强动载作用下浅埋管廊结构试验研究

以浅埋双舱管廊结构为研究对象，开展大当量装药爆炸作用下管廊结构毁伤破坏试验。试验结果表明：管廊结构在进行抗爆设计时，可参考本文所述结构荷载计算方法，结构设计偏于安全；典型管廊结构在遭受与工况2当量相当的强动载冲击时，结构安全性会遭到破坏，但结构功能保存良好，内部管线运行正常；管廊结构在强动载作用下的破坏模式表现为大跨顶板弯曲破坏、顶板两侧腋角受压破坏。     

预制矩形箱涵受力性能模拟及其潜在的破坏模式

以沈阳市浑南新城区综合管廊工程预制拼装施工段为研究背景,针对城市地下综合管廊预制矩形箱涵单个管节,通过通用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,研究分析其在不同埋深下的结构变形和应力分布规律.建模中为了尽可能地贴近预制箱涵的实际受力情况,参照实际工程应用对其进行了配筋.本模型中通过改变施加于顶板和侧壁板的荷载大小来模拟埋深的变化:对综合管廊顶板施加均布压力,对侧壁板施加线性变化的侧土压力,最终分析预制箱涵在不同埋深下的结构变形和应力分布,并提出结构安全隐患存在的部位和其潜在的破坏形式,为复杂条件下预制综合管廊的设计和施工提供理论参考.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

大跨径混凝土斜拉桥模型试验

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

爆炸荷载作用下浅埋综合管廊野外试验与弹性动力响应分析

为了研究管廊结构在爆炸荷载作用下的荷载分布规律、动力响应及破坏机理,评估管廊工程的防护潜力,获取管廊在爆炸荷载作用下的试验数据,设计并开展了管廊结构的抗爆试验.本文主要分析了在比例爆深为2.000,1.587,1.260 m/kg^1/3三种工况下管廊顶板中心处的动力响应.试验测得了三种工况下爆坑大小,以及顶板中心底部纵筋和箍筋及侧墙中心内侧箍筋应变时程曲线、加速度时程曲线、反射压力时程曲线和位移时程曲线.试验数据表明,顶板中心底部箍筋应变远大于纵筋,且振动使管廊产生的反复位移大小相当,建议管廊采用对称配筋、箍筋加密、混凝土保证抗压强度.通过常规武器效应计算软件CONWEP计算并验证了反射压力峰值的准确性,进一步得到了作用于管廊的总压力并将其简化为均布荷载,计算出弹性响应阶段顶板中心的最大位移,与实测位移进行比较,吻合较好.     

中部集中空腔RC剪力墙拟静力试验与数值模拟研究

为了研究中部集中空腔RC剪力墙(空腔墙)的抗震能力,对空腔墙试件进行拟静力试验,研究中部空腔的设置对RC剪力墙结构承载性能、变形能力、耗能能力及破坏模式的影响.采用OpenSees软件中的非线性壳单元建立空腔RC剪力墙的有限元模型,对其力学性能进行数值模拟.研究结果表明:水平往复荷载作用下,空腔RC剪力墙的最终破坏模式为弯剪破坏,空腔墙试件的屈服荷载、峰值承载力和延性性能随着空腔率的增大逐渐降低.非线性壳单元可以较好地模拟空腔RC剪力墙的力学性能.在所研究的空腔率范围内,当位移角达到1/120时,空腔墙试件发生弯剪变形,且其承受的荷载尚未达到极限荷载,说明空腔墙具有较理想的抗震性能.     

钢筋混凝土简支梁裂缝的有限元分析

钢筋混凝土结构是一种带裂缝工作的构件,当裂缝宽度达到一定的宽度时,结构就有可能失去承载能力或耐久性大大下降,所以裂缝的产生和发展始终是混凝土界所关心的重要问题之一。本文利用非线性有限元程序VecTor2的试验梁进行非线性有限元分析,并将试验值与计算值进行比较。发现随着纵筋率的提高,裂缝发展得越是充分,裂缝间距越小,裂缝宽度也越小。裂缝总是先在纯弯段出现,然后向支座方向逐渐出现,这和弯矩梯度有关。