多功能便携式点荷载仪的研制

岩石力学参数的测试是岩体工程建设与研究的基础,一直以来点荷载试验被认为是现场测定与估算岩石单轴抗压强度的最佳方法。针对现有点荷载仪器笨重、使用率低等不足,研制了多功能便携式点荷载仪。文章由工程实际出发,介绍该仪器的设计思路及理论依据,利用岩石试件的尺寸效应来达到缩小仪器加载系统仍能满足测试的要求,同时对其外观、测量、数据采集系统进行优化设计,使其能够自动获取试验数据,减少人工误差。对比仪器的主要技术参数,该仪器具有体积小、重量轻等特点,满足工程现场对仪器便携化的要求。最后利用此仪器分别对闪长岩、石英片岩、大理岩进行了点荷载试验,并依据规范方法估算岩石单轴抗压强度,试验结果验证了该仪器的可行性与可靠性,证明了该仪器用于工程的适用性。     

FWD荷载作用下路面动弯沉响应试验研究

以现场试验路段为载体,通过对FWD设备的工作原理和荷载特性的研究,确定了FWD试验的加荷标准及加载方案;根据FWD现场加载试验结果,研究了动荷载作用下沥青路面的动态响应特性,得出沥青路面结构在不同荷载水平下的路表动态弯沉值和动态弯沉变化率的响应规律,为沥青路面设计和现场试验检测提供帮助。     

达州金龙大桥荷载试验方案设计

对达州金龙大桥荷载试验方案进行研究,通过对全桥进行结构分析得到应力测试截面最不利弯矩。获得试验荷载的数值以及加载车辆的布置位置,并给出该桥静载试验和动载试验的主要内容、实施方案和注意事项,为荷载试验的安全有效实施提供保障和科学依据。     

砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系

以甘肃渭源—武都高速公路木寨岭隧道开挖揭露的砂质板岩为对象，开展了砂质板岩单轴抗压强度试验和点荷载强度试验；通过对试验数据进行正态分布检验、高度异常数据剔除和置信区间强度统计，获得了砂质板岩单轴抗压强度、点荷载强度以及两者之间的换算关系，并与岩石试验相关规范和国际岩石力学学会(ISRM)推荐换算公式进行了对比。研究结果表明:饱和砂质板岩单轴抗压强度服从正态分布，平均值为56.3 MPa，95%置信度下的置信区间为49.20~63.50 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与正态分布不完全一致，平均值为7.36 MPa，95%置信度下的置信区间为6.50~8.22 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与单轴抗压强度之间具有显著的线性正相关性；岩石强度受各试件内部节理裂隙的方向、填充物、宽度和长度等的影响，强度数据总体离散性较大；饱和、烘干状态下砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度的换算系数分别为7.72和8.72，均明显小于大多数研究中15~30的换算系数，原因在于砂质板岩内部赋存有层理或不同角度的节理裂隙等缺陷，单轴抗压强度受试件内部节理裂隙的影响较大，导致其强度平均值偏低，而点荷载强度受试件内部节理裂隙的影响较小；采用规范和ISRM推荐公式所得砂质板岩单轴抗压强度为实测值的2~4倍，用于隧道设计难免会产生较大偏差；相比规范和ISRM推荐公式，研究所得砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系的相对误差未超过15%，可作为规范中公式的有益补充。      

列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析

为研究无砟轨道混凝土在客、货车作用下的劣化规律,基于损伤力学概念,引入损伤变量对混凝土室内循环加载进行试验研究. 首先,建立钢轨-扣件-轨道板-CA砂浆层-底座板-地基有限元实体模型,获取试件试验等效应力水平,通过列车车速确定加载频率,然后确定合理的荷载组合模拟工况;其次,应用MTS加载系统对混凝土试件进行循环加载测试,利用无损检测系统测试了不同加载次数下混凝土的动弹性模量以及抗折强度;最后,将动弹性模量和抗折强度作为损伤变量,根据测试结果得到不同应力水平、加载频率作用对轨道板材料力学性能劣化规律的影响. 试验结果表明:在客货车荷载作用下,动弹性模量的损伤程度在加载200万次时约为抗折强度的损伤程度的2倍;应力水平一定时,加载频率越小,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤程度越大,并且在10 Hz与15 Hz频率之间较明显;加载频率一定时,应力水平越大,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤越严重,应力水平为0.7的混凝土在1 000次左右的加载循环加载下发生破坏;低速的客货车荷载会加快混凝土初期损伤,较高速度的客货车荷载会加速无砟轨道结构后期损伤的发展.      

