PC箱梁桥腹板竖向预应力筋外露段频率特性的实验研究

以解决目前普遍存在的大跨度预应力混凝土箱梁桥腹板竖向应力失效问题为目的,在室内建造混凝土箱梁腹板模型,完全按照现场方法安装和张拉竖向预应力筋,运用单点脉冲冲击法,基于在预应力筋外露端安置传感器所拾取的振动信号,对锚固系统外露端频率特性进行了研究,提出竖向预应力筋外露段的固结变刚度的悬臂梁模型,并对模型的螺母锚固区刚度进行了识别,为竖向预应力筋张拉力测试提供了理论依据。     

体外预应力桥梁锚固结构的受力性能与配筋研究

通过两座不同截面类型的体外预应力桥梁锚固结构的空间应力分析,获得了其应力分布特点,指出了其薄弱环节。探讨了角钢、锚垫板、体外预应力钢管对锚固结构受力性能的影响。根据力流传递形式结合拉压杆模型方法,建立了锚固结构拉压杆配筋计算模型,提出了配筋建议。分析表明:在锚固结构与梁交接部位设置角钢,能有效地降低该位置混凝土的应力集中;按弹性材料分析得到的锚固结构附近区域混凝土的各应力值均不同程度地超出设计强度的若干倍,但考虑材料的非线性,考虑角钢、锚垫板、体外预应力钢管、钢筋网以及分布钢筋的作用,锚固结构混凝土的局部应力大为降低,满足规范限值要求。     

检定扭矩扳子时应注意的问题

一、缓冲器由于动态检测时扭矩扳子的加载方式均为旋转动态加载,在实际工作中通过旋转螺母或螺栓,逐渐加大扭矩直至螺母或螺栓拧紧。因此,在检定时,如果按照常规手动扭矩扳子检测,将会与其工作状态产生很大差异,无法准确测量扭矩扳子实际输出的扭矩值。所以,必须选择一个合适的缓冲器对旋转能量进行缓冲。校准时,将扭矩扳子通过缓冲器与扭矩传感器连接,这样能较好地模拟动态扭矩扳子的实际工作状态。由于多种原因的存在,有的螺纹副需要较长的时间才能拧紧到额定扭矩值,而有的所需时间较少。根据螺纹的连接状态不相同,可分为硬连接和软连接。     

体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度分析

体外预应力钢-混凝土组合梁同时具有预应力钢结构、预应力混凝土结构和非预应力组合梁的特点,这使得影响其长期挠度的因素众多。该文作者推得了综合考虑混凝土板中非预应力纵向钢筋、混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛等因素影响的体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度计算模型,并已得到试验结果验证。在此基础上,通过张拉龄期、初始有效预拉力、非预应力纵向钢筋配筋率、混凝土板宽度、钢梁高度、环境年平均相对湿度、混凝土强度等级以及预应力筋种类等因素的不同取值,分析各因素对体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度的影响规律及程度。结果表明:施加体外预应力可以大大减小组合梁附加挠度,当体外预应力抵消全部恒载产生的挠度时,终极跨中附加挠度可以降低28.9%;而且初始有效预拉力值越大,组合梁终极跨中附加挠度越小。该研究成果可为体外预应力钢-混凝土组合梁的设计和挠度控制提供技术依据和参考。     

体外预应力纤维增强树脂基复合材料筋混凝土结构研究进展

本文从纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋、关键技术和构件三个主要方面综述了体外预应力FRP筋混凝土结构的研究成果。首先,介绍了预应力FRP筋拉伸性能和长期性能,给出了面向设计的FRP筋蠕变断裂应力值、松弛率及疲劳最大应力和应力幅限值。阐述了预应力FRP筋三种主要锚固技术的优缺点和减小锚固端应力集中的方法,重点介绍了近年来新开发的复合材料夹片锚具,其锚固效率系数高于90%;同时,基于转向FRP筋力学性能试验结果,建议转向半径不宜小于FRP筋半径的200倍,转向角度不宜大于5°。梳理了体外预应力FRP筋混凝土构件的试验研究结果(单调加载、长期持荷和循环加载),介绍了国内外规范中的设计方法,并基于既有文献中42根梁的试验结果评价了规范中计算方法的精度,验证了我国规范GB 50608—2020中体外预应力FRP筋混凝土结构设计计算方法的准确性。本综述将对体外预应力FRP筋混凝土结构的推广应用起积极推动作用。      

