高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料—涵洞相对刚度差异大等问题引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现一系列病害。为探明涵顶土压力集中系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力、侧墙水平土压力及土拱效应影响规律。结果表明：涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量均会影响土压力集中系数值,涵顶土应力分布形式为抛物线,涵顶中心土压力集中系数值小于1,涵顶边缘土压力集中系数值大于1,涵顶与侧墙土压力呈非线性分布。将上述因素影响下的结果建立图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力和静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部竖向土压力值计算》程序,能快速准确的定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料—涵洞受力分析提供参考。     

小波形波纹钢加固混凝土管涵的试验研究

为了更好地了解波纹钢加固混凝土管涵的力学性能,采用钢筋混凝土管作为既有管涵,通过试验确定了5个试件的试验承载力,了解了波纹钢管的作用,分析了偏心加固对加固管承载力的影响,提出了一种估算偏心加固管承载力的方法。研究结果表明:加固后的管涵承载能力主要取决于混凝土管和填充混凝土,波纹钢管发挥的作用很小;偏心加固管的承载力低于同心加固管;改进的“滑移理论”较为合理,文中提出的偏心加固管承载力分析方法的理论结果与试验结果的误差小于22. 3%。     

BFRP模壳不排水加固墩柱轴压性能有限元分析

在玄武岩FRP模壳(简称BFRP模壳)加固混凝土墩柱轴压试验研究基础上,通过ABAQUS有限元软件建立相应的有限元分析模型,并与试验结果进行比较分析,验证该有限元模型是可靠有效的.然后分析混凝土填充量、填充混凝土强度、 BFRP模壳约束强度及尺寸效应等参数对BFRP不排水加固混凝土墩柱轴压性能的影响.结果表明:增加混凝土填充量能提高试件的承载力,但承载力提高幅度并非随着填充量的增加而增加,而是趋于稳定;填充层混凝土强度等级越高,加固试件承载能力越高,但提高幅度随填充混凝土强度等级的提高而不断减小;增强BFRP模壳连接部分的约束强度能提高加固试件的承载力,当连接部分的强度接近非连接部分的强度时,承载力的提高幅度最大; BFRP模壳加固轴心受压柱的峰值荷载存在尺寸效应,轴压峰值荷载提高系数随墩柱尺寸的增加而减小.最后,给出BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力建议计算公式,理论计算结果与试验结果及模拟结果吻合良好.     

玄武岩FRP模壳不排水加固混凝土墩柱轴压性能有限元研究

玄武岩FRP模壳(简称BFRP模壳)可用于桥梁水下桩基、桥墩等混凝土墩柱的不排水快速加固。本文在BFRP模壳加固混凝土墩柱轴压试验研究基础上,通过ABAQUS有限元软件建立了相应的有限元分析模型,并与试验结果进行比较分析,验证了该有限元模型是可靠有效的。然后在此模型基础上,分析了混凝土填充量、填充混凝土强度、BFRP模壳约束强度及尺寸效应等参数对BFRP不排水加固混凝土墩柱轴压性能的影响。结果表明：增加混凝土填充量能提高试件的承载力,但承载力提高幅度并非随着填充量的增加而增加,而是趋于稳定;填充层混凝土强度等级越高,加固试件承载能力越高,但提高幅度随填充混凝土强度等级的提高而不断减小,填充层混凝土强度等级的变化对加固试件的延性性能影响相对较弱;增强BFRP模壳连接部分的约束强度能提高加固试件的承载力,当连接部分的强度接近非连接部分的强度时,承载力的提高幅度最大;BFRP模壳加固轴心受压柱的峰值荷载存在尺寸效应,轴压峰值荷载提高系数随墩柱尺寸的增加而减小。最后,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果及模拟结果吻合良好。     

基于拉杆-拱模型的方钢管混凝土轴压承载力研究

为在方钢管混凝土轴压承载力计算时考虑约束效应,在核心区混凝土中虚设压力拱,与钢管壁组成拉杆-拱受力模型,以此来考虑钢管对拱内混凝土的约束效应.所推导的轴压承载力计算模型由钢管抗力项、拱内约束混凝土抗力项及拱外非约束混凝土抗力项组成,模型物理意义明确.收集了198个试验数据对模型进行验证,并与各国规范建议的方钢管混凝土轴压承载力计算公式进行对比.结果表明:本文推导模型所预测的轴压承载力更接近试验值,且计算稳定性更好.通过对材料强度、含钢率、套箍系数等参数进行分析,建议了模型的适用条件.此外,为便于工程运用,给出了本文推导模型的数学表达式.     