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。     

基于PLAXIS的地基沉降计算及相关参数分析

基于Plaxis有限元程序,对有代表性的工点进行了理论沉降计算。并根据现场的大型平板荷载试验的实际加载和开挖情况,在模拟地层沉降时,分别考虑直接加载和考虑基坑开挖2种情况,并对比实测的数值,得出考虑开挖后有限元计算更能贴近土层实际的变形,并在此基础上,综合考虑了土层性质、渗透系数,以及泊松比等参数对于红粘土地基沉降的影响。     

基于点荷载的山皮石强度研究

山皮石作为路基材料时具有强度高、透水性好、价格低廉的优势。对山皮石试样分别进行天然、饱和状态下的点荷载试验,基于点荷载试验对山皮石的强度进行分析,讨论了饱和对山皮石强度的影响。结果表明：山皮石强度离散型较大但整体强度较高,试样中有75%的强度达到38.9MPa以上;山皮石强度随截面面积的增大先增大后减小,截面面积在1500m²左右时强度较高;山皮石的软化系数一般小于0.75,属于易软化岩石。     

静力荷载试验中关于加载以及控制荷载的影响分析

静力荷载试验中如何确定加载和测试"控制断面",加载效率计算、加卸载的分级、终止试验条件,挠度、应力(应变)、裂缝等数据处理及曲线绘制等。荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载,而组成控制荷载(标准设计荷载)的车辆是由运管车辆统计而得的概率模型。当客观条件所限,采用的试验荷载与控制荷载有差别时,为保证试验效果,在选择试验荷载的大小和加载位置时采用静载试验效率进行控制。     

中小跨径桥梁荷载试验定点常荷载加载方式研究

针对桥梁荷载试验加载方式,提出了定点常荷载加载方式,即选定桥梁1/8L(或3/8L)、1/4L和1/2L(或测试断面)三个固定点位,保持加载车数量及车重不变,通过改变车辆在桥上的位置实现测试断面的分级加载。通过实际工程验证了该加载方式在保证试验准确性的同时,可以大幅提高试验加载效率,有效减少交通封闭时间,可在中小跨径桥梁的荷载试验中广泛推广应用。     

钢-混凝土组合试件长期推出试验与有限元分析

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程; 参考Eurocode 4中推出试验标准试件, 设计了2组试件用于长期推出试验; 分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件, 采用螺杆施加长期荷载, 测试了长期加载过程中的界面滑移、混凝土应变和钢梁应变; 同步加载测试了150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试块的长期变形, 并以此变形计算混凝土徐变系数; 对比了徐变模型对计算结果的影响, 并讨论了不同混凝土徐变模拟方法。研究结果表明: 界面滑移和混凝土应变在加载初期增长较快, 加载120 d后达到稳定状态; 栓钉试件和PBL试件的最大界面滑移分别为0.162和0.068 mm, 最大值均位于界面底部; 栓钉试件和PBL试件的混凝土最大应变分别为7.30×10-5和1.34×10-4, 最大值均位于混凝土板底部; 钢梁应变在整个试验过程中基本保持稳定, 未出现明显的应力重分布, 栓钉试件和PBL试件的钢梁最大应变分别为3.7×10-5和6.5×10-5, 最大值均位于钢梁顶部; 混凝土徐变是影响钢-混凝土组合试件长期性能的主要因素, 不同混凝土徐变模型计算所得混凝土徐变系数与测试值的偏差为60%~140%, 说明混凝土徐变模型对有限元结果影响显著; 采用指数函数拟合混凝土徐变系数测试结果的拟合误差为2.4%, CEB-FIP90模型计算所得混凝土徐变系数在加载后期与测试值的误差为3.71%, 建议无法实测时可采用CEB-FIP90模型计算混凝土徐变系数。      

牛顿插值法的灰色GM(1,1)模型在桥梁荷载试验中应用

由于传统的灰色GM(1,1)模型预测精度不高,以牛顿插值法函数对初始序列背景值进行优化提出了改进模型。以武汉市某等截面连续钢箱梁桥现场荷载试验为工程依托,通过分级加载实测挠度与理论计算挠度差值为初始数据列,来预测下一级加载实测挠度。基于牛顿插值法灰色GM(1,1)改进模型与原始模型预测的数据平均相对误差减小了2.4%,预测第六级加载弹性挠度值减小2%。结果表明,基于牛顿插值法对初始序列背景值优化的改进模型在大型桥梁荷载试验中预测下一级实测挠度值的精度高、可靠性好。     

大跨径预应力砼T梁上拱度数值模拟与分析

通过对50米T梁的上拱度进行数值模拟与分析，并通过弹性模量试验、静载试验、温度荷载效应试验和现场拱度测试加以验证，阐明了弹性模量、徐变和温度等是影响上拱度的主要因素，提出了采用三维有限元数值模拟T粱上拱度的方法可以有效地保证桥面铺装的均匀性，确保桥梁的施工质量。     

刚架拱桥的检测与承载能力评定

对某缺失资料的刚架拱桥进行了病害调查、无损检测及荷载试验,重点对荷载试验进行了分析.通过对结构加载模拟分析、加载等级与方式的确定、变形和自振频率的实测与分析,表明该桥的承载能力不满足规定的荷载等级,且动力性能较差,需要进行加固维修.此方法为该类桥梁的维护使用和加固改造提供参考.     

