钢绞线腐蚀时变效应对预应力混凝土梁桥影响研究

基于混凝土碳化理论分析预应力筋腐蚀开始时间,提出预应力钢绞线腐蚀截面积退化时变模型。通过已有试验成果对比研究,提出由腐蚀电流密度和时间表达的腐蚀钢绞线力学性能退化时变模型,包括名义极限强度、极限延伸率、名义弹性模量时变模型;并推导建立由于钢绞线腐蚀引起的预应力损失时变模型。在此基础上,以预应力混凝土空心板桥为例,分析预应力钢绞线腐蚀后其梁体应力、抗弯承载力和可靠度等的经时变化。研究表明:预应力筋是预应力混凝土梁桥性能表现的重要参数,一旦发生腐蚀,其应力水平、抗弯承载力及可靠度将急剧下降,在短短几年内就可能危及桥梁的安全。     

BFRPC与预应力钢绞线黏结-滑移本构模型

预应力钢绞线与玄武岩纤维活性粉末混凝土BFRPC(Basalt Fiber Reactive Powder Concrete)之间的黏结性能，对预应力BFRPC桥梁结构的抗弯承载力、裂缝控制、刚度等性能具有显著影响。为了明晰预应力钢绞线与BFRPC之间的黏结-滑移失效过程，通过中心拉拔试验研究了钢绞线直径和黏结长度对预应力钢绞线与BFRPC之间黏结性能的影响。深入探讨了黏结应力-滑移曲线特征、黏结强度及影响因素；建立了BFRPC与预应力钢绞线的分段式双线型线性黏结应力-滑移本构关系模型；综合考虑钢绞线螺旋缠绕特征与旋转滑移失效模式，修正了预应力钢绞线与BFRPC的极限黏结强度计算模型。研究结果表明：对于相同直径的预应力钢绞线，黏结长度每增加100 mm,初始黏结应力下降15%～18%,极限黏结应力下降20%～23%;泊松效应会削弱混凝土和钢绞线之间的握裹力，使得黏结强度与钢绞线直径成反比；钢绞线与BFRPC的黏结-滑移本构关系模型可有效区分拉拔损伤的线性段和滑移段；建立的极限黏结强度修正模型精度良好，误差控制在理论计算控制线两侧±8%以内。     

基于可靠度理论的悬索桥预应力锚固系统时变计算方法研究

为定量评价悬索桥预应力锚固系统在长期腐蚀作用下的安全性,基于可靠度理论,利用既有试验成果,建立了腐蚀预应力钢绞线的极限强度、伸长率以及弹性模量的力学性能时变模型;分析了预应力锚固系统的失效模式,采用Monte-Carlo模拟方法建立了预应力锚固钢束的抗力时变模型;以某公路悬索桥为工程背景,基于MATLAB平台编制了随机车流程序,对桥梁有限元模型进行模拟加载,获得了活载效应分布模型;以承载能力极限状态为目标建立了预应力锚固系统的功能函数,构建了预应力锚固系统时变可靠度计算方法。以腐蚀电流密度为变量,分析了预应力锚固系统可靠度指标在不同腐蚀速率下的退化速度。研究表明:锚固系统的时变可靠性对预应力筋的腐蚀程度较为敏感,可靠度指标随预应力筋腐蚀率的增大而迅速降低;腐蚀电流密度的增加会导致腐蚀速率增大进而导致锚固系统可靠度指标降低,并且使得在服役的早期可靠度指标降低的速率增大;当腐蚀电流密度小于0.15μA/cm~2时,预应力锚固系统在设计基准期内能够满足目标可靠度指标,腐蚀电流密度增加将导致可靠服役的年限迅速缩短。     

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。     

锈蚀对Q550E高性能钢梁抗弯承载力影响的试验研究

为研究Q550E高性能钢结构锈蚀后的力学性能,制作7片锈蚀H形高性能钢梁,利用通电加速腐蚀的方法对钢梁进行锈蚀,通过抗弯性能试验,分析锈蚀对高性能钢梁的应变、挠度、承载力以及刚度退化等的影响。试验研究表明：锈蚀显著降低了高性能H形钢梁的承载力,锈蚀率每增加1%其屈服荷载与极限荷载大约减少11 kN;随着锈蚀率的增加,钢梁延性系数均呈下降趋势;钢梁的锈蚀降低了梁的实际屈服强度,使局部屈曲提前发生;试件在达到极限荷载前应变基本符合平截面假定,表明锈蚀基本上不改变高性能钢结构的应变分布;在弹性阶段的钢梁抗弯刚度将会发生退化,其退化速度与锈蚀率呈线性关系。     

