配筋UHPC梁抗扭承载力可靠度分析及材料分项系数的确定

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)抗拉强度对抗扭承载力的贡献不可忽略,其构件抗扭承载力计算公式不同于常规混凝土。为检验该公式的可靠度水平,该文基于试验结果和公开文献中的相关数据,得到了UHPC抗拉强度及抗扭承载力模型不定性统计参数。在综合考虑荷载组合、箍筋配筋率、UHPC抗拉强度和钢筋强度等关键参数的基础上,运用Monte Carlo方法对3240种组合下UHPC梁抗扭承载力状态进行了可靠度分析,考查了各关键参数对可靠指标的影响并进行了敏感性分析。结果表明：按现行UHPC规范计算配筋UHPC梁抗扭承载力,其可靠度水平满足要求且可靠指标远高于目标指标;UHPC抗拉强度等级越高且材料分项系数取值越大,配筋率对可靠指标的影响越显著;其抗拉强度对可靠指标影响较显著,钢筋强度对可靠指标的影响可忽略。为充分利用UHPC抗拉强度,基于敏感性分析结果,结合目标可靠指标,校准了不同等级UHPC抗拉强度材料分项系数(强度等级UT05、UT07和UT10的材料分项系数分别为1.25、1.17和1.11)。最后,给出了不同等级抗拉强度建议设计值,可分别取3.45MPa、5.67MPa和9.01MPa。     

高温下双搭接钢-CFRP板胶粘界面力学性能试验

高温环境下钢-碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)板的胶粘界面是CFRP粘贴加固钢结构的薄弱环节。为掌握温度对钢-CFRP板胶粘界面力学性能的影响,制作了双搭接接头试件,开展了3种胶粘剂在4种温度下(25℃、55℃、70℃和90℃)的静力拉伸试验。探索了接头试件的破坏模式、荷载-位移关系、CFRP板表面应变分布、界面剪应力分布和粘结-滑移关系等。结果表明:当温度低于55℃时,试件的破坏模式与胶粘剂种类相关性更大,当温度高于70℃时,不同胶粘剂的破坏模式具有相似性,且均出现了CFRP板撕裂。温度对不同胶粘试件的承载力影响存在差异,HJY-4105高韧性环氧树脂结构胶粘剂(HJY胶)试件的承载力随温度的升高而增大,LICA-100A/B 环氧树脂结构胶粘剂(LICA胶)试件的温度稳定性较差,Sikadur-30 CN双组份环氧结构加固碳板胶(SIKA30胶)试件在55℃时承载力最高。随着温度升高,胶粘层的剪切强度、界面剪应力峰值和剪切刚度下降,胶粘剂的延性增加,峰值剪应力不影响试件的抗拉强度。温度对粘结-滑移关系的影响显著,HJY胶随着温度的升高,粘结-滑移本构的延性增加,破坏模式由脆性破坏变为延性破坏。研究表明:合理的耐高温胶应用于钢结构加固,能适应自然高温环境的不利影响。      

波形钢腹板组合槽形梁抗扭性能试验研究

为了研究新型结构预应力波形钢腹板组合槽形梁的抗扭性能,基于约束扭转理论,推导了波形钢腹板组合槽形梁的约束扭转翘曲应力表达式和扇形惯性矩;考虑了波形钢腹板的褶皱效应对纵向刚度的影响,计入波形钢腹板的剪切变形对约束扭转刚度的降低,得到了扇形惯性矩修正公式;最终建立了集中扭矩作用下的扭转角计算公式。完成了2片波形钢腹板组合槽形试验梁的偏载试验和3片相同梁的对称加载试验,试验表明:90 kN以内的偏载作用下,试验梁的荷载-位移曲线基本呈线性;试验梁两侧竖向位移的平均值与对称荷载作用下的竖向位移基本相同;试验梁的偏载系数位于1.2~1.3,比波形钢腹板组合箱梁增大10%左右。理论计算、试验测试和有限元分析表明:该文建立的扭转角计算公式采用修正过的扇形惯性矩进行计算,具有良好的精度。     

某悬索桥钢箱梁疲劳病害及处治方法研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板的疲劳病害难以克服、横隔板弧形切口处疲劳裂纹主要由面外变形所致等认知问题以及横隔板疲劳裂纹的合理处治方法,以某悬索桥为工程背景,通过构造尺寸、运营荷载、疲劳病害等信息的汇集,移动轮载横隔板应力及其规律分析,以及横隔板疲劳裂纹处治方案比较研究,得到以下结论：①柔性铺装正交异性桥面板采用合理的结构形式与构造细节,可确保其通常运营荷载下的疲劳寿命|②横隔板弧形切口部位轮载应力主要为面内应力,该区域疲劳开裂主要原因为面外变形的传统结论值得商榷|③弧形切口区域轮载应力幅最大加载位置为纵向距关注横隔板0.3m,横向位于横隔板关注锯齿块正上方|④轮载对弧形切口处应力幅的影响范围为：纵向两端各1.5倍横隔板间距,横向两侧各2.0倍U肋间距|⑤横隔板疲劳裂纹处治可采用“优化弧形切口”或“优化弧形切口+双面补强钢板”方法,且弧形切口和补强钢板形状可全桥统一。     

钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力有限元分析

为探索钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力(包括焊接接头热点应力以及钢板母材疲劳应力)的有限元分析方法,采用ABAQUS分别建立钢箱梁体壳混合有限元模型和纯板单元模型,计算轮载作用下的构造疲劳应力,分析了单元类型、网格精度及表面外推方法对计算疲劳应力的影响.得到以下结论:1)单元类型与网格尺寸是构造细节计算疲劳应力的主要影响因素,外推方法对热点应力也存在较大影响;2)热点应力计算建议采用高阶的四面体或六面体单元,局部单元网格划分至1/4板厚;3)采用表面外推法计算焊趾热点应力时,应力取值点宜位于距焊趾0.5t(t为板厚)以外,建议采用DNV等船级社推荐的三点二次外推法,该结论对于焊缝a类、c类热点均适用;4)对于弧形切口母材局部应力,采用体单元时单元应划分至1.3mm,采用板单元时应划分至0.3mm,板单元计算应力较体单元普遍偏小,建议采用二阶体单元以准确模拟板厚方向的非线性应力分布.     

