隧道不同损伤状态二次衬砌预养护试验研究

采用1∶10破坏性模型试验,研究隧道不同损伤状态衬砌预养护构件变形特性、破坏模式与承载力.研究表明:预养护试件整体破坏由原衬砌拱腰极限承载力控制;预养护损伤衬砌受力过程为"加载—原裂缝贯通—套拱拱顶裂缝贯通—试件破坏",整体结构刚度逐渐退化.关键部位破坏顺序为"拱顶开裂—拱腰脆性断裂—拱顶延性破坏".裂缝深度为1/3衬砌厚度损伤状态可作为合理预养护时机;不同损伤状态衬砌预养护曲率突变点一致,可作为加固构件养护控制基准;提出衬砌预养护构件破坏荷载与损伤状态关系简易计算公式,计算结果与试验误差约5%.     

不同位置空洞条件下隧道的破坏模式试验研究

隧道空洞是影响隧道稳定性的重要原因之一,因此开展了空洞在拱肩、边墙、拱脚及拱底等位置的模型试验,总结出存在不同位置的空洞隧道的破坏形式和破坏顺序.试验结果表明:拱肩空洞模型在空洞的边界位置和拱脚处现受压破坏,底板出现开裂;边墙空洞模型在空洞位置相应的衬砌出现压溃及拱顶产生开裂;拱脚空洞模型是拱脚位置衬砌受压破坏以及拱顶产生开裂;底部空洞模型是在底板衬砌位置及相应拱肩衬砌受压破坏以及拱顶出现开裂,研究结果为隧道的顺利施工和后期维护提供参考依据.     

裂缝位置对盾构隧道管片结构破坏形态的影响

为研究裂缝位置对盾构隧道管片结构破坏形态的影响,依托国内某地铁越江盾构隧道工程,采用相似模型试验的方法,考虑既有裂缝位于拱顶、拱腰及拱底的3种裂损工况,分析了管片衬砌结构的变形特性、承载性能及破坏模式.结果表明,裂缝的存在降低了结构的整体刚度,改变了管片衬砌的结构体系,在相同荷载条件下,带裂缝管片衬砌结构的变形量显著增加,临界失稳点的椭圆扁平率明显增大,破损区域内力大幅减小,且极限承载能力均降低2个荷载级别.带裂缝管片衬砌结构破坏模式由结构性破坏转变为裂缝导向性破坏,裂缝位于拱腰时管片衬砌结构较早出现损伤破坏,但损伤破坏发展过程较平缓,而裂缝位于拱顶及拱底时损伤破坏愈趋突发性破坏.     

碳纤维布对具有初应力的钢筋混凝土梁抗剪加固试验

以五片T梁模型破坏试验为基础,研究了碳纤维布粘贴层数、方式和二次受力对钢筋混凝土T梁抗剪极限承载力的影响。试验结果表明,粘贴碳纤维布显著减小了钢筋混凝土T梁的裂缝数量和宽度,抑制了裂缝的开展,对提高普通钢筋混凝土构件耐久性有重要作用;采用适当的锚固措施可以有效防止构件发生早期破坏,提高构件的极限抗剪能力;对于有锚固的粘贴方式,有预加载的T梁抗剪极限承载力明显高于无预加载的T梁;在无锚固的情况下,用碳纤维布作抗剪加固后的T梁破坏较突然,有可能使梁的加固效果出现负效应。     

下承式系杆钢拱桥拱脚应力及极限承载力

下承式系杆钢拱桥拱脚是全桥受力关键的部位之一,在正常使用过程中可能会发生强度破坏,从而引起桥梁的整体破坏。为了研究拱脚的受力性能,本文以深圳空港新城跨截流河3号景观桥项目为研究背景,通过有限元软件ANSYS建立拱脚壳单元有限元模型,考虑材料非线性及位移非线性,对4种正常使用荷载工况作用进行应力及极限承载力分析,得出了该部位的详细应力分布情况。结果表明：在正常使用最不利工况下,拱脚整体平均应力水平小于70 MPa,保证了拱脚在正常使用时不屈服;在极限荷载作用下,拱脚腹板底部大范围进入屈服,整体呈现塑性屈服破坏,屈服后拱脚无法继续承载,其极限荷载系数为4.71,拱脚受力合理,满足设计要求;最后给出合理的工程建议,为同类工程提供参考。     