锈蚀对钢筋强度影响试验研究

通过从实桥构件和电化学快速锈蚀构件中获得361根锈蚀钢筋样本,基于锈蚀钢筋拉伸试验,分别建立了HPB235和HRB335两种类型钢筋的质量锈蚀率、截面锈蚀率与屈服荷载、极限抗拉荷载、屈服强度及极限抗拉强度间的关系,对比了锈蚀率对不同类型钢筋屈服强度、极限抗拉强度、屈服荷载和极限抗拉荷载的影响;回归了快速锈蚀与自然锈蚀两种环境下钢筋质量锈蚀率与屈服荷载和极限抗拉荷载的关系,分析了两种环境对锈蚀钢筋力学性能影响的差异。研究表明:锈蚀对极限荷载、极限强度的影响分别大于屈服荷载、屈服强度;锈蚀对HRB335钢筋的影响比对HPB235钢筋的大;快速锈蚀条件下钢筋屈服荷载和极限荷载下降速度较自然锈蚀条件的快。     

腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究

为了评估预应力钢绞线腐蚀后的预应力混凝土梁桥工作性能,对除冰盐环境下先张法和后张法施工的预应力混凝土构件的抗弯承载能力计算方法进行研究。通过考虑多个影响因素,引入拉应力水平对钢绞线腐蚀速率影响系数kσ,建立先张法预应力混凝土结构的碳化深度预测公式;探讨后张法考虑腐蚀发生前混凝土保护层、波纹管及管内水泥浆结硬体对初始腐蚀的延迟影响;提出腐蚀预应力钢绞线的有效截面面积及腐蚀后预应力钢绞线强度计算公式,并在现行桥涵设计规范的基础上,建立预应力钢绞线腐蚀后的结构抗弯承载能力计算方法。最后,以郑州市航海路连接线跨南水北调总干渠的南水北调大桥辅线桥为例,对其在服役期内因筋体腐蚀引起的承载能力退化进行分析,验证该预测方法的可行性。     

腐蚀对高性能钢Q550E力学指标影响的试验研究

为深入研究腐蚀对高性能钢Q550E力学指标的影响,分为5组,共制作了30个钢材试件,目标质量锈蚀率分别为0,5%,10%,15%和20%,在实验室对钢材试件进行了不同程度的加速锈蚀试验,开展了拉伸试验以及使用FARO 3D激光扫描仪扫描锈蚀试件。建立了腐蚀影响下高性能钢Q550E的本构关系模型。对比分析了在相同锈蚀率下高性能钢Q550E和普通钢Q235B力学指标的退化程度。试验研究表明:(1)随着质量锈蚀率的增加,Q550E高性能钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、弹性模量逐渐下降,锈蚀过程中试件表面蚀坑深度增长明显,蚀坑呈椭球型和马鞍型,随着锈蚀率增加到20%,蚀坑逐渐增长为局部大蚀坑;(2)在腐蚀试件的应力-应变曲线中,随着腐蚀率增加,钢材的延性性能减小,逐渐由延性破坏转变为脆性破坏,屈服平台逐渐缩短甚至消失,得到了Q550E高性能钢材的屈服平台消失时的临界质量锈蚀率。(3)在锈蚀率变化相同时,高性能钢比普通钢有更强的抵抗腐蚀退化和变形的能力。     

材料模型参数设置对碰撞仿真结果的影响

有限元仿真在汽车耐撞性研究中发挥着越来越大的作用，而有限元模型中材料模型参数的设置精度对于仿真结果的可信度有着直接的影响，为了研究材料模型中的几个重要参数的设置偏差对于仿真结果的影响，以帽形梁碰撞刚性墙为例，研究了材料的弹性模量、屈服强度，应变率效应参数等材料模型参数的设置对于仿真得到的零件变形过程、零件吸能特性以及碰撞力学变化的影响，结果发现，弹性模量设置偏差对于仿真结果影响很小，而屈服强度与应变率效应参数的设置偏差对仿真结果影响很大，在碰撞仿真中应该保持其精度。     

