平缀管式等截面钢管混凝土格构柱抗震性能试验与有限元分析

为研究低周反复荷载下平缀管式等截面钢管混凝土格构柱的抗震性能,进行共计7根试件的拟静力试验,重点考察不同柱肢混凝土强度、柱肢纵向间距、缀管竖向间距对此类构件刚度、强度和延性的影响。同时,基于OpenSees平台建立了采用纤维单元的有限元计算模型,对此类钢管混凝土格构柱试件的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等结果的分析表明:钢管混凝土格构柱试件具有良好的抗震性能,破坏形态均以整体压弯破坏为主,得到的水平荷载-位移滞回曲线饱满无捏缩;柱肢混凝土强度主要影响格构柱的承载力,随着混凝土强度等级从C40增加到C60,试件的承载力提高了5.7%;柱肢纵向间距由250 mm加大到650 mm,试件的承载力和位移延性系数分别提高了14.5%和6.8%;缀管竖向间距由200 mm增加到313 mm,试件的承载力和位移延性系数分别降低了12.9%和12.0%。     

装配式空心板桥铰缝破坏模式有限元分析

以带有深铰缝构造的装配式空心板桥为研究对象,采用通用程序ANSYS建立了一跨8m的装配式空心板桥实体模型,讨论了车辆荷载在不同位置(中载和偏载)作用下铰缝构造的破坏类型、破坏位置、开裂荷载等破坏模式。结果表明:不管是哪种加载方式,首先破坏的是铰缝构造;中载作用下破坏位置在铰缝与空心板的结合面处,破坏类型为受弯破坏,荷载为62kN(0.88倍车辆荷载)时结合面底部开裂,荷载为133kN(1.90倍车辆荷载)时裂缝贯通至结合面顶部形成通缝;偏载作用下破坏位置在铰缝内部,破坏类型为受剪破坏,荷载为72kN(1.03倍车辆荷载)时铰缝顶部开裂,荷载为238kN(3.40倍车辆荷载)时裂缝贯通至铰缝底部。通过对两种加载方式的比较可知,中载对装配式空心板桥铰缝构造更不利。     

装配式空心板桥铰缝破坏模式试验研究

以带深铰缝构造的装配式空心板桥为研究对象,设计并制作了一跨8m足尺模型,开展了车辆荷载作用下铰缝构造的破坏类型、破坏位置、开裂荷载等破坏模式的试验研究。试验结果表明:中载作用下试验梁铰缝破坏过程为在弯拉应力作用下沿空心板与铰缝的结合面底部向上开裂,最后形成通缝。结合面开裂荷载约70kN,即1.0倍设计车辆荷载;贯通至铰缝顶部形成通缝的荷载约140kN,即2.0倍设计车辆荷载。建议采用一些构造措施延缓结合面形成通缝,以保证铰缝的受力状态与空心板一致或接近。     

振动松弛对斜索参数振动的影响分析

讨论了振动松弛对斜索参数振动的影响。从考虑弯曲刚度和垂度的斜索运动方程出发,通过有限差分法进行振动松弛的数值计算,分析振动松弛对斜索副不稳定区域和主不稳定区域参数振动响应的影响。结果表明:斜索发生参数振动时,振动松弛首先出现在斜索底端;出现压力时的最小支点激励幅值随斜索的倾角而改变;在小振幅支点激励作用下,小倾角斜索易在副不稳定区域出现振动松弛。     

钢管混凝土结构材料非线性的一种有限元分析方法

为了更简单地考虑梁单元的材料非线性受力性能,把断面广义力和广义应变的概念运用于单元分析中,将单元的弹塑性刚度矩阵分离为弹性刚度矩阵和塑性刚度矩阵。这样,梁单元的变形可以由弹性变形和塑性变形简单地迭加,结构内力可通过弹性应变能的斜率(弹性刚度矩阵)与位移的乘积求得,从而在增量-迭代计算时可较准确且较快地计算出结构变形后的不平衡力。应用这一计算方法,推导了基于纤维模型的三维梁单元的钢管混凝土结构的有限元基本公式,并将其植入能考虑几何非线性的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D中以计算结构的双重非线性问题。算例分析表明该方法和程序能较准确地反映钢管混凝土结构的双重非线性特性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。