波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明：拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。     

蜂窝状钢骨混凝土T形截面异形柱的正截面受力性能分析

为了比较全面地探讨蜂窝状钢骨混凝土T形柱的正截面受力、变形特性,对其进行单调加载试验,以考察在偏心压力作用下该新型构件的破坏形态、受力与变形特性;利用ANSYS有限元分析软件对T形截面柱进行非线性有限元分析,研究钢骨腹板开洞率、配钢率、配箍率、加载角、偏心距、构件长细比、混凝土强度等级以及钢材牌号等主要因素对该新型构件性能的影响及其规律,并提出设计建议.研究表明:该新型构件的破坏模式表现为"受压破坏"的形态;在荷载不超过极限荷载的90%之前,该新型构件的截面应变符合平截面假定,正截面受力性能优于桁架式钢骨混凝土T形柱;极限承载力随着配钢率、配箍率、混凝土强度、钢材强度的增加而增加,但随长细比、加载角和偏心距的增加而降低;加载角和偏心距的改变对蜂窝状钢骨混凝土T形柱的正截面承载力影响很大,设计时宜尽量避免出现大偏心距和大加载角的受力状态.     

混凝土梁侧面粘贴CFRP布的结构加固性能的试验研究

研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维布这种新形式加固受弯构件的受力性能，试验研究共设计了4根少筋梁，试验时，先通过2个对称的集中荷载将梁预加载至纯弯段出现一道主裂缝并失效，然后，卸载并用碳纤维布粘贴于梁侧面受拉区予以加强，待粘贴树脂固化后，再重新加载至梁的极限荷载，试验重点研究了该种加固梁的极限荷载，变形，开裂和碳纤维布粘贴形式对加固效果的影响，试验结果表明，该种加固梁不但承载力提高显著，而且具有很好的延性，消除了原来在梁底粘贴碳纤维加固梁在极限状态时因碳纤维布突然断裂而出现的脆性破坏现象，基于试验研究结果，导出了这种加固梁承载力的实用计算方法，该方法计算精度较好且偏于安全，可直接应用于实际加固工程，特别是当构件底面有管道等障碍物时。     

白卡纸格栅拱架承载力试验

目的研究格栅拱架的极限承载力及其破坏形态.方法笔者以竞赛用巴西白卡纸为材料,建立缩尺直墙拱结构形式的格栅拱架进行承载力试验.分别从理论计算、有限元模拟和分级静力加载试验三方面研究该形式格栅拱架的承载性能.结果静力加载的试验结果与数值模拟效果较为吻合,破坏位置与破坏形式一致,均发生在拱顶两侧支撑和拱架的横撑部位.分级加载过程中,前三级试件变形和砂土沉降变化较小,第四级加载出现严重破坏,得出承载力为2 700 N.模拟其他尺寸试件进行对比分析可得,改变直径和厚度对试件影响较小,变形量在10%以内.结论栅拱架模型极限承载力和破坏形态可为结构优化与局部加固提供参照.同时格栅拱架承载能力高,且耗材少,结构自重小,有效达到了节约资源的效果.     

黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能试验研究

为了研究黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能,开展了一系列室内模型试验,分析了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础在不同角度和不同加载位置的极限承载力及荷载-位移变化规律.通过ABAQUS建立了吸力式沉箱基础的斜向受荷三维数值模型,分别采用长径比为3和6的模型探究了加载位置对基础极限承载力的影响,进而确定了沉箱基础最优系泊点的位置,并基于极限包络线方法提出了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础极限承载力的计算方法.结果表明：当荷载方向与水平向的夹角小于30°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较大;当荷载方向与水平向的夹角大于45°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较小.在基础承载力受加载位置影响较大的斜向荷载角度范围内,随着荷载角度增加,其对应的最优系泊点位置有所上移.     

