带肋方钢管混凝土柱偏心受压试验研究

以长细比和偏心率为主要变化参数,设计了6根带肋和6根无肋方钢管混凝土试件,对其进行了偏心受压的试验研究。试验结果表明,所有试件都最终由于失稳而破坏;试件长细比和偏心率越大,其刚度和极限荷载越小,偏心率对极限荷载的影响更为显著;试件偏心率越大,后期延性越好;加载初期试件中截面变形符合平截面假设;设置加劲肋能有效延缓管壁局部屈曲的发展,能提高试件的极限荷载和后期延性。     

满堂支架稳定性分析中的非线性因素研究

为了准确评估满堂支架的稳定承载能力,研究稳定分析中几何、材料和连接3种非线性因素对满堂支架的影响,以一跨径23.5 m的铁路简支梁现浇用碗扣式满堂支架为研究对象,采用有限元法进行全过程稳定分析。通过对比分析支架的荷载-位移曲线,得到不同非线性因素下支架的极限承载力。研究结果表明:当以刚性模型线性屈曲分析为对比工况时,连接非线性对支架稳定性的影响最为显著,其极限荷载差值约为127.5%;在支架稳定性分析中,几何非线性效应明显,极限荷载差值约为27.3%;当支架在塑性阶段发生失稳破坏时,材料非线性的影响不大,但也不可忽略。     

扁平钢箱梁横隔板非线性稳定分析

为研究施工阶段吊机集中荷载作用下斜拉桥扁平钢箱梁横隔板的稳定性,以主跨383 m的广州珠江黄埔大桥北汉独塔斜拉桥为背景,对扁平钢箱梁横隔板进行非线性稳定有限元分析及模型试验研究.运用有限元分析软件ANSYS建立梁段有限元数值仿真模型,计算设计荷载作用下梁段应力分布,得到吊机荷载作用时横隔板的弹性屈曲系数为5.2.引入初弯曲缺陷并考虑几何和材料非线性,计算得到吊机荷载作用下扁平钢箱梁横隔板非线性稳定系数为2.2.采用1:2.5缩尺比例,对扁平钢箱梁梁段进行模型试验研究,得到设计荷载作用下梁段测点应力及变形.通过梁段模型的极限承载力试验,得到吊机荷载作用时横隔板的非线性屈曲系数为1.6.研究结果表明,广州珠江黄埔大桥北汉斜拉桥扁平钢箱梁横隔板设计合理,吊装过程中其稳定性能满足设计要求.     

内填外包钢管混凝土小偏心受压构件极限承载力分析

以大瑞铁路澜沧江特大桥主跨342 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥为背景,选取拱顶截面构造直杆短柱构件.依据弹塑性力学原理,考虑材料非线性,建立内填外包钢管混凝土小偏心受压短柱构件的截面极限承载力数值迭代算法.运用该算法和ANSYS块体单元有限元法分析构件极限承载力.结果表明:内填外包钢管混凝土偏心受压构件的承载力由外包混凝土控制,内填混凝土的强度虽有一定的提高,但纯钢管混凝土的套箍效应未充分发挥;荷载不变时,构件极限承载力随偏心距增加(保持小偏心受压不变)呈下降趋势,但该结构抗弯矩变化的能力较强;桥拱顶截面极限荷载系数在3.0以上,远高于规范要求的2.0安全系数要求,表明该桥拱顶截面具有足够的安全性;两种算法的误差小于6％,截面极限承载力数值迭代算法的结果略小,但完全能满足工程精度要求,因此,工程应用中完全可以采用截面承载力分析法计算该类构件的承载力.     

基于碰撞仿真的地铁车辆不锈钢点焊车体前端结构优化设计

应用碰撞仿真软件PAN-CRASH对地铁车辆不锈钢点焊头车车体进行大变形碰撞仿真,并通过研究车体端部吸能结构中压溃管的材料性能、管壁厚、变形及结构形状等几大因素对其吸能特性的影响。提出了压溃管的最终实际优化方案,为吸能部件的再生产和研发提供必要的理论依据。     

方钢管混凝土界面黏结强度试验研究

通过9根方钢管混凝土短柱的推出试验,研究了宽厚比、水灰比等参数对方钢管混凝土界面黏结强度的影响.绘制了各试件的荷载—滑移曲线,并对不同受力阶段的构件内部变化特征进行了分析,探讨了钢管应变和黏结应力的分布规律.研究结果表明:钢管宽厚比越大,钢管混凝土界面黏结强度越小;极限黏结强度随钢管壁厚的增加而明显增大;核心混凝土水灰比越大,界面黏结强度越小;随着外荷载的不断增加,钢管加载端的应力和应变始终最大且增长迅速.     