衬砌压力隧洞的弹塑性应力解

基于全量理论将岩体单轴应变非线性软化本构模型推广,得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系,在此基础上对衬砌压力隧洞进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在衬砌和围岩范围内分别进行了讨论,指出边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

3D打印工程塑料力学特性分析

为了3D打印工程塑料被更合理地使用,通过试验了解3D打印工程塑料的特殊力学性能,并建立其力学模型。首先将3D打印工程塑料根据不同的方向与不同的纤维直径,利用3D打印设备打印出狗骨状试件,然后按照试验标准利用INSTRON 5966材料试验平台对其进行材料拉伸试验。发现其力学性能具有明显的各向异性,在纤维方向具有弹塑性的特点;垂直纤维方向有弹脆性的特点;在垂直纤维方向纤维直径越大则失效应变越大;在纤维方向时,纤维直径等于0.25 mm时屈服强度和极限载荷有着明显的提高,纤维直径等于0.3 mm时破坏位移/应变是最大的。并利用Mazars损伤模型描述了3D打印工程塑料的力学本构模型。最后分析了3D打印工程塑料的特殊力学特性对其使用的特殊要求与运用。     

实桥预应力孔道压浆调查和钢丝性能分析

在某后张法预应力混凝土桥梁拆除过程中,调查了该桥的预应力孔道压浆情况。对该桥预应力钢丝试样进行一系列试验,得到了钢丝的腐蚀情况,以及弹性模量和极限强度等重要力学指标。分析这些经过约10年使用年限的钢丝的力学性能变化情况,为研究和评估类似预应力混凝土结构的耐久性和承载能力提供了参考。     

新型弯起器研制及其对钢铰线力学性能影响Ⅰ:强度与延性

为了消除"折点"效应,改善折线配筋先张梁弯起器部位钢绞线的应力状态,选用优选半径R=600 mm为导向半径,采用导向构件与支撑心轴的组合构件代替原导向辊,设计并研制了构造简洁、拼装灵活的新型折线配筋先张梁弯起器。为了研究新型弯起器对钢绞线力学性能的改善作用,采用试验方法,研究了采用不同导向半径R及不同弯折角度θ时,弯起器对钢绞线极限强度、延性性能的影响规律,并深入分析了试验现象与影响规律的产生机理。试验结果表明:随着R的增大钢绞线强度与延性性能的折减效应呈对数曲线趋势减小,当R≥100 mm时,R与θ的变化对钢绞线力学性能的影响较小;说明弯起器导向半径R在满足结构尺寸与构造要求前提下应尽量取大值,受限时也不宜小于100 mm,从而验证了新型弯起器的科学性。     

均匀锈蚀钢梁的力学性能研究

为研究均匀锈蚀对Q345q C钢梁受力性能的影响,进行了加速腐蚀试件的拉伸试验和H型钢梁的承载力试验。试验结果表明当失重率大于15%时,试件的屈服强度和抗拉强度下降较为明显;均匀锈蚀对钢梁的失效模式的影响不大,但是会导致钢梁初始刚度、屈服荷载以及极限承载力的下降。     

海水侵蚀环境下混凝土力学性能劣化试验

以人工海水为侵蚀介质,采用加速腐蚀试验,对设计强度等级为C35的混凝土试件进行了0、10、20、30、40、50、60次干湿循环试验,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响.试验结果表明,混凝土随着干湿循环次数的增多,其表观质量和力学性能均呈现出不同程度的下降趋势.建立了混凝土随侵蚀循环次数变化的抗压强度折减模型、抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型,为进一步开展混凝土结构在侵蚀离子作用下的力学性能劣化机理与计算模型的研究提供了依据.     

