体外预应力UHPC节段梁抗弯性能试验研究

为研究体外预应力胶接缝UHPC节段梁的抗弯性能,完成了3根体外预应力UHPC梁的四点弯曲模型试验,包括一根整体梁和两根节段梁,获得了试件的破坏模式、荷载-挠度曲线和接缝张开情况等主要试验结果,胶接缝UHPC节段梁由环氧树脂胶层破坏导致接缝张开,与胶接缝NC节段梁由接缝附近NC破坏导致有所不同. 考虑截面预压应力和环氧树脂弯拉强度的作用,提出了胶接缝UHPC节段梁的接缝张开弯矩计算公式,计算结果与试验结果误差小于1%,吻合良好. 为准确计算体外预应力UHPC节段梁的抗弯承载能力,将UHPC节段梁的各节段简化为杆、接缝简化为弹簧铰,提出了杆-弹簧铰简化模型. 基于该模型,采用解析法推导了体外预应力筋的应力变化和二次效应的计算公式,预应力筋应力的理论值与试验值误差小于2.3%,吻合良好. 考虑到节段梁接缝张开的不确定性,提出了抗弯承载能力域的概念,即不同接缝张开情况下结构抗弯承载能力的包络范围,抗弯承载能力域的下限值与试验值误差小于6%,建议以下限值作为结构抗弯承载能力的参考值. 上述方法可丰富体外预应力胶接缝UHPC节段梁接缝张开弯矩和结构抗弯承载能力的计算理论.     

粘贴钢板加固RC梁抗弯性能分析

为研究钢板加固RC梁抗弯性能和破坏形态,做四根试验梁,对破坏后钢板加固的3根梁和1根普通对比梁进行抗弯性能试验,测出钢板层数(1、2、3层)加固下RC梁的荷载、裂缝、挠度等值,与未加固RC梁进行分析。有限元模拟软件对试验各个梁进行有限元分析,试验与有限元模拟对比验证,深入分析配筋率和钢板长度对加固RC梁加固效果和抗弯性能的影响。研究结果表明:钢板加固层数、长度、厚度和配筋率影响因素中,钢板层数的改变对RC梁抗弯性能的影响最为显著,且钢板存在最佳配板率和最优加固长度。     

连续刚构桥跨中节段混凝土接缝抗弯性能研究

为解决大跨径连续刚构桥在后期运营中常发生的刚度下降和跨中挠度持续增加的问题,采用节段混凝土接缝抗弯试验模拟连续刚构桥的悬臂施工,考虑试件是否分段以及分段后截面是否凿毛、钢筋布置状况、预应力等因素对大跨度连续刚构桥跨中挠度的影响规律进行研究,并对比分析不同弯曲下挠理论.试验结果表明:凿毛使接缝处混凝土结合能力得到有效提升...     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能分析

针对部分充填砼钢箱连续组合梁裂缝控制问题,开展超高性能混凝土(UHPC)翼板-部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能研究,探讨该组合梁裂缝控制的新途径.通过3根部分充填砼钢箱连续组合梁试验,得到挠度、滑移和裂缝的开展特征.基于ABAQUS软件建立部分充填砼钢箱连续组合梁有限元分析模型,分析UHPC翼板部分充填砼钢箱连续组合梁关键参数对受力性能的影响.结果表明:负弯矩区采用UHPC翼板能显著提高组合梁抗裂性能;当负弯矩区UHPC翼板长为0.3倍跨径、厚度为1/3翼板总厚时,能满足裂缝控制要求且经济合理;与普通混凝土相比,高应变强化UHPC初裂荷载提升2.3倍,可视开裂荷载提升7.6倍.     

