山西霍州汾河铁路桥加固效果评估试验

山西霍州汾河铁路桥位于山西省霍州市白龙矿专用线上,桥梁全长 248. 52m,由 12孔跨度为 20m的低高度普通钢筋混凝土T梁组成,横向无联接。为了满足利用该桥进行大件运输的要求,采用横向预应力联接的方法对旧桥进行了加固,并通过静载试验来评估加固后桥梁的承载能力,据以推断桥梁是否满足大件运输的要求。通过对静载试验的结果进行分析,并对大件货车载荷(ZG-5方案)进行验算,本文得出结论为:桥梁经加固消除斜弯曲影响后,在大件货车载荷(ZG-5方案 )和恒载共同作用下,梁体混凝土和主筋的应力值分别为: 10. 07MPa和120. 86MPa,均小于各自容许应力值 14MPa和 180MPa,梁体强度满足规范要求;梁体在中 -活载作用下的挠跨比为 1 /2045,满足铁路桥梁检定规范的挠跨比参考限值 1 /1900的要求,梁体竖向刚度满足规范要求;所以从静载试验的结果可以判断,该桥可以满足大件运输的要求。     

倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的稳定承载力研究

采用理论推导与数值模拟相结合的方法,对倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的弹性屈曲和弹塑性屈曲进行了深入研究。首先,理论推导了拱的截面剪切刚度,并提出了拱在全跨均布径向荷载作用下的弹性屈曲公式。此外,还提出了避免连接板和弦杆在拱发生整体弹性失稳之前发生局部失稳的限制条件。然后,分别研究了在全跨均布径向荷载和全跨均布竖向荷载作用下,拱的整体弹塑性失稳机理。结果表明,在全跨均布径向荷载下,拱在1/4跨和3/4跨附近的弦杆会发生屈服,最终发生拱的整体弹塑性失稳。基于数值结果,建立了拱在全跨均布径向荷载作用下的稳定曲线,并针对拱发生整体弹塑性屈曲提出了相应的稳定承载力设计公式。在全跨均布竖向荷载作用下,钢拱发生整体失稳时,在拱脚两端附近的下弦杆会进入屈服。同样地,本文也提出了拱在全跨均布竖向荷载作用下,发生整体弹塑性失稳时的稳定极限承载力设计公式。本文所建议的公式与有限元结果符合得较好,可供实际工程设计参考。     

水力耦合作用下煤矿井壁结构的竖向承载特性试验

为掌握深厚含水层段地下水渗流-应力耦合作用下钢筋混凝土井壁结构的竖向承载特性,根据相似理论设计出了4组模型试验,并在同组试验中增设对照试验;研究了不同强度井壁混凝土在考虑与不考虑水力耦合作用下的力学性能差异以及水力耦合作用下井壁结构的应力变形特征与竖向极限承载力的变化情况。结果表明:地下水渗流-应力耦合损伤影响程度与井壁混凝土强度有关;随着混凝土强度提高,相应地,抗渗性与密实度亦得到提高,地下水渗入混凝土内部的难度增加,从而使耦合损伤影响程度减弱。结合极限平衡理论对井壁结构的受力机理展开了分析,根据理论推导和试验结果共同建立了水力耦合作用下井壁结构竖向承载力计算公式,理论值与试验值偏差范围为0.39%～2.05%,此结果可为该类井壁结构的竖向承载力设计提供依据。     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能,设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟,研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良,滞回曲线饱满且稳定,位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好;混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度,水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用,能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径,加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域,降低了加载后期荷载下降速度,提升了节点抗震性能;随着连梁跨高比的增加,节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时,梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的抗震性能试验研究

沙漠砂蒸压加气混凝土砌块是一种新型墙体建筑材料,本文利用沙漠砂制成的B06级沙漠砂蒸压加气混凝土砌块,以村镇建筑为对象,设计了两片在不同的竖向压应力0.1MPa和0.3MPa作用下的墙体,进行了拟静力试验的研究,分析了墙体在这两种竖向压应力作用下的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性系数以及刚度退化曲线。结果表明:在水平低周反复荷载作用下,墙体的破坏主要以剪切破坏为主,随着压应力的增加,墙体在破坏时的斜裂缝显著增加,且刚度退化更平缓;在竖向压应力为0.3MPa作用下墙体的极限荷载、延性系数大约是0.1MPa作用下的1.71倍和1.16倍。研究结果可为沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的承载力理论计算提供数据支撑。     

钢框架-预制再生混凝土结构抗震性能有限元分析

为分析钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系在低周反复荷载作用下的抗震性能及其受力机理,在拟静力试验研究的基础上,采用ABAQUS程序展开非线性分析,重点分析并对比了各试件的滞回曲线、骨架曲线、变形特征,有限元分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑墙板厚度、再生混凝土强度等级、高跨比、轴压比4个影响参数,进行参数扩展分析。研究结果表明:钢框架-预制再生混凝土结构的极限承载力随墙板厚度的增加和再生混凝土强度的提高而增大,墙厚从80mm增加到110mm时,结构极限承载力提高了12.8%;再生混凝土强度从C25增加至C40时,结构极限承载力增加了9.0%;随着高跨比的增加,结构的初始刚度和极限承载力都显著减小,高跨比从1.048增加到1.238时,极限承载力降低了17.37%;而钢柱轴压比变化对结构的初始刚度和极限承载力影响不显著。研究结果可为钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考依据。     

