基于弹性力学的钢桥面铺装层应力分析

针对钢箱梁桥面易发生破损和开裂的问题,基于二维弹性力学理论,推导出常温下汽车荷载作用下钢箱梁桥面铺装层应力分布的解析表达式。以广东马房大桥的超高韧性混凝土(STC)桥面铺装新体系为例,分析了STC铺装层厚度和箱梁横隔板尺寸对桥面铺装应力和变形的影响。与文献值、有限元解以及现场实测数据进行对比,证明了本文分析模型与计算方法的合理性与有效性。结果表明:随着横隔板尺寸的增大,横隔板处铺装层的拉应力呈对数递增,而跨中铺装层的压应力呈指数递减;在横隔板刚度和强度足够的条件下,减小横隔板腹板的厚度能减小横隔板处铺装层的最大拉应力;保持STC铺装的总厚度不变,路面的最大应力随STC层厚度的减小而增大;适当增加高弹模层的厚度能有效提高桥面的刚度并减小铺装层的最大应力。研究结果为钢桥面STC铺装的设计和箱梁横隔板截面尺寸的选取提供了参考。     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.     

钢筋混凝土雨篷板配筋率及截面尺寸对雨篷抗爆性能的影响

钢筋混凝土雨篷由雨篷梁和雨篷板组成,其破环形态主要表现为雨篷板发生断裂破坏.为研究雨篷板对雨篷抗爆性能的影响,利用LS-DYNA软件建立了钢筋混凝土雨篷的标准尺寸有限元模型.在不同爆炸点布置药量W=5kg与W=10kg的TNT炸药,对爆炸荷载作用下雨篷最大位移、梁钢筋应力、混凝土破坏形态3方面进行分析并研究了雨篷板配筋率对雨篷抗爆性能的影响.然后,在药量W=10kg的条件下,保持最大配筋率不变,研究了雨篷板悬挑长度与厚度的改变对雨篷抗爆性能的影响.通过研究发现:雨篷板比雨篷梁破坏更严重.雨篷梁与雨篷板钢筋的最大应力介于静态屈服强度与动态屈服强度之间.增加雨篷板的配筋率对雨篷抗爆性能的提高不明显.减小雨篷板长度、增加雨篷板厚度可以有效地提高雨篷的抗爆性能.     

混凝土桥面复合式铺装层受力分析和设计

选取典型的T梁和箱梁桥型,将桥梁体、水泥混凝土铺装层、防水层、沥青混凝土铺装层视作一个整体,研究了复合式桥面铺装在承受汽超-20偏载作用下的结构响应.采用有限元方法进行三维空间实体建模,分析了铺装层受力最不利位置、铺装层拉应力、层间剪应力和层间法向拉应力.结果表明：桥梁体、水泥混凝土铺装层、防水层和沥青混凝土铺装层相互作用,在桥梁结构特殊部位产生铺装层最大拉应力,在轮载作用域产生最大层间应力;铺装层厚度对荷载应力大小有重要影响.提出了复合式铺装的设计指标,建议沥青混凝土铺装层和水泥混凝土铺装层厚度的设计采用复合式结构.     

爆炸荷载作用下型钢混凝土柱的动力响应影响因素分析

目的数值模拟爆炸荷载作用下型钢混凝土柱损伤破坏,分析凝土等级、型钢截面形式、纵筋配筋率、柱高等因素对型钢混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律.方法采用有限元显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立型钢混凝土柱的三维有限元模型,在进行型钢混凝土柱的动态响应分析时,对型钢混凝土柱各材料间共线共结点方式建模,并考虑型钢与混凝土之间的摩擦接触.通过比较相同荷载幅值条件下,爆炸与静力作用下的应力分布的异同来说明爆炸作用下应力的分布特点.结果提高型钢强度和纵向受力钢筋配筋率对型钢混凝土柱抗爆性能的提高并没有显著效果;相同最大荷载值的静载与爆炸荷载两种情况下,爆炸荷载下的破坏能力较强,破坏程度较大.结论采用高强度混凝土,选用截面惯性矩较大的型钢,以及选用截面和高度尺寸适宜的型钢混凝土柱有利于提高型钢混凝土柱的抗爆性能;细长柱的抗爆性能较弱,实际工程中尽量避免选用.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议.方法采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析.结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度.结论钢梁的破坏模式与比例距离有关.随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式.增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

爆炸波与破片联合作用下砌块墙的损伤和防护

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙、破片和炸药的模型,并对其在由爆炸驱动的破片和由爆炸产生的冲击波作用下的损伤进行了数值模拟.分析了单独冲击波作用、单独破片作用及二者复合作用下混凝土空心砌块填充墙位移响应的差异,探究了不同砌块强度、空心砌块壁肋比、砂浆强度和钢丝网网格密度对混凝土空心砌块填充墙的位移响应的影响.给出了聚脲弹性体、聚脲弹性体与钢丝网联合加固二者加固效果的比较.结果表明:通过与试验对比验证,建模方式是可靠的;在破片和冲击波复合作用下,混凝土空心砌块填充墙的位移比二者线性叠加的位移更大;提高砌块强度等级、提高空心砌块的壁肋比对墙体抗爆有利;改变砂浆强度对墙体抗爆的影响微弱;加密钢丝网网格可显著提高其防护效果.     