不锈钢钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

通过3根不锈钢钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的拟静力试验,研究不锈钢钢筋混凝土梁的抗震性能。结果表明:试验梁在荷载作用下均经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和强度退化阶段;与普通钢筋混凝土梁相比,不锈钢钢筋混凝土梁的屈服位移、极限位移和位移延性系数均有明显增大,延性性能得到改善,强度和刚度退化较为平缓,滞回曲线较为饱满,滞回环面积加大,其总耗能是普通钢筋混凝土梁的2.36～4.25倍,其能量耗散系数是普通钢筋混凝土梁的1.12～2.63倍,表现出良好的抗震性能。随着配箍率的增加,不锈钢钢筋混凝土梁试件的极限承载力、屈服强度、延性、耗能能力逐渐增大,刚度退化减缓。随着混凝土强度的提高,试验梁的承载能力、屈服强度、刚度和总耗能明显提高,但位移延性系数有所降低。     

加劲钢板-混凝土组合悬臂板塑性阶段荷载分布宽度分析

塑性阶段的荷载分布宽度不同于弹性阶段,但在设计中普遍仅采用弹性阶段的荷载分布宽度。针对一种新型的组合板——加劲钢板-混凝土组合板,进行了足尺模型试验研究。利用非线性有限元方法,分析了组合悬臂板在弹性和塑性受力阶段的荷载分布宽度,并将结果与我国现行公路桥梁设计规范计算公式进行了比较。结果表明:在塑性极限状态,试验分析得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了44%,数值计算得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了61%。     

考虑荷载间歇的粉土填料变形行为及临界弹性应变分析

路基受到的动荷载由列车通过时的连续性周期荷载与列车未通过的荷载间歇组成,大多数对路基填料变形特性的研究中忽略了荷载间歇的存在,无法正确认识列车荷载对路基的作用特征。为了对间歇性循环荷载作用下的重载铁路路基粉土填料变形特性进行研究,开展不同动应力、含水率及围压条件下连续性循环荷载和间歇性循环荷载的动三轴对比试验,探讨荷载间歇对粉土填料累积塑性应变及弹性应变的影响,分析间歇加载下粉土填料的弹性应变变化规律。试验结果表明,荷载间歇显著影响粉土填料的累积塑性应变大小和变形行为;间歇阶段的存在使得粉土填料抵抗弹性变形和破坏的能力得到提升;间歇加载下粉土填料的弹性应变随动应力幅值和含水率的增加而增大,随围压的增大而减小。通过对间歇加载下试样的不同变形行为类型进行分析,得到不同安定状态下的临界弹性应变的取值,试样为最优含水率、天然含水量及饱和含水率时,安定极限弹性应变分别为0.14%,0.11%及0.09%,蠕变极限弹性应变分别为0.30%,0.17%及0.13%。研究结果拓展了安定理论的适用性,为认识和评价重载铁路路基的变形行为提供参考。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。     

CFRP片材约束混凝土短柱徐变性能及极限承载力试验

通过不同形式轴压短柱试件727 d徐变及极限承载力试验,研究长期持续荷载下徐变对CFRP约束混凝土柱极限承载力的影响。研究结果表明:CFRP约束混凝土柱的徐变发展趋势与素混凝土柱及钢筋混凝土柱基本相同;其徐变系数明显小于素混凝土柱,且混凝土强度等级愈低,徐变系数减小愈显著,而轴压比对徐变系数的影响较小,CFRP约束圆柱体的极限应变较CFRP约束棱柱体的极限应变大;长期荷载作用引起CFRP约束柱轴心受压极限变形降低4.5%~4.8%,引起无约束柱轴心受压柱极限变形降低23.2%~35.2%;CFRP能显著提高约束混凝土的极限承载力,且CFRP约束钢筋混凝土柱承载力的提高较CFRP约束素混凝土柱要小。     

