输电铁塔结构构件夹具式加固性能的试验研究

随着我国电网的迅速发展,既有的输电线路和铁塔体系已不能满足生产发展的要求,需要进行输电线路体系的升级和改造。因此,铁塔工程加固补强的有关研究受到越来越多的重视。为此,系统开展了不打孔夹具式加固方法的结构构件轴心受压承载力试验,得到了加固后角钢的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力和破坏形态;并通过与未加固构件承载力的对比,研究夹具部位、夹具数量对加固效果的影响。试验结果表明:夹具式方法改变了构件失稳形态,有效地提高了结构构件稳定性承载力。     

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明：该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。     

钢框架柱外传力式节点试验研究

钢框架柱外传力式梁柱节点是一种新型节点形式。为研究这种新型节点形式受力性能,共进行了4个模型静力加载试验,共两组,一组未增设传力板并且尺寸相似;另一组设有传力板,作为比较。分析增设传力板与未增设传力板的破坏特征以及承载力变化情况。试验结果表明:传统节点破坏发生在柱翼缘和梁柱连接处,而新型节点最后破坏不再是柱翼缘和梁柱连接的焊缝处,而是转移到传力板和梁翼缘连接处,新型节点的极限承载力比传统节点提高142.6%,梁端极限位移下降36%。研究结果表明:传力板对节点进行加固起到了很好的效果,可保护节点,实现柱外传力,提高承载力。本文研究为今后节点的加固工程应用提供参考依据。     

钢框架柱外传力式节点试验研究

钢框架柱外传力式梁柱节点是一种新型节点形式.为研究这种新型节点形式受力性能,共进行了4个模型静力加载试验,共两组,一组未增设传力板并且尺寸相似;另一组设有传力板,作为比较.分析增设传力板与未增设传力板的破坏特征以及承载力变化情况.试验结果表明：传统节点破坏发生在柱翼缘和梁柱连接处,而新型节点最后破坏不再是柱翼缘和梁柱连接的焊缝处,而是转移到传力板和梁翼缘连接处,新型节点的极限承载力比传统节点提高142.6％,梁端极限位移下降36％.研究结果表明：传力板对节点进行加固起到了很好的效果,可保护节点,实现柱外传力,提高承载力.本文研究为今后节点的加固工程应用提供参考依据.     

摩擦耗能支撑加固震损框架抗震性能试验研究

进行3榀采用摩擦耗能支撑修复震损框架试件和2榀对比框架试件在水平往复荷载作用下的抗震性能试验,重点研究采用一种新型摩擦耗能支撑修复震损框架的效果和摩擦耗能器预紧力对加固试件抗震性能的影响。根据试验结果对试件的破坏特征、强度、刚度和耗能性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明,新型摩擦耗能器在往复荷载作用下滞回曲线接近理想矩形,摩擦耗能支撑工作性能稳定;耗能支撑加固后的震损框架水平承载力和抗侧刚度显著提高;随着摩擦耗能器预紧力增大,加固效果明显提升;耗能支撑加固震损框架的耗能能力可以恢复甚至大幅度提高,且耗能支撑是加固框架的主体耗能部位。研究成果可为震损框架的加固改造提供参考。     

预应力碳纤维布加固混凝土板受弯承载力实用方法研究

提出了一种新型实用碳纤维布加固系统,包含首次提出的碳纤维布环氧树脂楔形夹持体夹具、张拉设备和碳纤维布薄层钢板锚具。试验表明,环氧树脂楔形夹持体夹具夹持力强,应力损失低,施工安全,现场安装方便,且易于在工厂加工制作,适合于实际工程批量应用;张拉设备轻便,易于安装,不受构件支承条件影响。采用该新型实用碳纤维布加固系统对混凝土薄板进行的验证性加固试验表明,张拉设备方便适用,工艺流畅;预应力碳纤维布加固后构件工作性能明显改善,开裂前的弹性极限荷载达到未加固对比试件及普通粘贴碳纤维布加固试件的4倍;预应力碳纤维布加固试件的极限承载力比未加固试件提高103%,比普通粘贴碳纤维布加固试件提高32%,承载力明显提高。碳纤维布直至断裂也未从薄层钢板锚具中滑出,验证了其良好的锚固性能。     