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件

为研究内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件,采用量纲分析对内部爆炸作用下有限厚混凝土靶背面震塌破坏进行研究,得到了量纲一的临界震塌厚度的工程计算式. 结果表明,当装药密度一定时,随着装药直径或装药长径比的增加,临界震塌厚度也非线性递增,且存在极限临界震塌厚度;研究表明,临界震塌厚度关于装药直径存在第二类自相似.      

整桥-温度-重载耦合作用下钢桥面黏结层力学分析

建立了整桥鱼脊骨模型和基于复合材料层合板单元的铺装层体系计算模型.首先分析了整桥应力场及局部梁段的温度场对防水黏结层的作用效应以及最不利工况,然后得到黏结层在重载、整桥应力场及日照温度场耦合作用下的最不利层间剪应力.计算结果表明:整桥应力场作用时,黏结层在受扭梁段受层间横向剪应力为主,而在受弯及受拉梁段受层间纵向剪应力为主;当日照温度场作用时,受层间横向剪应力较大;重载作用下,黏结层层间横向剪应力明显大于纵向剪应力,且与荷载集度呈线性关系.在整桥-温度-重载多场耦合作用下,分析得到黏结层的最不利受力状态,并基于贡献率的概念,分析了整桥应力场、日照温度场及车辆荷载各自对黏结层层间剪应力的贡献情况.车辆荷载作用对黏结层层间横向剪应力的贡献率仅为80.1%,对黏结层层间纵向剪应力贡献率为89.3%.     

薄壁箱梁大吨位预压力锚固区局部承压

随着连续刚构梁桥跨度越来越大,悬臂施工中大吨位预压力锚固的应用也越来越普遍,但是大吨位预应力锚固区薄壁混凝土箱梁承压局部应力分布复杂,通过对大吨位锚下混凝土局部应力分析,揭示其分布规律是后张法预应力混凝土桥梁结构有待解决的课题之一.从理论上对局压问题的影响因素、破坏原因及局压产生的裂纹类型等进行了阐述.结合重庆菜园坝长江大桥北引桥连续刚构混凝土梁桥工程实例,一方面,根据现行的《公桥规》中有关局部承压强度、抗裂性及最小保护层厚度等方面的规定,对0块顶板T2大吨位预应力束(设计值拉力4 882.5 kN)下混凝土进行了验算,另一方面通过有限元仿真分析,两者所得的结果相互验证,均符合规范规定要求.结论指出采用在锚下混凝土中增设横向拉筋使之与腹板内两侧钢筋网片形成封闭箍筋的设计可以解决大吨位薄壁腹板混凝土局压问题.     

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.      

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型,通过有限元计算,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性。从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限,将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知,本文的设计结果合理,可作为大跨径钢箱梁桥面板的依据。     

丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响

为研究丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响,通过改变丝网结构的层数和目数,对连接有一段管道的球形容器进行实验。研究发现,当系统处于开口状态时,在管道处加入具有抑爆效果的丝网后,容器内最大泄爆压力增大,且最大泄爆压力随着丝网层数以及丝网目数的增加而增大。建立数学模型对容器内部最大泄爆压力进行拟合,通过拟合公式发现,丝网层数对容器管道开口系统气体爆炸时的最大泄爆压力有一定的影响,并且开始时最大泄爆压力随着丝网层数的增加而增加,随后丝网结构对最大泄爆压力的影响逐渐减小,最大泄爆压力趋于稳定。     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

钢绞线网-聚合物砂浆加固小偏压RC柱中聚合物砂浆的作用分析

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固法作为目前一项崭新的结构加固技术,正越来越多地使用在混凝土结构加固工程中。在考虑和忽略聚合物砂浆的强度2种情况下,分别进行了在该技术加固下的小偏心RC柱正截面极限承载力计算。结果显示聚合物砂浆的强度在该加固中不可忽略,并归纳出影响聚合物砂浆强度对正截面承载力提高的因素,其中主要影响因素有偏心距,聚合物砂浆的厚度、强度,钢绞线网间距、钢绞线面积以及加固柱混凝土强度等级。     

波形钢腹板组合连续箱梁有效翼缘宽度计算初探

针对目前规范中缺少有关波形钢腹板组合连续梁桥有效翼缘宽度的相关规定,提出一种翼缘有效宽度计算方法,以某大跨度波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥为背景,对其有效翼缘宽度计算进行初步研究,研究结果表明:在自重和集中荷载作用下,跨中混凝上内衬边缘的剪力滞效应显著,翼缘板的有效翼缘宽度系数分别达到0.87和0.7左右,其它部位剪力滞效应不明显;而预应力荷载作用下,波形钢腹板组合连续箱梁的各截面处的剪力滞效应均不明显,可以忽略不计,最后通过有限元计算结果与国内外规范对比发现,波形钢腹板箱梁跨中部分有效翼缘宽度与混凝土箱梁基本一致,设计计算时可参照普通混凝土箱梁;内衬边缘截面的剪力滞效应介于普通混凝土箱梁与钢箱梁之间,其有效翼缘宽度的计算也应介于二者之间。     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

钢绞线网片-聚合物砂浆外加层加固种植屋面设计计算研究

采用小模数预张拉钢绞线网片-聚合物砂浆外加层加固既有建筑种植屋面,钢绞线应力尚未达到极限值,其应变宜应用平截面假设确定,钢绞线材料的物理关系应限于弹性阶段,其弹性模量Ew也不宜取值过高,据此导出极限承载弯矩的计算式,计算结果与实验结果吻合好,其可靠性为我们承担的大量工程实践证实.根据大量计算结果归纳总结出承载力提高系数...