5级人防口部粘钢封堵接头抗爆实验研究

通过粘钢实现一典型汽车库人防口部封堵的设计方案,并对原设计方案进行相似设计后,对粘钢接头结构实验模型在核爆炸压力模拟器中进行模爆实验,得到沿竖向支座钢板的位移和应变时程曲线,并和有限元数值解进行了对比,其结果均较吻合,通过沿竖向支座钢板的应变分布规律得到钢板-混凝土界面之间的粘结应力;检验了在5级人防爆炸冲击波作用下,混凝土墙与钢板间粘结面承载力的可靠性;分析了5级人防爆炸荷载作用下支座钢板沿竖向应力的分布规律,为确定混凝土墙与钢板之间粘结应力的计算方法提供了参考。     

考虑几何非线性的柔性光伏支架变形与刚度分析

柔性光伏支架采用了小垂跨比（小于1/30）的悬索结构,具有很强的几何非线性。本文以直线状态索拉力为初始条件,给出了均布载荷下跨中垂度的三次方程和垂度显式解析解,求出考虑大变形几何非线性的索力高精度近似解;通过对平衡方程和垂度方程微分,得到了平衡状态的竖向切线刚度;通过对工程算例进行分析,并与非线性有限元计算结果进行对比,跨中垂度、索拉力误差均不超过0.5%。本文所得到的静力计算公式简单、准确,平衡状态竖向切线刚度物理意义明确,可为柔性光伏支架静力分析和结构设计提供参考。     

节理充填物厚度对运动裂纹扩展的影响

为研究冲击载荷作用下节理充填物厚度对裂纹扩展行为的影响,以石膏为有机玻璃预制裂纹充填物,利用新型数字激光动态焦散线实验系统,对3种不同节理充填物厚度的有机玻璃进行三点弯冲击实验。实验结果表明,相同冲击载荷作用下,竖向预制裂纹均竖直向上扩展,是典型的Ⅰ型裂纹,充填物越厚,竖向裂纹越容易起裂。竖直裂纹扩展至水平预制裂纹后,充填物厚度为1、3、5 mm的试件的水平预制裂纹汇聚能量的时间分别为433、2 200、2 580 μs,起裂时的应力强度因子分别为635.2、742.4、906.8 kN/m3/2,表明充填物越厚,水平裂纹越难起裂。水平预制裂纹扩展过程中共发生2次曲裂,是典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,节理充填物越厚,其扩展轨迹越弯曲;当裂纹扩展至距离试件上边界3 mm时,扩展方向偏离第1次裂纹曲裂切线而朝向试件上边界扩展,试件最终断裂,测量发现充填物厚度为1、3、5 mm的试件的断裂点与冲击载荷作用点的距离分别为16.5、11.0、6.0 mm。     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

基于实测荷载的铁路钢桁梁桥疲劳可靠性评估

为了对钢桁梁桥疲劳进行评估,引入可靠性理论,提出了基于实测荷载的桥梁疲劳可靠性评估方法。根据某铁路钢桁梁桥实测车辆荷载数据,建立了随机车辆荷载模型。并在考虑车辆荷载随机性的基础上,结合Monte-Carlo法与有限元,分析了钢桁梁桥构件疲劳应力谱,计算了构件疲劳可靠性随时间的变化,并探讨了车辆荷载及荷载效应变异性对构件疲劳可靠性的影响,最后采用β约界法与静力分析法对钢桁梁桥系统疲劳可靠性进行了研究。结果表明,基于随机车辆荷载的构件疲劳应力谱呈现单峰分布;构件疲劳可靠性随运营时间的增加而减小;车辆荷载的增长及荷载效应变异性的增加对构件疲劳可靠性影响较大,当车辆荷载增长率和等效应力变异系数分别增加到5%时,构件疲劳寿命大幅减小;β约界法结合静力分析法可快速确定钢桁梁桥失效模式,桥梁系统疲劳寿命小于构件疲劳寿命。总的来看,基于实测荷载的钢桁梁桥疲劳可靠性评估方法能有效地利用监测数据,对桥梁疲劳评估具有良好的适用性。     

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。     

变刚度梁弯曲解析解在桥面板中的应用

针对新型连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁,研究了该桥型桥梁的桥面板拉应力控制方法与措施．将该桥型组合桥梁等效为可变刚度的Euler梁,给出任意横向荷载作用下变刚度梁的静力弯曲解析通解,并得到三跨连续阶梯型变刚度梁变形及其内力分布特征．在此基础上,以三跨连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁为研究对象,考虑下部钢箱梁与上部混凝土桥面板完全剪力连接,通过改变负弯矩区钢箱梁壁厚、内部充填混凝土的强度、长度与高度等参数,分析得到可有效控制桥面板拉应力的关键因素．结果显示：在负弯矩区段内的钢箱梁内部充填混凝土对控制该区域混凝土桥面板拉应力效果明显,但混凝土强度影响较弱．混凝土桥面板开裂区域随钢箱梁中充填混凝土长度的增加而减少,但桥面板顶部拉应力会随混凝土充填高度的增加呈现先减小后增大的趋势,在充填高度为箱梁内部净高的20 %~30 %左右时效果较为显著,此时经济效益最佳．     

钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究

为研究钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力沿横桥向的分布情况,运用有限元软件ANSYS建立一座35m等截面简支钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,考虑斜向腹杆杆力作用会使翼板产生附加轴力及相应的附加应力,故利用能量变分法原理推导出组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式,并据此探讨适用于计算组合箱梁的翼板纵向应力的方法。将有限元值和理论值进行比较,吻合程度良好。研究结果表明,组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算;为获得组合箱梁的翼板附加轴力,可将组合箱梁的钢桁腹杆和混凝土纵梁取出,认为两者通过节点构造共同构成平面桁架,翼板附加轴力即为平面桁架的弦杆杆力;组合箱梁的上翼板纵向应力可通过纵向弯曲应力和经修正的纵向附加应力叠加获得。     

基于静载试验钢桁梁悬索桥承载能力评估分析

早期修建的小跨径钢桁梁悬索桥大部分已接近设计年限,正确评估其承载能力是桥梁维修、加固和技术改造的基本依据.本文首先简单介绍了桥梁承载能力评估的静载试验方法.同时结合城南大桥的实例,分析了现有桥梁结构存在的主要病害及产生的原因.在充分考虑分析现场检测资料和原有设计荷载等级的基础上,建立了考虑结构损伤的有限元模型,制定了静载试验的加载方案.通过试验结果与修正后有限元模型结果的比较,评估了桥梁结构现有承载能力状况,并针对该桥提出了恢复承载能力的加固措施和建议.     

弯梁斜跨拱桥合理恒载状态研究

弯梁桥和拱桥相互协作形成的弯梁斜跨拱桥,充分结合了弯梁桥的行车舒适性与拱桥易于布索的特点,大幅度提高了弯梁的跨越能力。本文首先综合斜拉桥索力调整和拱桥合理拱轴线设计方面的经验,研究弯梁斜跨拱桥合理恒载状态的实用设计方法;然后提出了约束松弛的二次规划算法和基于刚度矩阵减少重分析的策略,提高计算的收敛性和求解速度;最后经实桥分析指出设计中应注意的问题,为弯梁斜跨拱桥的应用提供依据。     

车载作用下大跨度悬索桥钢箱梁受力状态的实验研究

钢箱梁结构在现代大跨度悬索桥体系中较多采用.作为最主要的组成部分之一,其在车辆荷载作用下的受力状态倍受关注.然而目前通过有限元计算还难以获得钢箱梁各细部构造的精确应力值.本文以润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,介绍了该桥静动载试验中的车辆加载工况和钢箱梁测试截面应力测点的布置等.利用该桥钢箱梁实测应力结果,分析了多种车辆荷载工况下大跨度悬索桥钢箱梁的应力水平及其分布,同时进行了钢箱梁各测试截面受力状态的对比研究,在此基础上总结了大跨度悬索桥钢箱梁结构在车载作用下的受力特点.研究结论为同类钢箱梁的受力状态分析提供了参考依据.     

Joint Flexibility Effects on Rectangular Hollow Section Vierendeel Trusses

ABSTRACT

An elastic-strain hardening material characteristic is used with the finite element method to model the behavior of Vierendeel trusses that consist of flexible branch-to-chord connections. Both chord and branch members are presumed to be rectangular hollow sections (RHS) of unequal width. Analyses have been undertaken on truss configurations consisting of either single member or double member chords placed back-to-back. Joint characteristics obtained from an earlier study are used to model the effects of flexible connections on truss load capacity and stiffness. The findings indicate that it is important to strive for high branch end moment and stiffness properties to achieve satisfactory structural performance of a girder. Punching shear effects are much less important. It is also shown that double chord trusses outperform their single chord equivalents, unless stiffening plates are employed to help achieve comparable end moments of branch members.     

大跨度斜拉桥动力特性分析

本文提出一种计算大距度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架，桥塔、拉索的刚度矩阵与质量矩阵，采用子空间迭代法求解特征方程，所得结果可供设计参考。     

火灾后T形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

对7根T形型钢混凝土柱进行了火灾后的力学性能试验研究。火灾试验按照ISO834标准升温过程进行控制,1根未受火试件作为对比。T形型钢混凝土柱采用空腹式配钢形式,横向腹杆间距为200mm,试件通过偏心受压试验,考虑加载角和偏心距的影响。通过试验得到异形柱极限承载力、截面应变分布、荷载-挠度曲线以及截面特性。试验结果表明:(1)受火1h后,T形型钢混凝土柱仍然具有比较高的竖向承载力;(2)桁架式配钢方式以及合理的腹杆、箍筋布置保证了型钢与混凝土之间能够较好的协同工作,平截面假定对火灾后的T形型钢混凝土柱仍然适用;(3)荷载角和偏心距对试件的延性和变形能力影响显著。