钢桥塔局部稳定试验与数值分析

依据钢桥塔的结构形式和受力特点,设计了具有典型构造形式的钢桥塔节段模型.对模型进行了轴心受压试验,得到了构件破坏时的稳定承载力、局部失稳模态以及受力特征,揭示了钢桥塔局部失稳破坏机理,建立了钢桥塔节段的板壳有限元模型,分别进行了一类稳定和二类稳定计算.结果表明:考虑材料非线性、几何非线性以及结构初始缺陷影响的二类稳定计算结果与试验结果吻合较好;局部失稳的发生导致了结构的几何构形发生了改变,在局部变形不断增大的同时,钢桥塔壁板的轴向应变分布也由均匀变为不均匀;基于模型试验和数值分析结果,对钢桥塔的稳定性分析和设计提出了建议.     

钢板笼约束混凝土组合柱正截面偏心受压承载力分析

在8根偏心受压钢板笼约束混凝土组合柱试验研究的基础上,基于箍筋的拱作用原理和方钢管混凝土承载力的计算方法,参考混凝土结构设计规范中偏心受压柱承载力计算的相关公式,提出钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压情况下的正截面承载力计算方法,并将计算结果与试验数据进行对比.结果表明:可采用混凝土结构设计规范提供的方法计算钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压承载力,理论计算结果和试验数据吻合地较好.     

双跨连续GFRP-混凝土组合板的试验研究

为研究GFRP-混凝土组合板的受力性能,对3块GFRP-混凝土组合连续板进行了静载试验.3块组合板分别通过环氧树脂胶或剪力栓钉与下部型钢支座连接.试验结果表明:所有组合板的最终破坏形态均表现为加载垫块处局部冲剪破坏;中支座处和边支座处没有出现荷载重分布现象,组合板表现出良好的空间受力性能及变形协调能力.然后,基于塑性极限理论,提出了一种GFRP-混凝土组合板极限承载力计算方法.预测值与试验值的比较结果表明,所提方法可以有效地预测GFRP-混凝土组合板的极限承载力.     

复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明：钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

焊钉连接件抗拉承载力试验研究

为建立组合结构桥梁常用焊钉连接件的抗拉承载力计算方法,进行了高度分别为100、200、300和400mm的焊钉连接件抗拉承载性能模型试验,比较分析了高度对破坏模态、承载力和峰值分离的影响;基于国内外93个模型试验结果,比较分析了ACI 318-08、PCI 5th和CEB-ECCS等标准所建议抗拉承载力计算式与试验结果的吻合度;给出了防止焊钉拔出、边缘混凝土压裂和混凝土掀起等脆性破坏的限制条件;结合脆性破坏限制条件和延性破坏抗拉承载力计算式提出了焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法.研究结果表明:焊钉受拉延性破坏时的承载力和峰值分离约为脆性破坏时的1.5和5.8倍;ACI 318-08所建议计算式与试验结果吻合度较高;分别采用混凝土强度等级、焊钉缘端距离及焊钉高径比作为限制条件,能够防止焊钉受拉时发生脆性破坏;提出的焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法,可为焊钉连接件的延性设计提供参考.     

焊钉连接件抗拉承载力试验

为建立组合结构桥梁常用焊钉连接件的抗拉承载力计算方法,进行了高度分别为100、200、300和400mm的焊钉连接件抗拉承载性能模型试验,比较分析了高度对破坏模态、承载力和峰值分离的影响;基于国内外93个模型试验结果,比较分析了ACI 318-08、PCI 5th和CEB-ECCS等标准所建议抗拉承载力计算式与试验结果的吻合度;给出了防止焊钉拔出、边缘混凝土压裂和混凝土掀起等脆性破坏的限制条件;结合脆性破坏限制条件和延性破坏抗拉承载力计算式提出了焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法.研究结果表明:焊钉受拉延性破坏时的承载力和峰值分离约为脆性破坏时的1.5和5.8倍;ACI 318-08所建议计算式与试验结果吻合度较高;分别采用混凝土强度等级、焊钉缘端距离及焊钉高径比作为限制条件,能够防止焊钉受拉时发生脆性破坏;提出的焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法,可为焊钉连接件的延性设计提供参考.     

