阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型节点足尺模型疲劳性能研究

为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了内栓钉布设区域与排布方式对热点应力的影响,采用基于热点应力的S-N曲线探讨疲劳寿命的判定标准与疲劳寿命评价方法。结果表明：CFST KS节点的热点应力宜采用3点外插法计算,最大热点应力位于冠点处;CFST KS节点的疲劳性能演化过程可以分为疲劳裂纹的萌生、扩展和破坏三个阶段,CFST KS节点较CFST K节点在裂纹扩展阶段荷载反复次数更高,在裂纹破坏阶段疲劳裂纹的扩展速率更低,由于布设了内栓钉,疲劳裂纹扩展至鞍点附近后不再继续沿着相贯线方向扩展,而往主管环向且与主管轴线呈一定角度发展;建议采用CFST K节点冠点应变峰值变化15%对应的荷载反复次数作为疲劳破坏的判定基准;提出了基于热点应力的CFST K节点疲劳设计S-N曲线,并依据S-N曲线预测在同等热点应力幅下,布设内栓钉可以使CFST K节点的疲劳寿命提高45%;减少支管侧内栓钉的轴向间距和径向间距可以提高节点的疲劳性能,非支管侧的栓钉布置、栓钉的尺寸以及栓钉的轴向布置范围对疲劳性能的影响较小,栓钉的轴向布置范围对栓钉自身的受力状态有所影响;基于CFST KS节点静力与疲劳性能提出了内栓钉的合理布置形式。     

单向纵坡预应力混凝土斜拉桥施工监控

闽江大桥由于采用单向纵坡,在桥梁施工过程中需要对桥梁的纵桥向位移进行监测。同时,大跨径预应力混凝土斜拉桥的施工监控,对于保证施工过程中结构的内力和变形始终处于规定范围内,以及成桥后的内力和线形符合设计要求,非常必要。通过对闽江大桥的施工过程进行理论分析、实桥测试,实现对桥梁施工过程的精细化控制。施工过程中两个最不利施工阶段的静力计算结果表明,施工过程中混凝土应力值满足要求。体系转换前后,主梁的纵桥向位移监测结果表明,阻尼器的设置可有效控制体系转换时主梁的纵桥向位移。施工监控结果表明,二期恒载完成后,桥面标高的实测值与设计院提出的计算值较为吻合;主塔偏位控制结果满足要求;全桥索力实测值与设计值一致,斜拉索索力控制结果满足要求;主梁和主塔的各应力控制截面应力没有出现拉应力,且最大压应力满足要求。     

基于3D打印的连续梁桥V形结构光弹性模型试验研究

针对传统光弹性试验模型制作方法存在的制作周期较长、精确度低以及人工成本较高等问题,提出了一种基于3D打印技术制作精确光弹性试验模型的新方法。通过光弹性模型试验加载及应力冻结法得到了清晰的等差条纹图像,运用光弹性原理测定了模型应力,并与实体有限元计算结果进行了对比分析,得到了V形结构各主要构件的应力分布特点。结果表明:通过3D打印技术制作模型取代原有机械加工制作的木制模型,能够有效改善传统光弹性模型制作技术的缺点,在够提高光弹性模型质量的同时能使模型制作成本降低1/2,制作周期缩短2/3;光弹性试验和有限元分析结果较吻合,相互验证了二者的正确性与合理性;V形结构总体受力性能合理,安全储备较大,上下弦杆交汇处由于刚度变化较大,应力集中较明显,建议加强该处配筋。     

20ｍ跨径的横向张拉装配式空心板桥试设计研究

针对装配式空心板桥横向联系不足,易形成单板受力的问题,提出采用横向张拉预应力提高空心板桥的横向连接。针对一座跨径20ｍ的采用横向预应力的空心板桥开展试设计研究,探讨横向张拉预应力钢筋和预应力大小的布置,提出采用横向预应力的空心板桥的设计计算方法。结果表明,横向预应力钢筋的纵桥向布置:跨径Ｌ≤13ｍ时在两端支点和跨中处各布置一道,共3道;跨径Ｌ＞13ｍ时在两端支点、四分点和跨中各布置一道,共5道。横向预应力钢筋的截面高度方向布置:对于截面高度较小的空心板,在截面形心处布置一道横向预应力钢束。对于截面高度较大的空心板,在空心板截面的顶、底缘对称布置预应力钢束,且施加的横向预应力大小相同。结合面抗弯、剪承载力验算结果表明,采用了横向预应力的试设计空心板桥,结合面抗弯、剪承载力满足要求。     

