重复荷载作用下低合金钢筋力学性能

主要通过建立低合金构件有限元模型,以割线弹性模量、荷载挠度、裂缝特征、残余变形为指标,研究重复荷载作用下低合金构件的力学性能。测试结果表明,在25、35 kN工况重复荷载作用下,随着荷载次数不断增加,低合金钢筋构件的割线弹性模量因构件中存在残余应变而不断衰减,荷载挠度由0.5 mm逐渐增大至2.0 mm。当重复荷载75万次数、重复荷载值在25～35 kN内逐渐增加时,低合金钢筋构件的裂缝逐渐增加,平均裂缝宽度由0.09 mm增加至0.23 mm并呈现整体逐渐增加、局部不稳定波动的发展趋势。     

既有预应力宽幅空心板受力性能的破坏性试验

为了准确评估宽幅空心板构件的承载能力,以昌樟(南昌—樟树)高速公路改扩建工程为依托,对肖江大桥拆除的2片服役20年的预应力混凝土宽幅空心板进行原型试验研究。试验采用2个1 500kN千斤顶,对空心板进行分级加载直至试件破坏,分析构件的破坏模式及加载过程中挠度、应变随荷载变化的关系;基于退化分层壳元法编程考虑材料、几何非线性的有限元分析程序,并应用该程序对试验全过程进行数值模拟。结果表明:构件破坏模式为顶板混凝土压碎,跨中截面形成塑性铰的典型受弯结构破坏;加载至构件开裂时,1号、2号梁的开裂荷载分别为360、320kN,对应的实测挠度值分别为22、16 mm,加载至破坏时,1号、2号梁对应的破坏荷载分别为880、800kN,对应的实测挠度值分别为556、540mm,构件具有较好的延性性能;数值模拟计算的开裂荷载和破坏荷载分别为360、920kN,为1号梁试验值的1.00、1.05倍,为2号梁试验值的1.13、1.15倍,数值模拟计算值与试验结果吻合较好,编程的有限元程序能较好地模拟预应力钢筋混凝土空心板的破坏全过程;由试验结果及理论计算得出,1号、2号梁的活载因子λ分别为3.16、2.77,安全系数Sf分别为1.57、1.43,构件具有较好的承载力性能。     

套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头拉伸性能影响试验

为研究套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头受力性能的影响，进行了39个套筒厚度、内径不同试件的单向拉伸试验，研究了其破坏形态、极限承载力、延性、钢筋和套筒应变等性能. 结果表明：试件的破坏形式有钢筋拉断破坏和钢筋拔出破坏；由于加载偏心影响，试件的有效搭接长度约为设计搭接长度的81%；套筒内径相同时，在一定厚度范围内，随壁厚增加，套筒约束增强，试件承载力增大；套筒壁厚相同时，壁厚较小（1.5?mm）时，约束较弱，内径（类似保护层厚度）越大，试件承载力越大，壁厚大于等于2.0?mm时，约束增强，试件发生拉断破坏，内径的增加对承载能力影响小；在弹性阶段，套筒壁厚比套筒内径对钢筋-灌浆料黏结力的影响更明显；套筒中部截面的纵向应变在加载前期为拉应变，随荷载增大逐渐向压应变转化；套筒中部截面的环向应变在加载前期为压应变，随荷载增大逐渐转变为拉应变.提出的接头极限黏结应力和钢筋临界搭接长度计算公式，适用性较好，可供实际工程参考.     

