散简化分析

提出了饱和状态下开裂混凝土内氯离子扩散的简化计算方法．根据已有试验结果,将裂缝处的氯离子扩散分为3种情况：①当裂缝宽度小于0．03mm时,裂缝对氯离子扩散没有影响;②当裂缝宽度大于0．1mm时,氯离子不仅沿混凝土暴露表面向内扩散,还将沿垂直于裂缝面的方向扩散,两者扩散的表面氯离子的质量分数相同;③当裂缝宽度介于0．03和0．1mm之间时,扩散情形与②相似,只是两者的表面氯离子的质量分数不同,裂缝面的表面氯离子的质量分数要小于暴露表面的氯离子的质量分数．计算结果表明,在一定宽度范围内,裂缝附近氯离子沿开裂方向和沿垂直于裂缝面方向的质量分数均随裂缝宽度增加而增大,其中短期扩散比长期扩散随裂缝宽度的变化更敏感,计算结果与已有试验结果吻合．     

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱体的轴压性能,对30根FRP布约束和3根无约束UHPC圆柱体进行了轴心抗压试验,分析了FRP种类、纤维布层数和约束形式对UHPC轴压性能的影响规律.根据试验结果,同时考虑约束刚度和纤维布极限应变的影响,通过回归得到了约束试件强度和极限应变预测公式,并对Lam-Teng模型中的截距进行了修正.研究结果表明:约束比和侧向约束刚度是影响约束试件强度和极限应变的主要因素;约束试件的应力-应变曲线由抛物线和直线段组成;改进后Lam-Teng模型的拟合优度均值为0.96,能更精确地预测约束试件的应力-应变关系.      

预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工技术研究

对于预应力混凝土连续梁桥而言,其结构体系在悬臂施工时需经历较多的变化,导致主梁受力及线形较为复杂,因此对预应力混凝土连续梁桥施工阶段的控制进行研究分析有着较大的意义。本文基于某预应力连续梁桥,通过有限元分析的方式,从应力和线形两方面对其进行分析,结果表明所取得的桥梁结构具有较好的安全性。     

混凝土冻融损伤双轴强度破坏准则

根据快冻法原理,对引气混凝土试件进行了0、100、200、300次的冻融循环试验,对试验后试件进行双轴压作用下的强度试验研究。根据试验结果,研究试件的表面裂缝特征和破坏形态,得到基于冻融循环次数和应力比的极限抗压强度和极限抗拉强度力学性能退化模型。在主应力空间,建立基于应力比影响和不同冻融循环次数的引气混凝土双轴破坏准则。此项研究成果,为冻融影响地区在双轴荷载作用下的引气混凝土结构的强度分析提供理论和试验依据。     

碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理及本构关系

为探究新型碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理,通过室内单轴压缩试验分析了不同纤维类型、不同纤维掺量、不同纤维长度对碱式硫酸镁混凝土的强度、弹性模量、峰值应力、峰值应变、压缩韧性指数的影响,进而得出纤维碱式硫酸镁混凝土的本构关系。试验结果表明：纤维碱式硫酸镁混凝土在受压破坏时,呈现明显的塑性破坏特征,长纤维能有效抑制主裂纹的产生,短纤维可以阻止微裂纹扩展,掺量为0.2%,长度12 mm的纤维时峰值应力和峰值应变提升效果最明显,峰值应变提高率为35.9%。在试验结果的基础上提出了关于纤维掺量和纤维长度因素的单轴压缩应力-应变全过程曲线方程,对拓展其在土木工程行业中的应用领域具有实际意义。     

混凝土早期应力计算方法的对比和研究

混凝土早期是结构开裂的危险期,需对其开裂风险加以控制。有限元计算是控制裂缝较为有效的一种方法,但是目前使用较为普遍的两种计算方法都存在一定的不足。提出了一种混凝土早期应力计算和风险评估的新方法:先进行水化热分析,再进行应力分析,最后进行数据处理。数据处理时采用迭加的方式,迭加时考虑应力松弛的影响。该种方法考虑了中间过程对混凝土最终应力的影响,结果更为准确、可靠。实例分析计算结果表明,考虑中间过程对最后的结果影响较大,因此在进行应力分析时有必要考虑中间过程的影响。     

土基模量对水泥混凝土路面轮载疲劳开裂损伤的影响

基于有限元软件KENSLABS,构建了水泥混凝土路面轮载损伤计算模型,引入地基季节调整系数与零养护疲劳准则,分析了土基模量整体削弱对路面疲劳开裂指数的影响,探讨了当量轴载系数与多轴通过一次的计算次数对土基模量的依赖性,研究了不同土基模量下板厚、水泥混凝土抗弯拉强度、单轴轴重、单轴每日重复作用次数等核心路面设计参数与路面开裂指数的关系。研究结果表明:水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着地基季节调整系数的减小而增大,增大速度随地基季节调整系数的减小而加快,当地基季节调整系数从1.0减小为0.8和从0.4减小为0.2时,在单轴、双轴和三轴荷载作用下,路面开裂指数分别增大了2.8、2.9、1.5倍和49.8、269.0、1 351.4倍;当量轴载系数与多轴通过一次的重复计算次数受到板厚与土基模量的影响,在土基模量为60 MPa,板厚为15cm或35cm时,单轴荷载比双轴荷载更易产生损伤,双轴荷载比三轴荷载更易产生损伤,在土基模量为20MPa,板厚为15cm时也是如此,但在土基模量为20MPa,板厚为35cm时,结论则与前相反;水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着面板厚度、水泥混凝土抗弯拉强度、单轴轴重、单轴每日重复作用次数而改变的幅度与土基模量直接相关,当土基模量为20、60 MPa时,面板厚度从21cm增加到25cm,疲劳开裂指数分别减小1.18×10、1.18×10~(-2),当混凝土抗弯拉强度从4.0 MPa增大到4.4 MPa,疲劳开裂指数分别减小1.28、2.20×10~(-3),当单轴轴重从80kN增大到160kN时,疲劳开裂指数分别增大5.48、7.36×10~(-3),当单轴荷载每日重复作用次数从50增加到90时,疲劳开裂指数分别增大2.05×10-1、5.07×10~(-4);增设厚度为15cm的水泥稳定基层后,设定工况下的路面疲劳开裂设计寿命增加3.42年;在提高土基模量的同时,宜优先考虑适当增加板厚,严禁超载,设置水泥稳定基层等措施,可以控制水泥混凝土路面受轮载作用的疲劳开裂破坏。     