下套拱加固石拱桥复合拱圈极限承载力研究

下套拱加固石拱桥形成的复合拱圈由石块、砂浆、混凝土和钢筋四种材料组成,而且属于二次受力结构,受力复杂.采用分离模型和整体连续体模型相结合的方法,提出复合拱圈的极限承载力有限元计算方法.有限元计算结果与试验结果吻合良好,表明有限元计算方法能够反映复合拱圈的受力性能.应用该方法,对某实桥进行了分析,结果表明,复合拱圈在半跨均布活载和L/4集中活载联合作用下的破坏模式为四铰破坏,第二个铰出现时荷载已达极限荷载的77.9%.复合拱圈的极限承载力随着集中活载占总活载的比例的增大而减小,随加固层厚度和配筋率的增大而增大.加固层混凝土的强度对复合拱圈的极限承载力影响较小,因此,加固层不必采用高强混凝土.     

带疲劳损伤的钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

钢-混凝土组合梁在桥梁结构中应用广泛.车辆荷载会造成组合梁疲劳损伤的不断累积,从而对结构安全产生不利影响.为了研究疲劳损伤对钢-混凝土组合梁受力性能的影响,对7根组合梁试件开展了单调静力加载试验,其中5根组合梁试件在开展静力试验前经历了100万次的等幅疲劳加载.试验结果表明:在经历100万次的疲劳加载后,疲劳损伤会导致组合梁的极限变形能力降低,但组合梁的延性系数仍大于4.6,最终破坏形态均属于弯曲破坏;疲劳加载使钢材发生了强化效应,组合梁的屈服荷载均有所提高;部分抗剪连接组合梁的极限承载能力普遍降低,最大降幅约为初始极限承载力的7.3%;在抗剪连接程度相同的情况下,采用直径13或16 mm栓钉对组合梁的极限承载力无明显影响.     

调整拱轴线与加大拱肋截面法综合加固某双曲拱桥

某大桥为双曲拱,经现场检测各项指标,不满足现行荷载等级要求。经过调整拱轴线与加大拱肋截面法综合加固处理后,对加固效果进行荷载试验,加固后结构刚度明显提高,拱脚截面最大负弯矩工况四分点最大挠度减少32.7%,拱顶最大正弯矩工况拱顶最大挠度减少37.1%,整体加固效果明显。     

楔形钢板箍与预应力钢绞线网加固损伤混凝土梁的抗剪性能试验研究

钢板箍与预应力钢绞线网组合加固技术具有抗剪承载力高、施工方便、绿色环保及适用面广的优点。为研究该加固技术中钢绞线网布置方式对损伤钢筋混凝土梁抗剪性能影响,设计了4根混凝土梁试件;试件采用剪跨比均为2.0,钢绞线网均施加0.3预应力水平的拉力;设计参数:斜向钢绞线网为"X"形双向及单向斜向布置;每个方向布置4根和2根钢绞线;钢绞线外是否抹灰。通过试验分析得出:采用该组合技术加固的梁,抗剪承载力均大幅提高,其中"X"形布置并且外表抹灰构件的抗剪承载力提高了93.6%;由于刚板箍与斜向钢绞线网的组合优势,抗剪承载力-挠度图出现了两次峰值点,其延性提高显著;损伤梁加固后的破坏位置与原破坏位置不同,并且用该组合加固技术修复后的梁剪切裂缝更加均匀,数量更加多。因此,该加固技术不但大幅提高了混凝土构件抗剪承载力和延性,而且对损伤梁的加固具有较好效果。     

钢筋混凝土圆形截面偏心受压围套加固构件极限承载力分析

加固结构为两阶段受力,按平截面变形假定,对钢筋混凝土圆形截面偏心受压围套加固构件两阶段加载的受力进行分析,建立了极限承载力计算公式,并给出算例,可供旧桥加固设计参考.     