预应力碳纤维板加固空心板桥试验研究

以装配式简支空心板桥为研究对象,设计并制作了1跨8 m足尺模型,开展车辆荷载作用下预应力碳纤维板加固空心板桥受力特点和破坏模式试验研究,验证预应力碳纤维板加固方法的合理性和有效性。试验结果表明:预应力碳纤维板加固空心板桥的破坏可分为4个主要阶段,包括弹性工作阶段、裂缝开展阶段、结构胶失效阶段和空心板塑性阶段;由于空心板跨径小、抗弯刚度大,预应力碳纤维板加固空心板的破坏形式为强度破坏,达到破坏荷载时,碳纤维板与混凝土之间的结构胶失效;与未加固的空心板相比,空心板开裂荷载提高167%、挠度减小32%,加固后空心板原有的裂缝宽度减小了31%。预应力碳纤维板加固空心板的抗弯承载力和抗弯刚度均得到提高,且预应力碳纤维板加固可闭合空心板底部已产生的裂缝。因此,预应力碳纤维板加固空心板桥是有效合理的。     

刚性拼接不等高布置空心板桥受力性能研究

为了研究刚性拼接不等高布置空心板桥受力特性,以某座采用刚性拼接结构的新旧桥主梁不等高布置的空心板桥为对象,进行全桥足尺模型试验和非线性有限元分析,研究荷载作用下拼接结构的传力路径、受力机理和破坏模式。结果表明：刚性拼接结构能有效地传递荷载,将新板与旧板刚性连接成整体受力,且不改变新旧空心板的承载能力,拼接结构晚于空心板开裂,说明拼接结构设计合理;拼接结构与新桥边板的预埋钢筋和与旧桥边板的植筋,均不会发生破坏。拼接结构的破坏模式是弯曲产生的纵向拉应力引起拼接结构跨中截面底部混凝土开裂,继而端部拼接结构与新板处是拼接结构与空心板发生竖向剪切破坏。     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象，开展抗扭性能试验和理论分析，并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比；研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响，并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明，波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂，且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法，提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态，提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法，并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比，误差不超过8.5%。     

新型潮汐发电水轮机设计

2005年国家科技部将新型潮汐发电机组研制课题列入国家863计划项目,利用江厦电站已有的6号机坑及流道,设计、制造、安装1台新型的双向卧轴灯泡贯流式水泵水轮发电/电动机组,机组已于2007年9月正式并网发电.与前5台相比,增加真机正反向水泵运行工况,机组效率和机组可靠性提高.文章对此次开发的新型潮汐发电机组的水轮机设计作了简要介绍.     

钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能试验

为研究钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能,对其进行疲劳试验,并与钢管K形节点疲劳性能进行比较,通过对比分析得到钢管混凝土K形节点热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式,并探讨钢管混凝土K形节点疲劳寿命评价方法。结果表明：钢管混凝土K形节点与钢管K形节点最大热点应力的位置均位于受拉支管与主管相贯焊缝主管侧冠点处,钢管混凝土K形节点的应力集中系数约可降低至钢管K形节点的58%,且热点应力宜采用二次外推方式;两者疲劳性能演化过程均可分为疲劳裂纹萌生、扩展和破坏三个阶段,钢管混凝土K形节点在扩展和破坏阶段分别以沿主管壁厚方向和相贯焊缝长度方向扩展为主,与钢管K形节点主要扩展方向相反;两者疲劳裂纹均属于张开型Ⅰ裂纹,钢管混凝土K形节点疲劳裂纹断口沿壁厚方向呈“呲牙”状,且疲劳裂纹扩展路径较长。钢管混凝土K形节点抗疲劳性能明显优于钢管K形节点的最主要原因在于,管内混凝土的约束作用提高了钢管混凝土K形节点主管的径向刚度,钢管混凝土K形节点的压陷和外凸变形远小于钢管K形节点。基于一点法原则建立的钢管混凝土K形节点疲劳设计S-N曲线具有较高精度。     

慕松达水电站水轮发电机组的改造及应用

赞比亚慕松达水电站水轮发电机组的改造是整个电站改造工程中最核心的部分。着重介绍了慕松达水电站改造机组在选型和结构上的主要特点,可为类似电站的建设提供参考。