输电铁塔新型加固方式的试验研究

现有的输电铁塔中,存在大量采用单角钢作为主材的铁塔,由于当时设计时采用的标准较低,承载力不足导致铁塔破坏的现象时有发生,所以有必要对单角钢形式的铁塔主材采取切实有效的加固补强措施。现有角钢加固方式需要在电塔主材打孔,非常麻烦且存在不安全的因素。提出了一种新的加固方式,用于加固的副材与主材之间通过两块特殊形状的角钢节点板用螺栓把主副材夹住,其中一块节点板通过横隔板与副材相连接,这种加固方式施工方便,不需要在主材和副材上打孔,且可以避开原来的节点板。通过试验研究了该加固方法的传力机理和破坏模式,并与按照相关规范要求的加固方式进行对比,验证了新型加固方式的加固效果和有效性。     

山地受限区域直线旋转输电角钢塔转换层承载力试验研究

为研究直线旋转输电角钢塔转换层结构的承载能力,对该结构足尺转换层节点进行了承载力试验研究。以1个直线旋转塔转换层节点试件作为研究对象,通过足尺转换层节点试件的承载力试验,获取其变形及应变在荷载作用下的变化规律,研究直线旋转塔转换层的承载力和受力机理。研究表明:直线旋转塔转换层节点试件在荷载作用下的最不利位置出现在转换层连接节点处;试件各杆件在试验荷载下处于弹性状态,其承载力性能和变形性能符合设计要求,有较好的安全储备;转换层刚度与整体试件刚度匹配较好,协同工作性能好。     

CFRP布对不同截面混凝土柱加固性能分析

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)布对不同截面混凝土柱的加固性能,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作了3组钢筋混凝土柱,第1组试件为方形截面柱,第2组试件为T形截面柱,第3组试件是在第2组试件的基础上,在翼缘与腹板转角处利用角钢对CFRP布进行锚固。通过对3组钢筋混凝土试件进行轴心受压试验,得到了试件极限荷载、轴向变形以及破坏形态等试验数据。采用有限元软件ABAQUS建立了一批CFRP布约束状态下的混凝土短柱,并对其力学性能进行了分析。根据试验数据及有限元分析结果,提出了CFRP条带约束状态下方形截面钢筋混凝土柱和角钢锚固CFRP条带约束状态下T形截面钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式。结果表明：随着CFRP条带用量的增加,加固混凝土柱的承载力增大;当CFRP条带的用量相同时,极限承载力随条带净间距的减小而增大;使用角钢在T形截面柱的翼缘与腹板转角位置对CFRP条带锚固,可以更好地发挥出CFRP条带的抗拉强度,使混凝土柱的极限承载力有所提升。     

预应力钢绞线-外包钢复合加固混凝土柱轴心受压试验研究

通过对7根预应力钢绞线-外包钢钢筋混凝土短柱进行轴心受压试验,研究预应力钢绞线-外包钢复合加固后混凝土柱的破坏特征、轴压性能和破坏机理,对比了不同预紧力加固下混凝土柱的极限承载力、延性等轴压性能。试验结果表明:复合加固方式充分发挥了钢绞线和角钢加固混凝土柱的优势,使其协调作用,共同受力,较好地改善了原构件的力学性能。混凝土柱极限承载力大幅提升,延性也得到明显改善。在分析其破坏机理的基础上,提出了复合加固混凝土柱的轴心受压计算式。     

双角钢十字组合截面偏心受压构件承载力试验研究

为模拟对输电铁塔单角钢主材（原主材）附加一个规格相同（或略小）主材（副主材）组成十字组合截面构件对塔身主材进行加固补强工程实际,通过考虑节间斜材支撑的双角钢十字组合截面偏心受压构件承载力试验,研究了该类构件的承载力以及副主材尺寸、填板设置、螺栓个数等因素对承载力的影响,探讨了其组合截面承载力计算方法,为建立该类加固设计方法提供了依据。     

冷挤压套筒连接RC装配式剪力墙抗震性能试验研究

为解决RC装配式剪力墙钢筋连接施工和质量检验困难的问题,提出了一种采用冷挤压套筒钢筋连接方式的装配式剪力墙构造形式。为探明此连接方式装配式剪力墙的可行性及其抗震性能,完成7个装配式剪力墙试件和2个现浇剪力墙对比试件的拟静力试验。对试件的水平荷载-侧移曲线及其特征点、钢筋应变进行了分析。结果表明：装配式剪力墙试件和现浇剪力墙试件均为压弯破坏。在简化构造的情况下,冷挤压套筒连接能有效传递钢筋拉压力。采用该连接的装配式剪力墙具有良好的抗震性能,耗能能力、延性均与现浇剪力墙试件接近。在轴压比为0.25~0.6范围内,轴压比增大,承载力增大,极限位移角减小;在剪跨比为0.9~1.35范围内,剪跨比增大,承载力减小,极限位移角增大,刚度退化更为平缓。     