基于延性性能圆形钢桥墩內填混凝土补强填充高度的简易计算方法

目的探明圆形钢桥墩内填混凝土补强填充高度的计算方法及长细比和钢管径厚比参数对圆形截面钢桥墩承载力、延性等抗震性能的影响.方法在确定有限元分析与试验结果吻合的基础上,采用ABAQUS有限元软件对9组60个不同填充混凝土桥墩模型进行非线性数值模拟分析.结果与空钢管桥墩柱相比,部分填充混凝土圆形钢桥墩具有良好的抗震性能.随着混凝土填充率的增加,该类桥墩的延性和承载力均有所提高,超过最适填充率后,持续增加混凝土填充率,模型的承载力提高但延性下降.结论拟合出的混凝土填充率、承载力及延性与长细比和径厚比的关系公式为圆形钢桥墩内填混凝土补强填充高度的设计提供了依据.     

接触爆炸载荷下波纹钢加固钢筋混凝土板毁伤特征分析

为探究波纹钢加固钢筋混凝土板的毁伤特征,设计了波纹钢加固钢筋混凝土靶板,开展了波纹钢加固钢筋混凝土板的接触爆炸实验,获得了构件典型的毁伤特性,论证了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能.采用有限元软件LS-DYNA对比了等质量的波纹状混凝土板、等质量平板混凝土板、等质量平钢板混凝土板的破坏模式,研究了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗接触爆炸性能,获得了波纹钢加固钢筋混凝土板在不同接触爆炸载荷下钢板的跨中位移变化规律,给出了在接触爆炸载荷作用下波纹钢加固钢筋混凝土板的薄弱方向. 基于量纲分析,建立了该波纹钢截面形状下波纹钢加固钢筋混凝土板的跨中位移关于炸药质量的工程经验公式.      

圆形钢套管加固方形混凝土柱轴心受压性能

为研究圆形钢套管加固混凝土柱的基本力学性能,进行了1根未加固的普通钢筋混凝土柱和10根圆形钢套管加固的混凝土短柱在不同加固钢套管厚度及初始轴压比下轴心受压试验,初始轴力通过对未加固试件施加后张预应力来进行模拟;在试验研究的基础上,根据应变协调原则对加固后构件轴压承载力进行了数值分析.研究结果表明,加固构件的承载力随着钢套管厚度的增加而增加,初始轴压比的变化对加固后构件的承载力影响不显著,且理论分析结果与试验结果吻合较好.     

装配式盖板涵土压力和变形的现场试验研究

介绍了新型的预制装配式盖板涵施工工法,通过选取两个典型断面开展了现场试验,研究了预制装配式盖板涵台背及涵顶土压力的分布规律和土压力随填土荷载的增长规律.对涵洞盖板和侧墙的位移进行了测试,分析了盖板和侧墙构件的挠曲变形规律,并将测试所得的土压力和构件变形结果与数值模拟结果进行了对比.结果表明,预制装配式涵洞侧墙和盖板的挠度均较小,涵周土压力分布和变化规律均呈现明显的非线性,与现行《公路桥涵设计通用规范》中线性土压力理论存在较大的差异.盖板上垂直土压力中间较小,两侧支撑处较大,近似呈"U"形分布.侧墙水平土压力近似呈"3"形分布,最大土压力位于台帽与涵墙搭接处.所得结果为预制装配式涵洞构件的设计计算及搭接强度的确定提供了依据.     

锚固洞室拱部侧爆模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、破坏过程、围岩径向应力、洞壁应变、拱顶和边墙位移、拱顶和底板加速度6个方面对直墙拱顶型锚固洞室在集中装药拱部侧爆条件下破坏情况和受力变形特点进行研究。试验结果表明:在拱部侧爆情况下,洞室破坏主要发生在迎爆侧半拱,破坏类型是在拱脚发生剪切破坏,在半拱中部发生拉伸破坏,洞室围岩径向应力是破坏的主要控制因素。洞室围岩以受压为主,变形主要表现为拱部和迎爆侧边墙向洞内发生位移。根据加速度测试数据,该类洞室设计时必需采取减震措施。     

波纹钢管涵地基承载力分析

波纹钢管涵在我国已有大量应用,但现有计算理论及现行规范对此类涵洞地基承载力尚缺乏认识.采用理论推导与实测数据验证相结合的方法,提出了考虑波纹钢管涵-填料相互影响、管侧填料与管涵变形差引起的附加应力的波纹钢管涵地基承载力计算公式,并对比分析了现行规范、经验公式和本文公式在计算波纹钢管涵地基承载力的误差和适用性.研究表明:波纹钢管涵对地基承载力的要求远小于传统刚性管涵,且管侧附加应力对管涵基底承载力的提高有利;本文公式计算精度较现行规范和经验公式有大幅提高,且更适用于高填方波纹钢管涵的地基承载力设计;当缺乏设计资料时,也可采用路基荷载等效法对此类波纹钢管涵的地基承载力进行初步设计.     