装配式节段梁UHPC湿接缝界面力学性能数值模拟分析

为解决装配式节段梁菱形湿接缝抗剪性能弱、接缝界面易剥离、耐久性差等诸多工程实际问题,设计了一种“干”字形超高性能混凝土(UHPC)湿接缝,采用ABAQUS有限元软件分析接缝构造形式、接缝配筋率和接缝结合面粗糙度对UHPC湿接缝界面力学性能影响规律.研究结果表明：基于Traction-Separation结合面的有限元模型可较好模拟节段梁湿接缝界面力学性能;提出的“干”字形接缝界面力学性能显著优于菱形接缝,界面切向剪应力集中面积远小于菱形接缝,正弯矩受拉区钢筋和UHPC剥离位移最大可减小约83.7%;“干”字形湿接缝界面黏结正应力并不随着配筋率增加而同比例提高,配筋率对界面切向剪应力影响呈双峰效应;湿接缝配筋率建议取4.8%;配筋率和界面粗糙度对湿接缝界面法向剥离位移影响较小,可忽略不计.     

超高性能混凝土节段拼装混凝土护栏受力性能分析

面对装配化桥梁的高速发展及服役桥梁混凝土护栏改造的装配化需求,提出由超高性能混凝土(ultra-high perform-ance concrete,UHPC)装配连接的新型节段拼装混凝土护栏.通过数值模拟对比分析了准静态荷载和冲击荷载作用下新型节段拼装混凝土护栏和普通混凝土护栏的极限荷载、动力响应和破坏形式.结果 表明:新型节段拼装混凝土护栏在各类加载条件下均具有普通混凝土护栏同等的防撞性能;UHPC构件能替翼缘板吸收大量冲击能量,可有效减小翼缘板受力,起到一定的保护作用.所提混凝土护栏节段拼装方案为混凝土护栏的装配化施工提供参考.     

干接缝节段拼装桥墩连续梁桥地震反应分析

根据已有的干接缝连接节段拼装桥墩的研究成果,采用集中塑性铰方法对一座节段拼装连续梁桥的抗震性能进行了分析,比较了节段拼装连续梁桥与整体现浇钢筋混凝土连续梁桥地震响应的异同。研究结果表明：节段拼装桥墩桥梁的位移响应大于具有相同骨架曲线的整体现浇普通钢筋混凝土桥墩桥梁的位移响应。集中塑性铰方法可以推广应用到节段拼装桥墩桥梁中进行抗震性能分析。     

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了 2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验.借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对...     

部分充填钢箱-混凝土组合梁受力性能有限元分析

为了研究部分充填钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的受力性能,完成3根简支组合梁构件在跨中两点反向对称荷载作用下的试验.选用合适的单元类型、本构关系及破坏准则,建立以模拟试验梁为对象的非线性模型,得到相应的挠度-荷载曲线和截面应变值,模拟结果与试验结果吻合良好.通过改变梁的一些主要参数,对极限承载力和跨中挠度进行预测.分析表明:若要提高极限承载力和降低跨中挠度,可依次提高梁的配筋率,加厚底板、腹板、顶板和中隔板,也可适当提高混凝土强度.     

带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能分析

研究了带支撑节点板钢框架梁柱节点的抗弯性能.在ABAQUS有限元分析软件中采用C3D8I单元分别建立了6个由端板或双腹板角钢连接的钢框架梁柱节点模型,其中,2个不带支撑节点板,4个带支撑节点板.研究在正、负弯矩作用下支撑节点板对钢框架梁柱节点承载能力、转动刚度的影响,并分析了增设底角钢、端板外伸等措施对带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能的影响.分析结果表明,支撑节点板使钢框架梁柱刚度提高,具有了半刚性,明显提高了节点的抗弯性能,增设底角钢和端板外伸有助于提高带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能.     

考虑滑移效应的薄壁型钢-混凝土组合梁抗弯承载能力分析

分析滑移对冷弯薄壁U型钢-混凝土组合梁抗弯性能的影响通过对组合梁进行理论分析和ANSYS分析,建立考虑滑移效应的弹性和极限抗弯强度计算公式,计算简支冷弯薄壁U型钢-混凝土组合梁抗弯承载力理论计算值与试验结果对比表明,考虑滑移效应的弹性弯矩计算值和极限弯矩计算值与试验值吻合较好,滑移对组合梁弹性抗弯强度的降低不能忽略;考虑强度极限状态时,钢梁部分截面进入应力强化阶段的有利影响,滑移对极限抗弯强度的影响可以忽略不计.     

