云冈石窟立柱岩体长期强度研究

 基于分级加载单轴抗压蠕变试验,研究世界文化遗产云冈石窟9,10,12窟窟前立柱岩体的长期强度,并对其长期承载力学性能进行评价。研究结果表明：(1) 云冈石窟9,10,12窟窟前立柱岩体的岩性主要为砂岩,岩性单一,结构面不发育,属整体块状岩体结构类型,工程地质条件良好。(2) 立柱岩体中粗粒砂岩的长期强度低于中粒、中细粒砂岩的长期强度。其根本原因在于,中粗粒砂岩的胶结物类型是泥质胶结;其中含有微量的蒙脱石,在长期的风化过程中,与水作用后,易发生淋滤作用和溶蚀作用,次生裂隙相对较发育。(3) 高含水量状态下,中粗粒砂岩的长期强度为20.22 MPa,比其在低含水量状态下的长期强度降低44.31%。按云冈石窟立柱应力最大值出现在10窟西柱的上部(1.31 MPa)计,中粗粒砂岩立柱岩体的安全系数为15.4。因此,9,10,12窟窟前立柱岩体的长期承载力学性能良好。建议尽快修复和搭建窟檐,避免雨水对石窟的冲刷,同时还能调节窟内温度与湿度,减轻风化剥蚀。计算9,10,12窟窟前立柱最大可以承载的窟檐质量,供有关建筑设计和文物保护部门参考。这些研究结果和建议对于云冈石窟的保护具有一定的指导意义。     

石窟文物抗震安全评价方法研究*

 本文针对石窟文物的特点，探讨了石窟文物抗震加固设防标准的原则、依据和设防目标。从石窟窟区地震荷载确定、石窟围岩地震稳定性分析、工程防护措施等环节入手，提出了石窟文物抗震安全评价的思路和方法。     

砂岩石窟顶板微小型锚杆倒置锚固方法与性能研究

石窟顶板浅层岩体剥落病害频繁发育,降低石窟结构稳定,影响石窟窟顶文化信息保存,采用扰动小、隐蔽性高的微小型锚杆垂直锚固技术,能够有效约束岩体变形、控制病害发育。本次试验选用直径8,10,12mm的玻璃纤维锚杆(GFRP)和玄武岩纤维锚杆(BFRP),根据前阶段的研究成果确定最优孔径比,将锚杆倒置植入砂岩顶板,在杆体–浆体界面小间距布设应变测点,采用循环加载模式开展现场拉拔试验。研究发现,小直径的GFRP和BFRP锚杆倒置锚固系统具有弹塑性阶段的界面协调缓变形能力,直径10 mm的锚固系统对最优孔径比匹配性最好,倒置多级注浆方式施工工艺简易,性能较好。对比前期试验结果可知,相同锚固参数的崖体水平锚固系统与顶板倒置锚固系统的极限荷载比值为1.90倍,相应的位移比值为3.27倍,应变值域比值为3.26倍,2种锚固系统性能差异与锚杆植入岩体方位和注浆质量差异等相关,相关研究成果可为微小型锚杆倒置锚固措施在砂岩平顶窟顶板的工程应用提供支撑。     

复杂形态立柱式石质文物的病害调查及防治对策——以浙江省柯岩云骨岩柱为例

由于文物保护须坚持不改变文物原状、最小干预等原则,文物保护精细化作业的需求越来越迫切。本文以复杂形态立柱式石质文物——云骨岩柱为例,通过高精度三维激光扫描、现场调查和数值模拟等,对云骨岩柱的几何形态、文物病害及其稳定性等进行了分析研究。结果发现:云骨岩柱受岩体结构面切割和上部树木根劈作用严重,已切出多块危石;风化作用导致风化空腔和剥落现象存在;云骨下部基座荷载偏压现象严重等。在上述分析的基础上,提出了针对危石、风化空腔和岩柱基座等关键部位的加固方法和对策。本文的研究方法可为复杂形态立柱式石质文物的调查、分析和加固方法等提供参考,相关结论可为云骨岩柱的稳定性判断和后期加固提供指导。     

吴官屯石窟A区病害调查及保护研究

吴官屯石窟位于云冈石窟西北约4公里处,属于云冈石窟群的组成部分,其窟龛形制及造像风格与云冈石窟晚期风格相近,是北魏洛阳时期主要由民间力量开凿的石窟,具有较高的历史文化价值。经实地考察发现,由于长期暴露于外,该石窟病害严重,主要存在风化、大气及粉尘污染、裂隙等病害。基于实验结果,建议采用修建窟檐或棚罩、激光清洗、灌浆加固等措施,清除并防治病害。其病害调查及保护研究,对于云冈石窟的保护具有一定借鉴意义。     