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系研究

为研究钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系,主要考虑了不同钢筋锈蚀率、不同再生粗骨料取代率、不同再生混凝土强度等因素的影响,采用加速通电锈蚀以及钢筋开槽内贴片方法,完成23组钢筋再生混凝土试件粘结-滑移性能拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线以及不同锚固位置处钢筋应变。通过实测结果及理论分析,计算得到不同锈蚀率下钢筋再生混凝土间粘结应力及滑移值沿锚固长度分布规律,分析了钢筋锈蚀前后与再生混凝土间粘结应力传递及粘结锚固位置函数差异的受力机理,提出了不同锈蚀率下反映实际粘结分布规律的粘结锚固位置函数模型,最后建立钢筋锈蚀后与再生混凝土间考虑粘结-滑移位置函数的粘结-滑移本构关系,为锈蚀后钢筋再生混凝土有限元分析提供参考依据。     

预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010?2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。     

混合配筋预应力混凝土管桩抗剪性能试验研究

通过开展7根混合配筋预应力混凝土管桩和3根预应力混凝土管桩的抗剪性能试验,对比了两种预应力混凝土管桩的抗剪承载力,分析了非预应力钢筋和轴压力对抗剪承载力的影响。试验结果表明:配置非预应力钢筋提高了预应力混凝土管桩的抗剪承载力和抗剪刚度,施加轴压力可以明显提高预应力混凝土管桩的抗剪承载力。针对试验试件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在试验与有限元分析结果的基础上,提出了修正的抗剪承载力计算公式,可以为混合配筋预应力混凝土管桩技术规程的编制工作提供依据。     

预应力FRP加固工程结构技术研究进展

围绕国内外预应力FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从预应力FRP加固混凝土结构、预应力FRP加固钢结构、预应力FRP加固中关键技术的研究等方面进行了综述。试验研究表明：预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显;采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。     

动态扭矩加载器的标定研究

对一种动态扭矩加载器进行了标定研究.1)参数标定: 对加载器的扭振系统施加不同频率的已知简谐激振扭矩.由得到的幅频响应曲线对扭振系统参数进行标定;2)简谐电磁扭矩幅值的标定: 由测试系统采集出与待标定幅值相应的位移响应幅值,再从已知的系统幅频响应曲线得到相应放大因子,进而得到欲标定的简谐电磁扭矩的幅值.3)非谐简电磁扭矩瞬时值的标定:在欲标定电磁扭矩作用下,由测试系统采集出瞬时的角位移、角速度和角加速度的离散值,将其代入扭振系统的力学模型,便得到欲标定的瞬时扭矩的离散值.经拟合得到非简谐电磁扭矩的标定曲线.动态扭矩加载器的标定为扭矩传感器的动态标定提供了较理想的标定设备.     

底部开水平缝预应力自复位剪力墙有限元模拟

底部开水平缝预应力自复位剪力墙在墙体与基础连接处的两端设置水平缝,剪力墙和基础界面中间部位保持正常连接,在墙体内竖向设置无粘结预应力钢绞线提供自复位能力。通过有限元分析软件ABAQUS对低周反复加载试验中的底部开缝剪力墙进行数值模拟,介绍了建模方法及过程,将数值模拟的单调加载和往复加载结果与试验结果进行对比分析,包括骨架曲线、滞回曲线、耗能能力、预应力筋中应力变化、剪力墙底部抬升量、剪力墙混凝土应变和钢筋应力等参数。结果表明,采用的模拟方法能够在各项对比中较好吻合试验结果,证明了数值模拟的合理性和有效性,为工程应用中此类构件的精细化模拟分析提供了参考。     