高填方盖板涵受力特性的原位试验 及数值模拟研究

通过现场测试,分析上埋式盖板涵在路堤填土荷载作用下的变形规律和受力特性;同时结合现场测试与数值模拟的方法,研究盖板涵顶板、基底土压力与侧墙水平土压力的分布特征。结果表明:在填土荷载作用下,涵洞顶板、底板垂直土压力以及侧墙的水平土压力呈非线性分布,其受力状态与规范计算的结果存在较大差异。由于涵洞与填土的模量不同,涵洞以上填土与两侧填土存在差异沉降,涵顶两侧墙土压力大于涵顶中部土压力,大于填土自重。数值模拟分析结果显示盖板涵土压力的分布特征与现场测试的分析结果一致,实际涵顶受力为涵顶附加摩擦力与填土自重之和;涵顶两侧墙分担了两侧填土竖向应力,涵洞侧墙水平土压力小于静止侧压力,实测平均值与铁路桥涵设计规范理论值的比值为0.53~0.87。由于地基土的不均匀沉降以及涵洞底板的挠曲变形,基底土压力呈非线性分布,跨中附近土压力产生卸荷现象。结合涵顶受力的理论研究与对包茂高速(粤境段)多个盖板涵涵顶数据的监测,提出了涵顶土压力的经验模型;该模型与涵顶上覆填土高度具有良好的线性关系,与现场实测值吻合较好。     

BFRP模壳不排水加固混凝土墩柱 轴压性能试验研究

为实现不排水快速加固桥梁水下混凝土墩柱目的,基于水下自应力不分散混凝土及“装配式”理念,提出一种BFRP（Basalt Fiber Reinforced Polymer）模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱的加固方法. 为研究采用该方法加固的混凝土墩柱的轴压性能,共设计、制作了8个试件进行轴心受压试验,研究了BFRP模壳加固、填充混凝土性能、填充层厚度、养护环境等因素对试件的轴压破坏模式、承载力、延性等的影响. 试验结果表明：BFRP模壳加固可有效提高试件的承载能力与延性;采用水下自应力不分散混凝土作为填充层,掺入适量的膨胀剂,同时控制填充层的加固厚度,有利于获得更好的加固效果;淡水环境下,BFRP模壳加固试件的极限承载力要优于海水环境下的试件等. 根据试验结论及现有的一些约束混凝土柱轴压承载力公式,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱偏压性能

为达到绿色建筑的目的,提出采用钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱的思路,并完成1个未加固柱、3个加固柱的轴压试验以及8个加固柱的偏压试验.结果表明:采用钢套管再生混凝土加固后,试件偏压承载力及变形性能均有显著提高,各试件平均相对承载力提高倍数达1.12倍;再生粗骨料取代率对加固试件偏压承载力的影响不明显,而偏心较大时钢管中部截面应变随取代率的提高呈微弱增长;原柱初始应力的存在使得加固试件承载力峰值提前出现,且对其变形产生不利影响;偏心程度对加固试件的影响和普通钢管混凝土类似,随偏心距的增大,试件的承载力降低而钢管受压侧应变增大,且这种规律有随粗骨料取代率增加而增强的趋势.最后,通过对比国内外不同规范和学者提出的公式,采用EC4规范计算所得结果与钢套管再生混凝土加固柱偏压承载力试验结果吻合较好.     

钢管桩支架体系承载力有限元分析

以某大跨钢管混凝土拱桥边拱现浇施工中的钢管桩支架体系为工程背景,利用有限元软件ANSYS进行分析,发现了由钢管桩支撑的支架体系具有传递和分配荷载的作用,靠近钢桩支撑位置的钢管轴力大,远离钢桩支撑位置的钢管轴力小.在计算支架体系承载力时钢管轴力均匀分布的假定不成立.斜杆应尽量沿上游与下游对称布置.同时要将支架体系作为整体结构进行考虑,纵横梁的共同作用使支架体系承载力大大提高.     