基于SVM的刚构桥施工期标高控制可靠度研究

为求解PC刚构桥不同施工阶段的标高控制时变可靠度,以云南省怒江州兑房河特大桥为背景进行研究。选取混凝土容重和弹性模量、预应力钢绞线张拉控制应力和弹性模量4种随机因素,利用拉丁超立方抽样法产生随机样本;代入桥梁有限元模型,计算各组样本对应的目标变量;采用遗传算法寻找最优参数,建立该桥各施工阶段的标高控制SVM模型;结合蒙特卡洛法,求解施工期标高控制时变可靠度,并利用正交试验对可靠度灵敏度进行分析。结果表明:PC刚构桥施工期标高控制可靠度指标随悬臂自由端挠度偏差容许值的增大而增大;当结构分别处于短悬臂、中悬臂、最大悬臂阶段时,建议悬臂自由端挠度偏差最大容许值分别取4,10,20mm;影响因素对PC刚构桥施工期标高控制可靠度的影响由大至小依次为混凝土容重、预应力钢绞线张拉控制应力、混凝土弹性模量、预应力钢绞线弹性模量。     

预应力锚固区加载过程的非线性有限元分析

文章综合考虑混凝土、锚垫板和箍筋的材料非线性本构特性,探讨预应力锚固区加载破坏模式的发展过程,以确定其受压极限状态和极限承载力,为锚固区的工程设计提供参考。采用现有计算软件对锚固区的加载过程进行了三维模型的非线性有限元分析,其计算结果与实验结果符合较好,由此得到锚固区破坏模式发展和受压极限状态的初步规律。同时,对分析中所采用的混凝土本构模型进行讨论,分析结果显示,混凝土受高轴向应力时,本构模型如何恰当地反映混凝土横向膨胀变形是一个关键,如果混凝土的横向变形偏小,将导致计算得到的横向箍筋应变不足,其作用无法充分体现。在分析研究中,需要改进混凝土本构模型以更好地模拟实际情况。     

腐蚀预应力混凝土梁性能对比试验研究

为研究预应力混凝土梁在预应力筋不同腐蚀程度下的力学性能,开展了5片T型模型梁加载破坏试验。采用电化学加速腐蚀方法,对梁体内预应力钢束进行腐蚀,得到腐蚀率为0、5%、8%、10%、12%五种模型试验梁,分别进行加载直至梁体破坏,测试加载过程中梁体挠度、应力、钢绞线及钢筋应力变化,观察梁体的破坏模式,并与有限元仿真分析结果进行对比。试验研究表明:1)腐蚀率为5%时,梁体承载力降低2. 9%,挠度降低27. 2%,梁体延性下降; 2)腐蚀率为8%、10%及12%时,加载过程中钢束出现断丝,承载力分别降低25. 7%、34. 1%和42. 9%,相应挠度分别降低63. 4%、69. 0%和74. 2%,即随着腐蚀率的增加,试验梁延性大大降低,呈现脆性破坏特征。     

配筋超高性能混凝土梁有限元分析研究

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)作为一种新型的水泥基复合材料,在力学性能上具有高抗压强度、高抗拉强度、高弹性模量、高耐久性且徐变特性良好的优点。通过ABAQUS有限元分析,主要研究了在普通钢筋UHPC-T梁方案下,钢筋直径(配筋率)、钢筋强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变对UHPC-T梁抗弯性能的影响。根据参数分析结果,对于普通钢筋配筋的UHPC梁,钢筋直径(配筋率)和钢筋强度等级的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显,钢筋强度等级的改变可以显著提高屈服荷载值,而UHPC抗拉强度的提高对于开裂荷载影响较大,UHPC极限拉应变主要影响梁体的延性。     

488发动机气缸盖铝合金高温弹塑性力学性能的研究

对488发动机气缸盖使用的MS6876铝合金进行了系列温度下的力学性能试验研究。该合金拉伸变形时无明显屈服点;温度较低时有一定的应变强化倾向,温度较高时呈理想的弹塑性特征。静态拉伸时,弹性模量E、屈服强度σ_(0.2)及抗拉强度σ_b,均随温度的升高而下降。250℃以后,拉伸强度与屈服强度几乎相同,合金呈准理想弹塑性状态。在250℃以下、500℃以上,塑性很小,400℃左右有很强的变形能力。