T形钢管混凝土短柱轴压试验

进行了6根普通构造T形钢管混凝土轴压短柱的试验研究,以考察无加劲措施T形钢管混凝土柱的变形特征、破坏模式和承载能力.试验的主要参数有管壁宽厚比、截面高宽比.试验结果表明,由于T形钢管混凝土柱的核心混凝土延缓了钢管的局部屈曲,尽管该组合构件承载力不能得到有效提高,但延性却得到相当改善;阳角钢管对混凝土提供了较强的约束,而由于钢板与混凝土的分离,阴角钢管几乎不能约束混凝土;T形钢管混凝土柱的破坏形态主要为钢管鼓曲及此部位及阴角区域混凝土压碎破坏;管壁宽厚比越小,初始鼓曲发生越晚,钢管对混凝土的约束效应越强,承载力越高、延性越好.最后采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行了计算,并对不同计算方法的适用性进行了探讨.     

复合材料机身帽型长桁加筋壁板剪切失稳及张力场计算

摘 要 碳纤维复合材料逐渐大量应用于大型民机机身设计,本文通过分析和试验的方法研究了复材机身单曲率壁板在剪切载荷下的失稳及破坏特性。采用先进的大型机身壁板试验设备完成单曲率壁板的剪切载荷试验,得到壁板的失稳模态和失稳载荷、破坏模式和破坏载荷。采用不同边界的工程方法和有限元特征值方法研究了机身壁板的剪切失稳特性。采用剪切张力场分析方法研究复材壁板的剪切破坏特性。最后通过试验结果完善了剪切失稳分析方法,验证了剪切张力场分析方法,为复材机身壁板的设计分析提供支持。     

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.     

钢桥面铺装现场实测性能对比研究

现有桥面铺装相关研究在室内实验性能方面较多,在实际使用性能方面研究较为匮乏。采用路面使用性能指数评价与室内试验相结合方法对环氧沥青铺装和复合式铺装(沥青玛蹄脂+浇注式沥青混凝土)两种铺装层的现场使用性能进行对比分析。路面使用性能检测结果表明:两种铺装的国际平整度指数与横向力系数基本相当,复合式铺装的车辙深度大于环氧沥青铺装。间接拉伸动态模量试验表明:铺装层动态模量与加载频率成正比,与温度成反比,环氧沥青铺装动态模量大于复合式铺装。GPC试验结果表明:环氧沥青铺装病害区与无病害区LMS比值差异显著,复合式铺装则不明显;集料筛分结果显示推移拥包区浇注式混凝土细集料比例较无病害区高50%以上。两种铺装的病害各有特点,但都与层间结合不良或失效有关。     

复合剪力连接件群钢-混结合段力学性能

为研究复合剪力连接件群钢-混结合段的力学性能,以我国首座铁路混合梁斜拉桥为研究背景,通过数值模拟与模型试验相结合的方法研究了钢-混结合段及其复合剪力键群的静力和疲劳性能。结果表明：需注重钢-混结合段的构造细节处理以避免产生局部应力集中现象;剪力钉较PBL剪力键起主要传剪作用,与复合剪力键群形式相比,只采用PBL剪力键传剪会增大承压板传力负荷;底板剪力钉受形式与推出试验结果一致,由于混凝土浇筑质量等原因,顶板剪力钉受力形式与推出试验有一定差异;在疲劳试验后,受力较大的底板剪力钉根部应力水平增大较多,进入弹塑性受力状态,受力较大的PBL剪力键应力水平有所增大,但整体应力水平较低。可见采用复合剪力键形式的钢-混结合段受力合理,其设计可以为其他同类工程提供参考。     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

弹体高速贯穿混凝土/钢板复合靶板的试验及理论分析

为建立弹体贯穿混凝土/钢板复合靶板的终点弹道参数分析模型.首先开展了缩比弹体高速冲击贯穿混凝土/钢板复合靶板的试验研究,测得了不同打击速度下弹体贯穿复合靶板后的弹道参数.随后,基于将后覆钢板按照弹道极限相同的原则转化为混凝土靶板的原理,通过混凝土厚靶的抗贯穿分析模型,结合已有的弹体贯穿金属靶板的公式,建立了弹体高速贯穿混凝土/钢板复合靶板的分析模型.最后,将模型预测结果与试验数据进行了对比,验证了模型的正确性.     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

空腹式石拱桥承载能力静载试验与有限元分析

在改造要求条件下,就某空腹式石拱桥的承载能力进行了现场静载试验与有限元数值模拟分析.结果表明,主拱圈的挠度和残余变形量小、最大压应力和拉应力也小,均满足承载能力和正常使用极性状态的要求.但拱座的水平位移不能恢复,这将会导致整个主拱圈承载能力下降,甚至引起主拱圈跨塌现象,故建议对该桥拱座基础进行加固处理、并保证加固效果,或采取重新修建桥梁的方案,以便保证桥梁改造后能满足使用要求.