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明：优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用...     

高强超高延性混凝土梁弯剪性能理论分析与数值模拟

开展了14根高强超高延性混凝土（high-strength engineered cementitious composite,HS-ECC）梁的四点弯曲试验,研究了混凝土类型、纵筋配筋率和是否配置箍筋三因素对配筋梁弯剪性能的影响。基于平截面假定和材料本构关系,计算了配筋HS-ECC梁的受弯承载力。基于国内外规范,计算了无腹筋HS-ECC梁的受剪承载力。最后,采用Abaqus软件建立了HS-ECC梁的有限元模型。结果表明：有腹筋梁均为受弯破坏,随着纵筋配筋率增大,试件极限荷载和刚度逐渐增大,而延性未显著降低,配筋HS-ECC梁较普通混凝土梁具有更优异的裂缝分散能力和抗弯性能;无腹筋HS-ECC梁的破坏模式随配筋率增大由受弯破坏转变为受剪破坏,梁受剪承载力和刚度增大,但延性逐渐降低;配筋HS-ECC梁受弯承载力的计算结果与试验值吻合较好;HSECC梁有限元模型可有效模拟试件的荷载-位移曲线。     

配筋率对GFRP板-混凝土组合梁受力性能的影响

为研究配筋率对FRP板-混凝土组合梁受力性能的影响规律,利用ABAQUS有限元软件建立4种不同配筋率情况下的碳纤维增强复合材料(GFRP)加固混凝土梁模型,通过组合梁的荷载-跨中挠度曲线和承载力两个方面验证了模型建立方法的合理性.研究结果表明,随着配筋率的增大,组合梁的极限承载力也增大,相同荷载下,配筋率大的梁变形较小,说明增大配筋率可以有效提高组合梁的极限承载力,同时减小梁的变形.但是在相同条件下增大混凝土强度等级,能使组合梁承受的极限承载力和变形更大一些.因此,说明组合梁的受力性能不仅会受配筋率的影响,还会受到混凝土强度的影响.     

基于DIC的预应力节段拼装桥墩变形成分分析

目的 研究预应力节段拼装桥墩整体变形成分及组成,为该类桥墩变形能力及抗震性能分析提供参考。方法 在拟静力试验基础上,基于数字图像相关法(DIC)对配置不锈钢和普通耗能钢筋的预应力节段拼装桥墩的变形分量进行量测计算,并分析节段拼装桥墩整体变形组成。结果 节段拼装桥墩整体变形中底接缝转动占比从最初的40%左右可达最后的85%;第二接缝也存在转动,在试验的后期占比可达到5%～10%;节段拼装桥墩弯曲变形及接缝滑移变形对墩顶位移影响随位移角增大而减小,前者占比分别从15%降至5%,后者从10%降至约5%;剪切变形对墩顶位移影响随位移角增大基本可以忽略。结论 节段拼装桥墩墩顶位移主要由接缝转动贡献,其他变形成分与接缝转动相比影响较小。     

节段预制拼装混凝土桥梁剪力键接缝的抗剪强度

基于节段预制拼装混凝土桥梁腹板处多齿剪力键接缝脱离体的应力解析,分析并推导了多齿剪力键根部剪应力分布规律.依据弹性理论分析结果,提出了多齿剪力键根部剪应力分布的不均匀系数,并在考虑该不均匀系数后对AASHTO接缝抗剪强度计算公式进行了修正.与数值分析结果的比较表明,该修正公式能够准确地反映多齿剪力键中剪应力的变化趋势和峰值效应,而且修正公式计算结果与相关试验结果误差在5%以内.     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明：外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修...