复合主拱圈弹塑性本构关系等效方法

基于原拱圈和加固层共同工作、协调变形原理,以复合主拱圈加固圬工拱桥的拱段为研究对象,推导出适合有限元分析的混凝土与砌体理想弹塑性本构关系。对加固后的拱段应用推导的本构关系,采用有限元软件ANSYS建立了数值分析模型,并对该本构关系进行实验校核。结果表明,采用混凝土与砌体理想弹塑性本构关系,有限元数值和实测数值非常接近,有限元极限承载力数值比实测极限承载力数值小6.8%~9.2%;建立的混凝土和砌体的理想弹塑性本构关系在复合主拱圈加固圬工拱桥时可靠性较高,可供同类桥梁结构分析应用。     

复合主拱圈弹塑性本构关系等效方法

 基于原拱圈和加固层共同工作、协调变形原理，以复合主拱圈加固圬工拱桥的拱段为研究对象，推导出适合有限元分析的混凝土与砌体理想弹塑性本构关系。对加固后的拱段应用推导的本构关系，采用有限元软件ANSYS建立了数值分析模型，并对该本构关系进行实验校核。结果表明，采用混凝土与砌体理想弹塑性本构关系，有限元数值和实测数值非常接近，有限元极限承载力数值比实测极限承载力数值小6.8%～9.2%；建立的混凝土和砌体的理想弹塑性本构关系在复合主拱圈加固圬工拱桥时可靠性较高，可供同类桥梁结构分析应用。     

偏压连拱隧道围岩稳定性模型试验与数值分析

按弹性阶段相似原则进行偏压条件下连拱隧道的室内模型试验,模拟连拱隧道的施工工况,研究Ⅲ级围岩地质条件下,偏压连拱隧道开挖的可行性.采用压力盒、数码相机、沉降板等仪器量测试验过程中隧道围岩应力和位移分布.应用三维连续介质快速拉格朗日元对偏压条件下连拱隧道的围岩稳定性进行了分析,掌握连拱隧道开挖时围岩的整体力学性质、变形趋势以及稳定性特点.物理模型所得结果与数值模拟所得结果进行对比分析,结果表明偏压条件下连拱隧道施工过程中,隧道左右洞室拱顶存在较大的差异沉降;右洞拱顶及左洞拱脚围岩是隧道最为薄弱的地方;中墙作为连拱隧道的关键结构,承受了较大的外部荷载,除其本身要达到强度及稳定性要求外,墙顶及墙底围岩易发生塑性屈服;偏压对隧道拱顶的影响最明显,侧墙次之,对拱底影响较小以及隧道围岩不稳定区域和围岩的松动范围与对称荷载情况存在明显差异.     

型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作机制研究

为探究在水平地震作用下型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作的机制,进行了1榀型钢再生混凝土框架与1榀型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙试件的拟静力试验.通过分析其试验现象、破坏机理、滞回曲线及骨架曲线,表明砌体墙在框架的约束下能显著提高结构刚度和承载能力.采用非线性有限元软件Perform-3D对试件进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,得到了结构协同工作时框架与墙体各自的受力状态.在此基础上对该结构进行参数分析,研究了轴压比、宽高比、配钢率和砌体墙厚度4个参数对型钢再生混凝土框架-砌体墙混合结构协同工作的影响.结果表明:随着轴压比的增加,框架-砌体墙承载力先升高后降低;随宽高比的增大,框架-砌体墙承载力显著提高;增大配钢率,框架的承载能力有所增强;随砌体墙厚度的增大,砌体墙部分的承载力和刚度显著增大,但框架部分的荷载-位移曲线变化很小.     

考虑底部加强的钢管束混凝土组合剪力墙压弯性能模拟分析

钢管束混凝土组合剪力墙是一种承载能力强、抗侧刚度大、延性好的新型剪力墙结构.针对其底部局部屈曲的破坏模式,本文提出一种钢管束混凝土组合剪力墙底部加强的改进方式.利用Abaqus有限元软件模拟分析了底部加强区高度与厚度对剪力墙承载能力和变形能力的影响程度,同时探讨了轴压比对钢管束混凝土组合剪力墙底部屈曲的影响.研究结果表明:底部加强方式可以使钢管束底部屈曲位置上移,充分发挥混凝土和钢管束的受力性能,显著提高剪力墙的承载力和变形能力;底部加强区高度在0.5倍墙高左右时,底部加强方式对钢管束混凝土组合剪力墙的改进效果最佳;随着轴压比增大,钢管束底部屈曲加剧,承载力和变形能力有所下降.