CFRP全覆盖胶粘加固含中心裂纹钢板的静力性能

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢板时,往往只将CFRP粘贴于钢板的局部,容易遭受由于试件偏心和搭接边缘应力集中所产生的剥离应力的影响,而粘贴方式采用全覆盖时能大幅度减小剥离应力。开展了30个CFRP全覆盖胶粘加固带缺陷钢板的轴向拉伸试验,并设置了单向防剥离夹具,研究了胶粘剂类型、缺陷长度和碳纤维板厚度对加固效果及破坏模式的影响。结果表明：CFRP板加固效果显著,试件的抗拉强度明显提高;不同胶粘剂对试件的破坏模式影响较大,由HJY胶制作的试件主要为被粘物的破坏,而SIKA30胶及WSB胶均出现了胶粘剂/钢脱粘的现象;而随着缺陷长度的增加,破坏模式有明显的变化,由CFRP板破坏变为CFRP板、钢板破坏或胶粘剂/钢脱粘,而试件的抗拉强度受胶粘剂类型影响较小,受缺陷的大小影响较大,当缺陷增大时,试件的抗拉强度明显降低;基于内聚力模型对静力力学试验进行了数值模拟;通过有限元分析得知,胶粘剂的破坏是先由缺陷附近破坏,再扩展至两端;而增加CFRP板的厚度能显著提高试件的抗拉强度。     

波形钢腹板组合槽型梁静载试验与有效预应力分析

波形钢腹板组合槽型梁是一种新型下承式开口薄壁桥梁结构,对4片按照1/4相似比进行设计的试验梁进行两点对称加载和有限元分析,研究两组试验梁在对称荷载作用下的荷载位移关系、截面应变分布、裂缝发展规律和破坏形态等,分析张拉预应力和释放预弯力后试验梁底板混凝土的有效预压应力。研究表明：竖向荷载作用下试验梁符合平截面变形规律,应忽略波形钢腹板对抗弯刚度的贡献和底板混凝土对抗弯承载力的抵抗作用;试验梁混凝土受压区受限于上翼缘板,其应变分布为梯形而非常规的三角形分布;下承式槽型截面的中性轴偏低,波形钢腹板预弯钢梁反弹能够有效地对混凝土施加预压应力;采用波形钢腹板能有效提高槽型梁的预应力施加效率,文中建议的波形钢腹板组合梁预应力等效荷载法,能准确计算此类结构的混凝土有效预压应力;两组试验梁由于配筋量的不同分别发生塑性和脆性弯曲破坏;波形钢腹板组合槽型梁的自重轻、抗弯刚度较大、具有较好的延性和抗裂性能。     

CFRP-钢界面粘结性能试验与数值模拟

碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）与钢板的界面粘结性能为CFRP加固钢结构的关键问题之一。开展了17个CFRP板-钢板单搭接试件的拉伸剪切试验,研究了不同环氧粘结剂与CFRP材料的CFRP-钢界面力学行为和破坏模式;分析了粘结剂类型和CFRP材料对界面粘结滑移本构和界面剪切性能的影响,讨论了其承载力计算方法。结果表明：采用不同的粘结剂或CFRP材料,界面破坏形式和抗剪承载力均差异较大。采用Sika 330、Lica粘结剂的试件为CFRP板或钢板与胶层的界面破坏,采用Araldite粘结剂的试件为CFRP板浅表层离,采用Sika 30粘结剂的试件为胶层内聚破坏,采用SF（Sika S512/80）碳板的试件为CFRP板深层层离;Araldite试件的抗剪承载力为其他试件的1.7~2.9倍。Sika 330、Araldite及Lica试件粘结滑移曲线无明显下降段,属脆性破坏,而Sika 30与SF试件存在缓坡下降段,失效前有一定征兆;SF试件的粘结滑移本构可简化为三折线模型,其余试件则可简化为双线性模型。SF试件抗剪承载力需用Xia-a模型表征,其余试件则可用Xia-b模型表征。基于粘聚力模型对界面力学行为进行了数值模拟,结果表明,粘聚力模型可以较好地模拟界面的非线性力学行为,剥离应力对本单搭接试件的界面粘结强度影响很小。     

基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析

针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法（UD-RBF-IMC）相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明:该桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3~V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2~V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率;当交通量增长系数为3%,轴重增长系数为0.6%时,1#测点疲劳寿命仅为74年;超车道重载卡车数量较少,高水平应力循环较少,疲劳寿命较长,而快车道和重车道重载卡车较多,高水平应力循环较多,存在疲劳开裂风险,需重点关注。     

传统测量仪器、全站仪及GPS在工程施工定位中的综合利用

本文通过对传统测量仪器、全站仪、GPS的特点和精度进行比较与分析，并结合工程实例，得出综合利用几种测量仪器，取长补短，能够准确、高效的完成工程施工中控制点及轴线的定位。