一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

对6片一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙试件进行低周反复荷载试验,研究不同型钢配置形式、不同轴压比的型钢高强混凝土短肢剪力墙的承载力、滞回特性及破坏机理。试验结果表明：格构式配钢试件和实腹式配钢试件的破坏过程相近,试件内置实腹式钢板较好地抑制了斜裂缝的发展;轴压比对两种配钢形式试件的承载力和延性影响规律一致,即随着轴压比的提高,试件承载力提高而延性下降;格构式配钢试件承载力比实腹式配钢试件略高,但实腹式配钢试件的延性更好。根据试验结果,提出型钢高强混凝土短肢剪力墙承载力计算式,与试验结果对比表明两者吻合较好。     

中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱承载力研究

以某跨海大桥原型设计提出的一种新型中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱为背景,设计制作了4个中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱试件。通过轴心受压试验,研究中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱破坏过程,并分析混凝土强度、钢板厚度、连接件型式等参数对试件轴压性能的影响。采用ABAQUS软件进行有限元模拟,分析不同结构型式和设计参数(混凝土强度、钢板强度和钢板厚度)对组合塔柱受力性能的影响。研究表明：中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱具有优异的承载能力和延性,其承载能力和延性与内外壁钢板-混凝土组合塔柱相当,明显优于普通钢筋混凝土柱;提高混凝土强度、钢板强度和增加钢板厚度均能够提高组合塔柱承载力,但对结构刚度提高不明显。研究成果可为大跨桥梁设计提供参考。     

不同竖向钢筋连接方式对装配式剪力墙抗震性能的影响

对3片钢筋混凝土剪力墙试件进行低周往复加载试验,其中1片为现浇剪力墙试件,其余2片为竖向钢筋采用不同连接方法的装配式剪力墙试件。结果表明:装配式剪力墙试件与现浇剪力墙试件相比,其破坏模式有所区别,现浇剪力墙试件表现为弯剪破坏,其余2片装配式剪力墙试件表现为弯曲破坏;采用镀锌波纹管浆锚搭接和采用U型套箍搭接的连接方式传递钢筋应力效果良好,且采用这两种连接方式的试件的位移延性系数和承载力比现浇剪力墙试件更高,刚度和现浇剪力墙试件相当,但耗能能力低于现浇剪力墙试件;基于试验数据,对装配式剪力墙的进一步研究提出了建议,同时通过ABAQUS软件进行有限元分析并对试验结果进行验证,有限元模拟结果与试验结果基本吻合。     

内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究

结合深梁的"拉杆-拱"传力机理,提出新型内置钢构架型钢混凝土深梁,将钢构架的各部分杆件分别用于传力机构中的拉杆和压杆中,并对一榀普通钢筋混凝土转换深梁、三榀内置钢构架型钢混凝土转换深梁模型进行试验研究,分析这种新型转换深梁在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究深梁在受力过程中的钢筋和钢构架的应变变化特点、传力机理。试验表明内置钢构架型钢混凝土深梁具有承载力高、刚度大、延性好等优点。相同参数条件下,内置钢构架型钢混凝土深梁承载力比普通钢筋混凝土深梁提高30%～40%,抗剪承载力提高幅度尤为显著,刚度提高30%～50%。内置钢构架型钢混凝土转换深梁充分利用了深梁的拉杆拱传力机理,设置钢构架实现以最短、最直接的传力路线和传力方式传递上部荷载。偏于安全估算,钢构架能承担20%深梁总荷载。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

混杂纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究

提出了用混杂纤维(由碳纤维和玻璃纤维组成)布加固混凝土结构的方法.通过试验得出钢筋混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、跨中挠度、钢筋及加固材料的荷载-应变曲线、破坏形态以及其截面沿梁高的应变分布.结果表明:加固后的钢筋混凝土梁其平均应变的分布符合平截面假定;使用加固材料(碳纤维布、混杂纤维布)来提高钢筋混凝土梁受弯承载力的补强加固方法是有效的;钢筋混凝土梁受弯承载力随加固材料用量的增加而提高;加固材料混杂比例及混杂方式均对钢筋混凝土梁受弯承载力有一定的影响;层内混杂纤维的抗弯性能、延伸性能以及经济性均优于单一纤维和层间混杂纤维.     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。