重复荷载下600 MPa级钢筋混凝土轴压柱受力性能研究

为研究高强钢筋混凝土柱受压性能,对8根配置600 MPa级钢筋、1根配置HRB400钢筋和1根配置HRB500钢筋的混凝土轴心受压构件进行重复荷载下受力性能的试验,分析混凝土强度、纵筋配筋率和配箍率对600 MPa级钢筋混凝土构件的破坏形态、名义应力—应变曲线和峰值应变的影响。研究结果表明,轴压试件的峰值应力会随着混凝土强度的提高而增大,但峰值应变却略有减小;轴压构件的峰值应变会随纵筋配筋率的增大而增大,但当配筋率较大时,则影响不大;轴压构件的峰值应力和峰值应变随体积配箍率的提高而增大。配置600 MPa级钢筋轴心受压构件的受压承载力可按现行规范规定的公式计算,建议600 MPa级钢筋的抗压强度设计值取400 N/mm~2。     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

圆CFRP-钢复合管内填砼构件的受弯性能研究

对16根圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件以及4根圆钢管砼受弯构件开展静力试验并分析实验结果。对于未包裹纵向CFRP的试件,其荷载-跨中挠度曲线类似于对应的圆钢管砼构件的曲线;对于包裹纵向CFRP的构件,其荷载-跨中挠度曲线可以划分为以下几个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件的延性要好于圆FRP筒内填混凝土受弯构件。对于具有相同钢管约束效应系数的试件。承载力提高率随着纵向CFRP层数的增大而增大。从加载之初直到最大承载力．钢管和CFRP筒在环向和纵向都可以协同工作。纵向受压最大点的环向扣应变最大,纵向受拉最大点的环向压应变最大,纵向受拉最大点的钢管对核心砼没有套箍作用。从加载之初直到大约0．8倍的极限承载力,试件纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定。纵向CFRP可以显著提高试件的刚度。     

劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。     

重组竹梁抗弯性能试验

为研究重组竹的抗弯性能,本文制作了6根足尺矩形截面重组竹梁,采用4点弯曲加载方法,测量了不同荷载下重组竹梁的跨中挠度和横截面应变.试验结果表明:重组竹梁的跨中挠度和纵向应变均与荷载成线性关系,且与理论结果一致;指接位置接近支座时,重组竹梁的抗弯性能较好,试验所得最大压应变和最大拉应变分别为-7.855 62×10~(-3)和6.980 27×10~(-3),极限荷载为110kN,最大挠度为28.75mm;指接位置位于跨中时重组竹梁抗弯性能较差,此时重组竹梁的最大压应变和最大拉应变分别为-2.717 44×10~(-3)和3.584 94×10~(-3),极限荷载仅为65.34kN,最大挠度为14.44mm.因此,重组竹梁用作抗弯构件时应避免指接位置位于受拉侧弯矩较大处..     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震性能分析

将弹塑性纤维模型引入基于柔度法的非线性梁柱单元,通过有限元分析软件OpenSees对钢筋混凝土桥墩在低周反复荷载作用下的受力性能进行了模拟.对墩底截面内力、变形和钢筋受拉应变进行了参数分析.结果表明:墩底截面内力和刚度随轴压比和配筋率的增大而增大,截面变形和钢筋受拉应变随轴压比和配筋率的增大而减小,随着延性比的增加,轴压比较大的试件的截面曲率和受拉钢筋应变的增长程度更加显著,钢筋硬化参数对于分析结果有较大影响.     

双重环筋约束下超短混凝土试件的局部受压试验研究

针对27个配置了双重环筋的圆柱形构件进行了局部受压试验,试件高度低于试件直径.研究了非局压区宽度b、试件高度h和约束钢筋配筋率ρ对试件的破坏形态、极限承载力、等效应力-应变曲线、开裂荷载、正常使用状态下的荷载及内外环筋屈服荷载的影响.在环筋的约束下,试件局压区核心混凝土体出现较高的强度和较好的延性.试件发生了三类破坏形态:侧面只有竖向裂缝、竖向裂缝加不全贯通环向裂缝和竖向裂缝加全贯通环向裂缝.高度系数β对于试件承载力的影响是最大的,随着β的减小,承载力呈非线性增大趋势.随配筋率增大,承载力增大,其增大量有变缓的趋势.宽度系数对试件承载力有一定影响,但不太明显.     

悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

套筒约束两根钢筋浆锚搭接拉伸试验研究

为了改善预制构件钢筋连接的施工便利性及提高连接效率,提出两根钢筋套筒约束浆锚搭接接头,进行了12个以搭接长度为变化参数的Ⅱ型搭接接头、63个以搭接长度和钢筋直径为变化参数的Ⅲ型搭接接头的拉伸试验,研究了试件的破坏形态、极限承载力、力-位移曲线及钢筋和套筒的应变,提出搭接接头的平均黏接应力的计算公式.与单根钢筋的I型搭接接头的相同之处为:试件破坏形态有套筒外钢筋拉断及钢筋与灌浆料滑移两种,套筒端部环向拉应变大于套筒中部,套筒中部近钢筋处拉应变大于远钢筋处.直径相同的钢筋拉断试件,套筒中部远钢筋侧环向应变随搭接长度增加而减小;不同处:Ⅲ型接头椭圆型套筒对灌浆料的约束力小于I型接头圆形套筒,造成Ⅲ型接头加载后期套筒外钢筋未表现出明显的屈服台阶,Ⅲ型接头钢筋滑移试件极限荷载时套筒中部远钢筋处环向应变未表现出I型接头随直径d增大而增大的趋势,Ⅲ型接头的搭接长度较大.     

循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤特性

为了研究循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤分布特征和损伤演化规律,利用有限元软件ABAQUS和混凝土塑性损伤模型,建立盾构隧道及内部结构数值模型,分析循环荷载幅值为50、 100、 150 kN和不同循环次数时隧道内部结构的损伤特性。结果表明：当循环荷载作用于中间车道时,隧道内部结构的拉致损伤主要位于边跨面层和预制箱涵中部,并且拉致损伤范围随循环次数的增大而逐渐增大;压致损伤主要集中在中跨面层和预制箱涵支座处路面,扩散趋势不明显;内部结构的拉、压致损伤随循环荷载幅值的增大而增大,并且循环荷载幅值对内部结构损伤的影响远大于循环次数的影响;内部结构的塑性应变分布趋势与拉致损伤分布趋势相似,混凝土的材料特性使得塑性应变在初始阶段明显增加,随着循环次数的增加,塑性应变趋于缓慢增长。     

双缝混凝土三点弯曲梁断裂性能试验

为了研究双缝混凝土三点弯曲梁的断裂性能,分别对初始缝高比为0.4的单缝,主缝缝高比为0.4、次缝缝高比为0.2～0.4及主次缝间距为120 mm和160 mm的双缝标准混凝土三点弯曲梁,共24个试件进行了试验研究。基于双K断裂理论,分析了次缝缝高比及主次缝间距对实测的荷载-裂缝张口位移P-δ曲线的影响。结果表明:随着次缝缝高比的增大,试件的起裂荷载从4.65 kN增至7.12 kN,增大53.1%,最大荷载从7.37 kN增至8.22 kN,增大11.5%;随着主次缝间距的增大,试件的起裂荷载、最大荷载及其比值均同步先增大后减小,且当主次缝间距为80 mm时,均达到最大。相比单缝试件,次缝缝高比越大,实测P-δ曲线线性段的斜率越高,主次缝间距越大,P-δ曲线线性段的斜率越小。     

贯穿钢筋在波形PBL连接件中的影响研究

为了研究贯穿钢筋直径对波形PBL连接件极限抗剪承载力的影响,设计了贯穿钢筋直径分别为16 mm、20 mm和25 mm三组PBL连接件推出试验试件,通过使用5 000 kN的加载试验机对试件进行加载试验,测量出试件中工字钢与混凝土板之间的相对位移,并绘制出试件的荷载位移曲线.试验结果表明,当贯穿钢筋直径从16 mm增加到20 mm时,波形PBL连接件的抗剪承载力随着贯穿钢筋直径的增加而提高,当贯穿钢筋直径从20 mm变到25 mm时,波形PBL连接件的抗剪承载力虽在增加但增幅明显下降.     

焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232kN·mm^-1及213k N·mm^-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。     

反复荷载作用下钢筋再生混凝土框架边节点的破坏机理

为研究反复荷载作用下钢筋再生混凝土框架边节点的破坏机理,以再生粗骨料取代率为研究变量,设计4个框架边节点试件进行拟静力实验.观察节点区域的裂缝发展形态,获取节点混凝土应变、箍筋应变、梁柱纵筋应变随加载位移的变化曲线,并分析再生粗骨料取代率变化对试件破坏形态的影响规律.结果表明:节点剪力主要由混凝土斜压杆机构承担,通裂后则由钢筋构成的桁架机构和斜压杆机构共同承担;节点箍筋明显早于梁纵筋和柱纵筋发生屈服,体现节点剪切变形的受力特征;再生粗骨料的存在会加剧试件的裂缝发展、增大钢筋和混凝土的应变,其中以取代率为70%的试件最为严重.     

装配式墩头锚固预制楼板力学性能研究

针对装配式钢结构楼板体系,设计研发了墩头锚固预制楼板及其连接件,并进行了1个墩头锚固预制楼板试件和1个现浇楼板试件的静力加载试验.试验结果表明预制楼板为受弯破坏,主要裂缝出现在钢筋墩头和垫板所在位置;现浇楼板为受弯破坏,主要裂缝出现在钢梁边缘与楼板交界处.分析了两个楼板的竖向荷载-跨中挠度曲线、割线刚度-跨中挠度曲线、整体挠度曲线和荷载应变曲线.钢筋墩头锚固可靠,预制楼板可以传递支座负弯矩,设计时可以按照连接板考虑.将试验结果与理论计算结果进行对比,发现理论计算结果与现浇楼板试验结果拟合较好,预制楼板的开裂荷载和极限荷载较理论值小,建议进行预制楼板设计时考虑一定的折减系数.     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究

试验研究了低锈蚀率钢筋对偏心受压构件承载力的影响.将4根钢筋混凝土柱置于湿盐砂中外通直流电加速锈蚀,锈蚀完毕后与3根未锈蚀柱进行偏心受压试验,试验在5 000 kN长柱试验机上进行.另外对锈蚀钢筋进行了拉伸试验.结果表明,偏心距较小时,锈蚀柱截面应变仍符合平截面假定;偏心距相同时锈蚀柱的承载力及刚度比完好柱明显降低.锈蚀钢筋的名义屈服强度、名义极限强度随锈蚀率呈线性降低;随钢筋锈蚀率增大,钢筋的延性降低更快.     

冲击荷载下含裂纹缺口三点弯动态断裂实验

为研究缺口大小对含裂纹缺口构件动态断裂的影响,采用动态光弹性实验方法,对含裂纹缺口试件进行了冲击实验.基于冲击断裂过程中试件的等差条纹变化图片和动态应变仪采集的应变数据,分析了冲击荷载下裂纹尖端的动态应力强度因子、裂纹扩展速度和锤头应变的变化规律.结果表明:不同缺口角度试件受到冲击荷载后,应力强度因子的变化随时间变化的趋势基本一致,应力强度因子的峰值随角度增大而增大,应力强度因子的峰值在缺口角度大于90°后增大更显著;锤头应变都表现出先压缩后拉伸然后逐渐震荡趋于平缓的变化规律,当缺口角度大于90°时,锤头的最大压应变增长趋势显著增加;不同缺口角度试件的裂纹扩展速度随时间变化规律基本一致,但当缺口角度大于90°之后,试件的起裂时间显著延长.由此得出结论:当缺口角度对含裂纹缺口构件的动态断裂有一定影响,当缺口角度小于90°时影响不显著,当缺口角度大于90°时起裂难度显著增加.