T型管板结点极限承载力分析

采用通用有限元程序ANSYS对T型管板节点进行了非线性有限元计算。基于相关流动法则、VonMises屈服条件和更新的Lagrange构形虚位移原理,对影响T型管板节点极限承载力的4个几何参数,即主管直径、主管壁厚、连接板厚度、连接板长度进行了深入分析。通过归纳、总结了该类结点的3种主要破坏模式:节点板屈服破坏模式、主管壁屈服破坏模式、支管局部屈曲破坏模式。     

悬臂施工阶段大跨径刚构桥稳定性的参数分析

针对悬臂施工阶段中大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性问题,依据弹性屈曲理论、挠度理论、弹塑性理论和压溃理论,计算和分析几何非线性、材料非线性、初始几何缺陷以及混凝土材料的压碎、开裂、骨料咬合效应等因素的影响;研究墩身偏斜度、施工荷载形式以及桥墩系梁刚度等参数对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥稳定性的影响效应。分析和研究结果表明:混凝土材料的力学特性对大跨径预应力混凝土刚构桥在悬臂施工阶段中的稳定性有明显的影响;结构稳定系数随墩顶初始横向偏位的增加而呈分段二次曲线规律减小;桥墩系梁刚度与结构稳定系数的关系遵循指数曲线规律;非对称形式的施工荷载对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性更为不利。     

地铁盾构隧道内径扩增对结构抗变形能力影响研究

隧道内径扩增是盾构隧道工程的发展趋势,而内径扩增后的管片抗变形能力仍值得探讨。基于南京地铁9号线工程,通过几何相似比为1∶10的模型试验,研究内径由5.5 m扩增至5.8 m对隧道结构抗变形能力影响,并提出内径扩增后的管片厚度优化建议。结果表明,正常加载阶段内,管片的收敛变形、应变和拱顶弯矩近似线性变化且增速较低,而在超载阶段内则均表现为非线性迅速增加;管片内径增大导致其整体变形、局部应变和弯矩均增大,且在超载阶段内尤为明显,使管片处于偏不利的受力状态,深埋条件下管片内径由5.5 m扩增至5.8 m导致其水平、竖向收敛值均增大了14.94%;增大管片厚度可有效控制收敛,尽管导致结构弯矩和偏心距增大,但最大结构拉应变/应力下降,在控制变形方面有较好的效果,也使管片整体处于更安全的受力状态。     

台风区钢管格构支架稳定性和优化设计分析

以台风区的平潭海峡大练岛特大桥新建工程中现浇公路桥的钢管格构支架体系为研究背景,对钢管格构支架稳定性进行分析,通过Midas Civil软件建立钢管格构支架体系空间有限元模型,从不同的肢数、节段长度、高度等参数进行分析,并对四肢格构支架进行均匀流风场作用下的风洞试验。计算结果表明:当钢管结构的壁厚与直径比δ/d一定时,支架结构的临界屈曲荷载系数随着钢管直径的增大而增大,整体呈指数上升趋势;六肢与四肢钢管格构支架临界荷载系数相差不大,四肢钢管格构支架是最经济支架结构;当支架总高度小于70 m时,钢管格构支架结构基本能满足结构稳定性要求;支架钢管立柱横向间距在5~7 m时,其稳定性呈现较快的上升趋势,横向间距为7 m左右时,支架稳定性最好。风洞试验结果能反映四肢格构支架的实际受力特性,并指导四肢格构支架现场实际施工。该分析可为类似钢管格构施工支架的设计提供参考。     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土梁抗剪性能

为了解决沿海城市和岛礁建设中河砂淡水资源短缺、建筑材料运输成本高以及钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用以及深入研究纤维复材筋增强构件的工作性能,开展玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土(BFRP-SSC)梁的抗剪性能研究。采用三点弯曲试验,通过对梁的破坏形式、荷载-挠度关系和抗剪承载力展开讨论,研究剪跨比(剪跨为400,500和600 mm)、养护环境(自然环境和海水浸泡环境)和混凝土碱度(普通SSC和低碱SSC)对梁抗剪性能的影响,并通过拟合试验数据修正了规范的抗剪承载力公式。研究结果表明：剪跨比对BFRP-SSC梁抗剪承载力有显著影响,剪跨比越小的试件其破坏程度越严重;随着剪跨比的增大,BFRP-SSC梁的开裂荷载、极限荷载逐渐减小,极限挠度逐渐增大。在55℃人工海水环境中浸泡60 d后,普通SSC试件的裂缝减少,抗剪承载力下降了33.13%,BFRP箍筋纤维-树脂界面分离;低碱SSC试件的抗剪承载力提高了21.65%,其BFRP箍筋几乎没有降解行为。由于FRP筋混凝土现有设计规范没有考虑剪跨比的影响,理论预测与试验结果相差60%以上;引入与剪跨比相关的参数修...     