方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能,按1:3缩尺比例设计并制作了六个节点试件,进行了低周期往复荷载破坏试验。节点试件的加腋坡度及梁高差比是试验研究的主要参数。通过试验研究各参数对节点试件的破坏特点、抗剪承载力、滞回特性、延性及耗能能力、承载力退化与刚度退化等力学性能的影响,得出以下结论:试件破坏是由于节点抗剪承载力不足导致的,但由于加强环板的约束及梁端加腋的存在,破坏出现在下环板与柱端交接处;各试件滞回曲线整体相对饱满;随着节点试件加腋坡度的变缓,其极限承载力提高,延性系数增加,耗能能力增强,刚度退化速率略有加快;当梁高差比由0. 39增加至0. 46时,节点试件反向加载极限承载力提高(以拉为反向加载),当梁高差比由0. 46增加至0. 53时,节点试件反向加载极限承载力降低,且随着梁高差比的增加,节点试件正向加载极限承载力逐渐降低(以推为正向加载),延性系数降低,耗能能力减弱,刚度退化速率变化不大;梁端加腋能有效改善节点核心区受力性能。     

拼接GFRP管混凝土构件轴心受压性能

拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件,再在内部浇筑混凝土,形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件.通过试验,研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式.结果表明,当加载到(30%~40%)Pu(极限荷载)时,在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%~70%)Pu时,GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载,套箍约束作用继续存在.拼接构件的破坏发生在构件端部,连接处没有发生破坏,而连续整体构件破坏发生在中部位置,表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作.     

上承式拱桥新型加固改造方法及试验验证

早期的上承式拱桥受限于设计荷载等级偏低、维护养护不到位和已运营多年等，其力学性能已不能满足现代交通需求，针对这一问题本文提出了一种新型的加固改造方法，即在拱肋与主梁间增设V杆、桥面上安装桁片，使以拱肋为主要承重构件的受力体系转变为双层桁架整体受力体系。为评估该方法的加固效果，以某50 m上承式拱桥为研究对象，运用有限元手段对比分析加固前后的力学性能。为进一步验证新加固改造法对提高原结构力学性能的有效性，完成10 m试验桥的荷载试验并对比分析结果。两种结果均表明：新型加固改造方法可以大幅提高桥梁承载力与刚度。对实桥进行有限元分析时，加固改造后拱脚和跨中最大压应力分别减小2.9、2.3 MPa,主梁最大上、下挠分别减小35.08%、27.42%;对试验桥进行静载加载时，加固改造后拱肋上缘与下缘最大应力分别减小82.68%、78.14%,拱肋最大上、下挠值分别减小97.47%、90.30%。故该加固改造方法积极有效，可尽早应用于工程实际。     

内嵌螺旋肋钢丝抗弯加固混凝土梁试验研究

为探讨更为有效的混凝土梁加固方法,通过7根梁试件的静力加载试验,对内嵌螺旋肋钢丝加固混凝土梁的受力过程、抗弯承载力、裂缝和变形情况等进行较为系统的研究.结果表明:所有内嵌螺旋肋钢丝加固的混凝土梁没有出现类似外贴纤维片材加固构件的剥离破坏现象.与未加固梁相比,该加固方法能够显著提高被加固梁的极限承载力,且提高幅度随加固量的增加而增加,最多可达144.2%.加固梁破坏时的裂缝间距、最大裂缝宽度、挠度都较被加固梁小.加固梁的刚度有明显提高.研究成果为该新型加固技术在工程中应用提供了依据.     

外叶墙为非承重墙夹芯墙的抗震性能研究

对4片高度相同、高宽比和竖向压应力不同的夹芯墙进行了水平低周反复加载试验,研究了这种墙体构件的抗震性能.根据实际受力特点,试验中水平荷载与竖向荷载都加载于试件内叶墙的形心.观测了该墙体受力-变形-损伤-裂缝-屈服-破坏的全过程;分析了该墙体的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、承载力、拉接筋受力性能和内、外叶墙协同工作能力等.研究结果表明:由于拉接筋的作用,内、外叶墙协同工作性能良好,外叶墙在试验过程中破坏轻微;试验过程中出现剪切滑移和"捏缩效应";内叶墙在高宽比较小时,呈现明显的剪切破坏,在高宽比较大时,呈现出弯剪破坏;试件的承载力随着轴压比的提高而增加.采用规范(GB 50003-2001)中配筋砌体抗剪承载力平均值计算公式进行计算,结果较试验值小.