大跨径钢桁梁悬索桥静力分析与荷载试验研究

张花高速公路澧水特大桥为单跨858 m钢桁梁悬索桥,为检验大桥成桥状态的受力特性、施工质量和安全性能,采用了有限元理论分析与现场荷载试验两个方法对大桥的合理状态进行了验证,并通过将现场实测值与理论分析结果进行了对比分析。研究结果显示:实测变形与理论变形在数值十分接近,且结构整体变形规律一致,说明结构数值模型准确模拟了大桥成桥后的受力状态,对评估其受力性能具有较高的可靠性;此外,静力试验加载效率系数介于0.95~0.97之间,设计的试验荷载能够等代汽车荷载,各测点实测变形值均小于理论计算值;变形校验系数介于0.82~1.00之间,且相对残余变形值较小,表明汽车荷载作用下桥梁处于弹性状态,结论对同类型桥梁的设计和施工具有指导意义。     

滹沱河粉细砂的动力特性试验研究

通过室内动三轴试验研究了重复动荷载作用下滹沱河粉细砂的动力性质,分析了加载周期、动应力大小以及加载频率对动应变、动弹模和动强度的影响,为填砂路基的设计与施工提供了理论依据.     

颗粒材料双轴试验离散元数值模拟(英文)

为了得到颗粒材料的力学参数与试验条件之间的关系,选取5组粒径范围的颗粒材料,利用离散元方法生成初始试件,并数值模拟了其双轴试验,分析了不同围压对材料弹性模量和强度的影响,以及不同加载速率下材料的弹性模量、泊松比和强度的变化规律。提取了围压为10MPa与加载速率为0.03m.s-1时5组试件的应力-应变曲线,从微观角度给出了荷载作用后试件中的裂缝分布。模拟结果表明:随着围压的增大,5组试件的弹性模量和强度增大,增长趋势相对平缓,但粒径为9.50～13.20mm的试件出现较大波动;加载速率与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力基本呈二次多项式关系,最小判定系数为0.9009,最大为0.9959;在5组试件中,随着粒径的增大,由应力-应变曲线得到的应力峰值减小。     

基于临界距离理论砂浆梁断裂性能的研究

采用一种只基于线弹性理论基础的新型断裂准则——临界距离理论,对3种强度、槽口深度、槽根部半径共27种组合下的U型槽口梁试件进行三点弯曲实验。通过公式计算和有限元模拟得出及校核临界距离理论参数,并据此推导出一种预测槽口梁试件最大荷载的新公式。分析发现,对于不同槽口特征下试件的最大荷载,新公式具有良好的预测精度,且临界距离理论参数L值随砂浆强度的增长而增大。     

桥梁检测与评估

荷载试验分类，按所加荷载性质，可分为静载试验和动力试验：按加载数量与标准设计荷载的比值（包括冲击系数在内）可分为三种：基本荷载试验、重荷载试验和轻荷载试验。     

混合设计的高性能钢梁抗弯性能试验

采用两点加载的方式,对3片混合设计的高性能HPS 485 W工字钢梁进行抗弯性能试验,分析了截面几何参数对试验梁抗弯承载力、弹塑性变形和破坏形态的影响。结合跨中单点加载的试验结果,对比分析了不同加载方式对试验梁抗弯承载力的影响,建立了能够准确模拟试验梁抗弯过程的有限元模型,在非厚实截面范围内对混合设计的高性能钢模型梁进行了关键参数的数值分析。分析结果表明：对两点加载的试验梁,抗弯破坏形态为纯弯段区出现受压翼缘与受压区腹板的局部屈曲;随着翼缘宽厚比的降低,钢梁的塑性转动能力明显提高;随着腹板高厚比的增加,钢梁的抗弯强度和延性均会降低;对相同几何尺寸的模型梁,加载方式改变时,钢梁的抗弯过程相似,但控制钢梁失效的破坏形态不同;对混合设计的钢梁,建议腹板与翼缘材料强度等级差不大于2个强度等级。