稳泡剂对冶炼底灰泡沫轻质土力学性能的影响北大核心

以钢铁冶炼产生的底灰作为泡沫轻质土的主要原材料,分别单掺表面活性剂类稳泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(Sodium Alcohol Ether Sulphate,AES)和增稠类稳泡剂羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose,CMC),开展发泡倍率试验、泌水率和沉降距试验、无侧限抗压强度试验和扫描电子显微镜试验,分析了AES与CMC对泡沫稳定性能的改善效果,以及对冶炼底灰泡沫轻质土力学性能和孔隙结构的影响。结果表明:发泡剂的发泡倍率随AES掺量增加而增大,CMC对发泡倍率影响甚微;随稳泡剂掺量增加,泡沫的泌水率和沉降距总体上先减小后小幅增大,单掺时AES、CMC最优掺量分别为30%、10%;掺入CMC后,冶炼底灰泡沫轻质土内部孔隙结构恶化,力学性能衰减严重;掺入AES后冶炼底灰泡沫轻质土内部孔隙孔径更小更致密,AES掺量为30%时3、7、28 d无侧限抗压强度分别达到0.83、1.38、1.71 MPa,可用作冶炼底灰泡沫轻质土的稳泡剂。     

纤维掺量对水泥改良风积沙强度及孔径分布的影响

为了研究纤维掺量对水泥改良风积沙无侧限抗压强度和孔径分布的影响,进行聚丙烯纤维水泥改良风积沙的无侧限抗压强度试验和核磁共振试验。纤维掺量为0,6‰,8‰和10‰,水泥掺量为4%和5%,试样标准养护龄期为7 d。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙的T2谱曲线存在3个峰值,最可几孔径和孔隙率随着纤维掺量的增大而减小,纤维掺量大于8‰,结果则相反。适量纤维加筋水泥改良风积沙,可以减小水泥改良风积沙内部孔隙,小孔和中孔增多,大孔减少。未掺纤维的水泥改良风积沙的应力-应变曲线呈应变软化型,而纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线随着纤维掺量的增大逐渐趋向于应变硬化型。纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线大致分为孔隙压实、弹性变形、弹塑性变形和应力衰减等4个阶段。随着纤维掺量增大,应力-应变曲线整体右移,延性增强,无侧限抗压强度、峰值应变和能量吸收能力随着纤维掺量的增大而增大,超过最优纤维掺量8‰,规律则相反。水泥掺量4%,纤维掺量8‰的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度、峰值应变、能量吸收能力分别为水泥改良风积沙的1.31倍、2.04倍和1.37倍。纤维水泥改良风积沙的孔隙率与无侧限抗压强度呈幂函数关系。研...     

横隔板及几何特征对钢箱梁畸变效应的影响

研究目的:由于钢箱梁的顶、底板及腹板均较薄,在偏心荷载作用下,截面变形易引起畸变应力而导致局部屈曲和腹板压皱等现象。工程应用上,在梁内设置一定数量的横隔板来约束钢箱梁的畸变变形,以求减少钢箱梁畸变效应。此前已有少量文献就横隔板对钢箱梁的畸变效应进行过研究,但未对钢箱梁在不同的隔板数量、高跨比、宽高比下进行综合分析,使其成果具有一定的局限性。因此,本文在此基础上通过有限元软件就简支钢箱梁的畸变效应进一步分析,并提出了横隔板的数量及箱梁的几何特征参数对钢箱梁畸变效应的影响。研究结论:(1)当箱梁为窄箱梁,即宽高比约等于1.5时,箱梁跨中畸变翘曲最大正应力随横隔板数量增多而增大,此时跨内横隔板设3~5道为宜;(2)当箱梁为宽箱梁,即宽高比约等于4.5时,箱梁跨中畸变翘曲最大正应力随横隔板数量增多而减小,此时跨内横隔板的设置9道为宜;(3)计算结果对同类桥梁的设计具有参考价值。     

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...