SRPE套管约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型

为研究钢骨架聚乙烯塑料复合管(SRPE)约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型,将SRPE管对核心混凝土的约束作用等效为外包HDPE管和内嵌钢丝网骨架中纬线钢丝各自对核心混凝土约束作用的线性叠加,借鉴经典的Mander模型研究思路,计算出SRPE管对核心混凝土的有效侧向约束应力,通过修正模型中约束混凝土强度提高系数k值,提出SRPE套管混凝土极限压应力与应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。结果表明:模型计算结果与试验结果较为接近,表明本文所推导的本构关系模型具有一定精度。     

钢渣细骨料混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

为研究钢渣细骨料在混凝土中的适用性及钢渣细骨料混凝土的轴压本构模型,进行了钢渣细骨料的物理化学性能试验,并对钢渣细骨料的稳定性进行测试分析;在此基础上,制备了6组不同钢渣细骨料掺量的钢渣混凝土立方体及棱柱体试件,研究了钢渣细骨料混凝土的单轴受压性能.研究结果表明：本文选用钢渣的游离氧化钙含量、压蒸粉化率均满足相关规范要求,适用于混凝土细骨料;钢渣细骨料混凝土破坏的脆性特征更加明显,比普通混凝土的抗压强度有明显提高;钢渣混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值为0.80～0.86;可依据Carreira and Chu模型及Wee模型对钢渣混凝土本构关系进行分段描述,分段式本构模型与实测钢渣细骨料混凝土的应力-应变曲线基本吻合.     

路基回弹模量对刚性路面疲劳寿命的影响分析

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立水泥混凝土路面结构体系三维有限元模型,针对2种路面结构形式和2种轴重的轴载作用,计算不同路基回弹模量下的路面结构响应,结合水泥混凝土疲劳方程,分析路基回弹模量对路面结构疲劳寿命的影响.结果表明,随着路基模量的增加,板底应力水平及变化率近似呈线性水平降低,而路面疲劳寿命与疲劳寿命折减率则呈现出较为明显的非线性变化,应力水平变化不大的条件将使得路面结构疲劳寿命产生显著影响;提高路基回弹模量在较高区间(40～60 kPa)将更加显著增大路面疲劳寿命,另外,增大轴载会使路面结构疲劳寿命显著降低.     

基于修正巴兰金理论的结构拓扑优化方法

为了探索具有工程实用性的结构优化新方法,应用渐进结构优化方法(ESO)对结构进行基于应力的拓扑优化.通过对巴兰金强度理论的修正,用单轴拉压极限应力比和单元主应力衡量单元应力水平,建立了一种基于修正巴兰金理论的渐进结构优化方法.算例表明,该方法可用于二维和三维结构的拓扑优化.     

格宾结构在采动区铁路桥路堤中的应用研究

为向矿区铁路应用提供参考,分别采用普通石子和煤矸石作为路堤填料,对格宾结构单体进行了单轴压缩试验研究,得到了其力学行为和单轴受压的应力-应变关系.试验结果表明:在不同颗粒级配情况下,格宾结构单体单轴受压的应力-应变特征和力学行为规律不明显;石子作为填料的格宾结构单体的抗压强度远远大于煤矸石作为填料的格宾结构单体的抗压强度.理论计算结果表明,石子作为填料的格宾结构的承载力完全满足路堤承载力的要求.     

初应力对钢管混凝土哑铃形长柱受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土哑铃形轴压长柱试件的试验研究．在试验研究的基础上,进行了以长细比、偏心率和初应力度为参数的有限元分析,探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法．分析结果表明,有初应力的钢管混凝土哑铃形柱的受力性能与有初应力的单圆管的相似．初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载及切线刚度降低．初应力对极限承载力影响不大,但随着长细比的增大而增加,长细比较小时对其可忽略不计．最后,给出了考虑初应力影响的钢管混凝土哑铃形构件极限承载力的实用计算方法．     

三轴试验中混凝土的极限状态现象

设试验用的100mm×100mm×100mm的立方体混凝土试块是各向同性的，当只施加应力球量时，试块只有应变球量产生，无应变偏量出现．试块的单轴强度为23．8MPa．约定应力和应变拉为负，压为正．     

基于应力场强法的钢桥节点板双轴疲劳强度预测

为对桥梁结构中一些特殊构造细节进行双轴或多轴疲劳强度评估,运用应力场强法,建立了钢桥构件场径求解模型.结合铁路钢桥规范,提出了有效场径概念,建立了应力场强法计算钢桥构件双轴疲劳强度的分析模型,并以钢桥节点板为例进行模拟验证.用分析模型预测了钢桥节点板在双轴受力情况下的疲劳强度,得到了双向荷载之间的定量关系.研究结果表明...