大同睡佛寺石窟病害及保护方法研究

石窟属于我国古建筑组成部分,保护意义重大。为更好地保护石窟文物,以山西大同睡佛寺石窟为对象,采取现场调查与理论分析相结合的方法,研究了石窟的典型病害和保护方法。将睡佛寺石窟分为五个区段,详细论述了各区段石窟的保存现状及病害情况,分析了不同类型病害的产生原因,基于已有工程实践,提出了科学保护建议。结果表明:睡佛寺石窟典型病害包括风化、危岩体、损伤、剥落、残缺、裂缝、孔洞、水渍等;其主要诱因包括石窟岩体材性缺陷、气候影响、水的作用、岩体失稳、可溶盐侵蚀、外力作用、环境污染、生物作用、人为因素等;对于石窟整体加固,可采取环氧树脂灌浆结合钢筋锚杆加固方法;对于石窟构件局部加固,其主要措施包括水害处理、加固前的清洗,以及合理选择不同材料的灌注加固等。     

采空区地表新增荷载后地基应力的分布规律研究

在采空区地表修建建筑,由于采空区覆岩已经遭到破坏,在新增荷载的作用下可能引起覆岩的进一步破坏,从而危及建筑物的安全。采用了相似材料模拟试验和数值模拟方法对采空区地表新增荷载后地基应力的分布规律进行了系统研究,得到了采空区地表新增荷载与采空区上方覆岩的相互影响关系。研究结果表明:开采前岩体应力基本随深度增加线性增大,开采后岩体内应力发生了重分布,地表新增荷载后的地基附加应力分布随深度增加逐渐减小;通过以地表新增荷载在地基中产生的附加应力相当于开采前地基中原岩应力的10%位置来确定地表荷载的影响深度,研究得到了开采前后不同大小地表荷载的影响深度,为采空区地表建筑利用提供了理论依据。     

敦煌莫高窟底层洞窟岩体内水汽与盐分空间分布及其关系研究

 著名的世界文化遗产——敦煌莫高窟开凿于第四纪砂砾岩组成的崖壁上,受自然环境及人为因素影响,洞窟内壁画产生起甲、空鼓和酥碱等多种病害,尤其以底层洞窟最为严重。以病害最具代表性的底层洞窟之一莫高窟第98窟为例,通过在98窟西壁下部无壁画部位钻孔取样测定可溶盐,并在钻孔内布设高精度温湿度监测探头,西壁下部由南向北电阻率测定等研究,得出如下结论：98窟西壁表面到岩体内的可溶性盐主要以硫酸盐和氯盐为主,主要富集在表面至35 cm深的岩体内;岩体内的温湿度和盐分有很好的关联性,盐分随着岩体内水汽含量的上升而下降;在岩体深125 cm有凝结水产生;在高湿度和崖体源源不断的盐分来源的作用下,导致背靠崖体的西壁壁画内的含盐量要高于其他各壁,对洞窟环境的变化也更为敏感,病害也要远远严重于其他各壁等,这些结论可为壁画病害产生机制研究和防治提供科学依据。     

钢筋混凝土支撑立柱受偏心荷载稳定性浅析

以既有公路上跨新建桥梁悬浇连续梁施工为例,对梁体钢筋混凝土立柱临时支撑的力学性能进行了有限元分析,同时分析了荷载偏心情况下立柱的应力变化情况,以此探究立柱在荷载偏心情况下的安全性和稳定性,并给出了保障安全的一些合理化建议。     

超声波无损检测技术在世界文化遗产地云冈石窟保护中的应用

超声波属于弹性波,具有无损和高分辨率的特征。为了保护云冈石窟世界文化遗产,利用超声波检测技术对云冈石窟窟前列柱进行了检测。超声波速度分布图说明了云冈石窟第9窟前室东列柱南侧风化较北侧严重,东侧风化程度较西侧严重,底部风化较顶部严重;超声波波速平面等值线图清晰地反映出石窟表层裂隙位置及其延伸方向;灌浆加固前后超声波声时对比曲线验证了裂隙的加固效果。检测结果说明了超声波检测技术对砂岩列柱内部风化结构探析、裂隙探测及裂隙灌浆效果评价的有效性,同时也为云冈石窟文物的保护、修复提供技术支撑。     

再生混凝土柱受压性能试验研究

通过对12根不同再生骨料取代率配置500 MPa级钢筋的混凝土柱受力性能进行试验,分析再生混凝土柱的受压构件破坏形态、构件侧向挠度曲线、混凝土应变、钢筋应变等特征。将试验结果与按规范确定的承载力进行对比。研究结果表明,再生混凝土柱的破坏过程、形态、跨中侧向挠度曲线、混凝土应变、钢筋应变与普通混凝土区别不明显,取代率对柱的承载力影响不大。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定计算的受压承载力与试验结果符合良好,500 MPa级钢筋在再生混凝土柱中与混凝土协同工作性能较好,其抗拉强度和抗压强度均能得到充分发挥。在受压承载力计算中,500 MPa级钢筋的抗拉和抗压强度的设计值按GB 50010—2010规定取值均有较大安全储备。     