可控制精度的预应力混凝土杆系结构时变效应通用分析法

基于杆系有限单元法和时变效应分析的全量形式自动递进法,提出了可控制精度的预应力混凝土杆系结构时变效应通用分析法。有限元法仅用来计算结构的弹性响应,列式中不考虑与时间有关的影响因素;自动递进法仅完成结构不考虑约束情形下的收缩、徐变效应;通过控制有限元法和自动递进法各自计算精度来方便地控制通用分析法的计算精度。建立了考虑混凝土、普通钢筋和预应力钢筋影响的组合单元,单元刚度随混凝土弹性模量时变和预应力钢筋的不断张拉而调整;结合计算锚固瞬间考虑反摩阻影响的预应力钢筋中应力分布的统一算法,建立了可方便计算每束力筋对结构弹性响应贡献的有限元列式,为较准确分析结构时变效应提供了基础。讨论并比较了通用分析法和目前常用分析法的理论计算值及试验结果,表明通用分析法计算精度可控,直到获得满意的精度。     

预应力混凝土桥梁徐变分析的全量形式自动递进法

首先将预应力混凝土桥梁中考虑收缩、徐变影响的任意时刻混凝土应力、应变关系在持荷时段内写成代数形式,引入内力平衡方程及变形协调条件后,提出了计入截面上钢筋位置、配筋率、预应力钢筋松弛、混凝土弹性模量随时间变化等影响的徐变效应分析的全量形式自动递进法,并建立了计算式,适用于任何形式的收缩、徐变特性表达式;基于建立的全量形式公式,可方便地求解任意时刻混凝土、钢筋的应力与应变和梁体竖向变形。理论分析与试验结果比较表明,公式可方便地控制计算精度,直至给出满意的结果。将计算式编程后极易与目前桥梁设计中常用的杆系有限元软件接口,进行可靠的徐变分析。     

模拟混凝土孔隙液中钢筋电化学腐蚀行为及pH值的影响作用

应用极化曲线法和电化学阻抗技术,结合扫描电子显微镜方法,测试钢筋在模拟混凝土孔隙液中的钝化与去钝化行为,以及溶液pH值对钢筋电化学腐蚀行为的影响作用.结果表明,钢筋在pH值为12.50的模拟液中处于钝态,随着溶液pH值的降低,钢筋的耐蚀性下降.钢筋表面去钝化发生腐蚀的临界PH值在11.12-11.05范围内.     

基于混合单元法的预应力混凝土梁非线性分析

利用共旋坐标法提出了一种预应力钢筋混凝土梁非线性分析的混合单元模型,在随转坐标系内,采用分层梁单元来模拟混凝土结构,带初应变的杆单元来模拟预应力钢筋,预应力钢筋杆元和混凝土梁元的变形协调则通过非线性刚臂来实现,通过刚臂单元两端节点位移和力的关系形成预应力钢筋对混合单元刚度矩阵的贡献,从而导出随转坐标系下预应力混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,几何非线性则由单元随转坐标系到结构坐标系的转换矩阵及其微分来体现,从而获得结构坐标系下混合单元模型的几何与材料双非线性切线刚度矩阵。数个钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土梁非线性分析算例表明:所提出的混合单元模型能较好地分析预应力钢筋混凝土梁非线性性能,具有一定的实用价值。     

锈蚀钢筋混凝土梁动态抗弯性能细观数值研究EI北大核心CSCD

为研究锈蚀对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁动态力学性能的影响,考虑钢筋锈蚀和应变率效应及混凝土内部结构的非均质性,建立锈蚀钢筋混凝土梁两阶段三维细观尺度数值模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟,并以保护层开裂“最终状态”作为之后混凝土梁动载模拟的“初始输入条件”,获得锈蚀后的动态力学行为。在验证了数值模型合理性的基础上,分析了钢筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂行为及不同应变率下构件力学性能的变化。结果表明:钢筋锈蚀使混凝土梁产生了明显的纵向裂缝,梁的承载力随钢筋锈蚀率增加而降低;高应变率下,混凝土梁发生冲切破坏,梁的承载力显著提高;锈蚀混凝土梁承载力损失与锈蚀后梁频率降低系数(反映刚度损失)近似呈线性规律,且低应变率下的承载力对频率变化更加敏感。最后,基于模拟结果回归分析,发展建立了考虑锈蚀及应变率耦合影响的混凝土梁动态抗弯承载力预测公式。     