HRB600钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对6根HRB600钢筋、1根HRB500钢筋混凝土短柱和2根素混凝土短柱进行轴心受压试验,分析不同配筋率、混凝土强度、钢筋强度、长细比对钢筋混凝土柱轴压性能的影响,提出HRB600钢筋的抗压强度设计值,分析GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中关于轴心受压承载力计算公式的适用性。研究结果表明:随着纵筋配筋率、钢筋强度和混凝土强度的提高,轴压短柱的峰值荷载增大;轴压短柱峰值应变随混凝土强度提高而减小,随钢筋强度提高而略有增大,纵筋配筋率和长细比对峰值应变影响较小;HRB600钢筋抗压强度设计值取为500 MPa,HRB600钢筋混凝土短柱与普通钢筋混凝土短柱的受力性能相似,轴心受压承载力可以按照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中规定的受压承载力公式进行计算,具有足够的安全储备。     

L形截面钢纤维高强钢筋混凝土柱及复合柱偏心加载试验

研究钢纤维对L形截面高强钢筋混凝土柱和混凝土复合柱的性能的影响。对16根L形截面钢纤维柱进行试验研究。主要参数为混凝土抗压强度、荷载偏心率、长细比影响以及钢纤维含量。对L形截面钢筋混凝土柱的试验结果进行了讨论。此外,基于材料的非线性特性对试样进行了分析。采用ACI318规范中的弯矩放大法对长细比影响加以考虑。结果表明:高强混凝土中加入钢纤维能够增强L形截面钢筋混凝土柱和复合柱的结构特性,有利于抵抗双向弯曲和轴向加载。     

毛竹压杆屈曲系数公式研究

为获得四川地区毛竹压杆更精确的屈曲系数公式，通过试验方法测定四川地区毛竹的顺纹抗压强度以及31根长细比分布较为均匀的竹压杆临界荷载，并对国内外现有的9个竹压杆屈曲系数公式进行研究。结果表明：此批毛竹顺纹抗压强度平均值约为51MPa；竹压杆的破坏是由于局部鼓曲变形和整体弯曲变形叠加，最终竹压杆管壁超过横纹抗拉强度极限值进而纵向开裂；现有竹压杆屈曲系数公式所得到的临界荷载计算值之间有所差异，与文中试验实测临界荷载值也有不同程度的差异。最后采用具有较好拟合优度的Ylinen方法，基于文中试验数据拟合提出适用于四川地区的毛竹压杆屈曲系数公式。     

方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验研究与分析

进行了20个方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管宽厚比(50,70和100)和混凝土强度(C50,C80)。试验结果表明：方钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对其轴压承载力和延性无明显影响。随钢管宽厚比增大和混凝土强度的提高,轴压短柱的延性降低。采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了全过程应力分析,分析结果表明,方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点并不对应钢管的屈服点,钢管在轴压短柱达到峰值荷载后屈服。根据试验结果和钢管的应力分析结果,建立了方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力计算式,试验结果与计算结果吻合良好。并提出了设计建议。图8表2参12     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。     

大长细比钢管混凝土轴心受压柱承载力的试验研究

进行了12个钢管混凝土和4个空铜管轴心受压构件的试验研究．研究结果表明,由于填充了混凝土,可以有效地延缓钢管的局部屈曲,从而使钢管混凝土长柱具有较高的承载力．通过试验结果表明,对于长细比为130～155的钢管混凝土柱,《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL5058／T）中有关承载力计算公式的计算结果与实测结果相比偏于保守,浇灌混凝土以后,钢管混凝土构件的承载力较空钢管可提高30％左右．     

钢筋混凝土异形柱框架结构Pushover分析研究

建立了3层异形柱框架结构分析模型,梁端抗弯承载力的计算考虑了楼板翼缘及其钢筋的贡献（T形梁）,采用两种不同的侧向荷载分布模式,对不同柱梁抗弯强度比值的异形柱框架结构进行Pushover分析,从顶点位移、层间位移、层位移、结构塑性铰分布等方面对结构抗震性能进行评估,并对其计算结果进行了分析和比较,提出了异形柱框架结构柱．梁抗弯强度比合理取值的建议。     

椭圆形钢管混凝土长柱偏压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立了椭圆形钢管混凝土长柱偏压力学性能分析的有限元模型,并对12个椭圆形钢管混凝土长柱的偏压试验结果与有限元模拟结果进行对比。结果表明:有限元计算与试验所得的荷载-挠度全过程曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、偏心距、材料强度、钢管壁厚等参数对长柱偏压极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在H/2处发生侧向挠曲破坏,长细比、混凝土抗压强度、钢管壁厚及偏心距等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

焊接组合方钢管柱的结构性能

焊接方钢管由4块L型的薄钢板电弧焊而成。当被用于CFST柱的时候,在混凝土中心位置和钢管内设置加劲肋防止局部屈曲。由于钢管约束混凝土,提高了结构承载力。介绍了如何制作焊接组合方钢管柱,并计算焊接组合方钢管和CFST柱的结构承载力。制作了15个采用不同钢管形式(焊接组合方钢管和一般钢管)、不同宽厚比(B/t=50,58,67)和不同混凝土强度(Fck=10,40MPa)的足尺试件用于试验,以确定焊接组合方钢管柱的拼接效能和结构优越性。