预应力混凝土深受弯构件的裂缝实验研究

结合4根预应力深受弯构件的实验,分析不同剪跨比和不同预应力筋对构件抗剪承载力的影响。分析表明,剪跨比影响不大。通过开裂荷载和极限荷载的计算值与实验测试值的对比可以看出,有效预应力的作用规范偏于保守,因此该文提出考虑预应力影响的深受弯构件的承载力公式,此承载力公式与实验值符合较好。试验表明:施加预应力后,开裂荷载明显提高。从裂缝分布图看出:预应力混凝土深受弯构件在受剪过程中的受力可比拟为桁架拱模型。     

基于行为模型的电机动态扭矩测试研究

电机动态扭矩一般使用扭矩传感器测量,但扭矩传感器应变片粘贴的角度容易发生改变,且长期使用容易变形,造成测量结果误差较大,无法实现对电机动态扭矩的长期测量。为此,提出一种扭矩传感器行为模型测量扭矩的方案,以直流无刷电机为负载电机,利用标准扭矩传感器测量负载电机的电流和扭矩,通过采用线性回归的方法得到扭矩传感器的行为模型,再利用该模型替代扭矩传感器来测量电机扭矩。该方法克服因扭矩传感器的安装、应变片变形等对扭矩测量精度的影响。基于该方法设计行为模型测量动态扭矩的系统,以750 W永磁同步电机为被测对象,分别使用该系统与使用扭矩传感器方法测试比较,该方法测量动态扭矩时相对扭矩传感器测量的动态扭矩最大相对误差为1.90%,非线性误差为1.84%,重复性误差为0.084%。结果表明:使用行为模型可代替扭矩传感器测量电机动态扭矩,有利于对电机动态扭矩的长期稳定测量,且系统在体积、成本、结构以及操作维护方面都更具优势。     

氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验

为探讨氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁的抗弯性能,制作了5根先张预应力混凝土梁,采用电化学法分别对其进行了0 d、7 d、14 d、28 d及42 d的快速腐蚀,随后进行了四点弯曲试验。研究了不同锈蚀程度对预应力混凝土梁自振频率、钢绞线滑移、结构变形、弯曲开裂、破坏模式及极限承载力等性能的影响。结果表明:氯盐环境下锈蚀对预应力混凝土梁高阶频率影响较小,导致一阶频率逐渐增大,28 d后锈蚀裂缝较大且局部混凝土脱落,一阶频率迅速减小;轻微腐蚀对预应力混凝土梁的抗弯性能影响较小,腐蚀程度增大,抗弯性能明显降低,腐蚀42 d后,极限挠度减小了18.7%,抗弯承载力减小了17.3%,延性降低了19%;锈蚀钢绞线与混凝土间滑移速率增大,极限滑移值由5 μm增加至11.4 μm;钢筋锈蚀对弯曲裂缝高度发展的影响不大,但促进了裂缝宽度的扩展,结构屈服后,底部裂缝开裂速率由0.0062 mm/kN增加至0.0252 mm/kN。在试验研究基础上,采用有限元软件ANSYS对各锈蚀梁的受载全过程进行了有限元模拟计算,极限荷载和钢绞线滑移量的模拟值与实测值误差分别小于5%和10%,吻合较好。      

钢纤维掺量和轴压比对预应力扁梁框架力学性能的影响

利用ABAQUS非线性有限元分析研究钢钎维掺量和轴压比对无粘结预应力混凝土扁梁框架受力性能的影响。有限元模型中混凝土采用塑性损伤模型,考虑了钢纤维对混凝土本构关系的影响,同时采用弹簧单元模拟钢筋与混凝土间的粘结滑移作用。算例表明,采用本文的方法进行钢纤维预应力扁梁框架力学性能研究是可行的。在此基础上,分析不同钢纤维掺量和柱轴压比对无粘结预应力扁梁框架力学性能的影响。研究表明,较大的轴压比可以提高结构极限承载力,但降低结构延性和耗能,对于无粘结预应力扁梁框架,建议在抗震地区其轴压比限制不宜大于0.6。钢纤维可以有效提高预应力扁梁框架的极限承载力、延性和耗能,从而提高其抗震性能,其影响与轴压比的大小有关。