全玻璃纤维复材自由曲面外立面建筑的结构设计

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)作为一种新兴建筑材料,具备优异的加工性能,是一种理想的自由曲面造型材料。中国福州万宝商圈下沉式广场覆盖结构的外立面是类似于三朵喇叭花状的结构,表面呈现极为复杂的自由曲面造型。业主对结构最终效果有很高要求,因此最终选择GFRP作为外墙材料。文章中重点讨论了自由曲面GFRP板材的深入设计和加工阶段存在三个主要问题:大量GFRP自由曲面板的大规模加工生产工艺;曲面板支撑龙骨的形式选择与布局; GFRP自由曲面板与龙骨的连接形式。该项目如今已经建成并投入应用。     

空间钢结构施工过程监测关键参数及测点布置研究

针对施工过程中监测关键参数的选择方法与测点布置原则进行研究。根据施工过程是否有动力效应,将监测类型分为静力监测和动力监测两种。基于静力平衡方程求解和结构施工系统稳定问题,提出静力监测关键参数应包括最大应力、最大变形、变化率最大的应力和变形、变化最大支座反力、失效模式特征参数、温度和风荷载;基于结构动力失稳和动力强度破坏模式,提出动力监测关键参数应包括最大振动加速度、振动频率、结构最大位移、构件最大应力、特征动力变形以及结构运动速度。根据施工过程结构和系统的数值分析以及施工过程结构的运动过程模拟结果,提出静力测点和动力测点应分布在失效模式最不利的位置,进而根据实际施工过程监测经验以及监测参数的性质,提出应将构件分为轴力构件和弯曲构件分别布置应变测点,变形测点应布置在节点处或构件中部。以"生命之环"钢结构工程施工过程监测为例进行对比分析,监测值与理论值吻合较好,验证了本文方法的有效性。     

福州某商业广场GFRP自由曲面结构设计与施工

以福州某商业广场工程为工程背景,在正交各向异性GFRP层合板设计中提出一种各向异性GFRP层合板的简化计算方法,大大提高计算效率。对该项目采用BIM技术进行全过程管理,设计并开发对应的数据框架,大大提高管理与施工效率。从安装连接、主钢架安装、檩条安装、GFRP面板安装方面介绍施工过程。     

高弹模CFRP粘贴法修复钢桥板疲劳裂纹

针对钢桥中钢板疲劳裂纹进行了一系列疲劳裂纹修复试验研究,以确定不同修复方法下结构的疲劳性能。高弹模CFRP（碳纤维增强复合材料）修复法是通过粘贴高弹模CFRP布来增大结构刚度,以延长结构疲劳寿命,且碳纤维材料基本不会产生疲劳裂纹,具有较好的抗疲劳效果。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,首先对修复钢板的应力分布和特点进行了详细的分析,然后通过3组对比疲劳试验,确定了不同修复方法对损伤钢板疲劳寿命的增强效果。最后利用修复试验值与各国规范规定的S-N曲线进行比较,分析已修复钢板的疲劳性能。研究结果表明：在止裂孔上覆盖粘贴高弹模CFRP布可有效减小孔边应力集中,具有延长结果疲劳寿命的效果,修复后的裂纹钢板的疲劳寿命是仅用止裂孔修复的裂纹钢板疲劳寿命的8倍以上。仅用止裂孔法修复损伤钢板不足以满足各国规范规定的疲劳强度要求,而在止裂孔法上进一步采用高弹模CFRP布修复后的损伤钢板的抗疲劳性能更优,其疲劳强度等级高于美国规范AASHTO中的A类细节等级。     

高强钢S460和S690火灾后力学性能试验

火灾后,材料力学性能的退化是导致钢结构火灾后承载力降低的主要因素.通过试验研究高强钢S460和S690过火冷却至常温后的力学性能,得到过火高温对高强钢S460和S690的弹性模量、屈服强度、极限强度及应力-应变曲线的影响规律,并与普通钢火灾后力学性能进行对比.结果表明,当过火温度低于600℃时,S460和S690冷却后可恢复其基本力学性能;当过火温度超过600℃后,甚至高达1 000℃时,高强钢S460仍可恢复其常温下75%以上的力学性能,而S690仅可恢复其常温下64.5%的弹性模量、38.1%的屈服强度及57.3%的极限强度;高强钢火灾后力学性能与普通钢不同.通过对试验数据进行数值拟合,给出可准确表达S460和S690火灾后力学性能剩余程度的预测公式,可用于指导含高强钢S460和S690构件的钢结构火灾后检测与鉴定,并为相关规范的修订提供参考依据.     

体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析

随着服役时间的增长和车辆荷载的增加,老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题,采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析,其中,根据不同的CFRP预应力筋的直径（31 mm、43 mm、61 mm）和预应力大小（250 MPa、500 MPa、750 MPa、1 000 MPa、1 250 MPa）,获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。将《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现两者吻合良好,误差在15%以内,从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性,为实际工程加固设计提供参考。     

体外预应力碳纤维布加固钢-混凝土组合梁的试验研究

本文主要研究体外预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合结构简支梁桥的力学性能。从顶杆间引入碳纤维板预应力筋,既能对主梁施加预应力,又能在主梁底端提供一个向上的顶升力,减小原结构的挠度。因此,通过顶杆间引入碳纤维板预应力筋,可以提高加固施工的速度和效率。通过缩尺模型静力试验,研究了碳纤维布用量、预应力筋尺寸、顶杆数量等参数对组合梁刚度和承载力的影响。在张拉组合梁的弯曲试验中,通过增加预应力水平和CFRP板数量,有效提高了组合梁截面的弯曲惯性矩,对组合梁屈服承载力和极限弯曲承载力的加固效果提升明显,并且加固试件仍具有良好的韧性。对于第三个组合梁,使用15%预应力水平和3 mm厚度的CFRP板进行加固时,其极限承载能力提高了47.9%,下翼缘的屈服荷载提高了39.8%,弹性阶段的刚度提高了21.66%。     

常温与高温下高强钢T型连接受拉性能试验

为研究高温下高强钢T型连接的受拉性能,对11个常温下和17个高温下的T型连接试件进行拉伸试验,其中包括300、400、500、600℃等多种高温环境下Q355、Q460、Q690、S690、S960等不同强度钢材的T型连接,通过试验得到各T型连接的初始拉伸刚度、抗拉承载力、破坏模式等。将试验结果与欧洲规范和中国规程的计算结果进行对比,以期校验规范对于高强钢T型连接的适用性,并分析翼缘强度、翼缘厚度、螺栓强度、螺栓直径、螺栓位置以及高温温度等多种因素对T型连接受拉性能的影响。常温与高温下的试验结果表明：欧洲规范和中国规程对高温下高强钢T型连接初始拉伸刚度的估算偏于危险,而对抗拉承载力而言偏于保守;与普通钢T型连接相比,薄翼缘高强钢T型连接能在保持承载能力相当的情况下,具有更好的变形能力;当螺栓离腹板距离和翼缘距离的比值小于1时,增大螺栓离腹板的距离会显著降低T型连接的初始拉伸刚度和抗拉承载力;螺栓直径的增加将增大T型连接初始拉伸刚度值,但螺栓强度对初始拉伸刚度影响不大。本文研究成果可为高强钢端板连接节点及其等效T型连接的抗火设计提供试验依据,为相关规范修订提供参考。     

吸水/失水对GFRP层压板弯曲性能的影响

为研究湿热软化环境中吸水/失水对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)层压板弯曲性能退化的影响,进行了三点弯曲试验,对分别在20℃和40℃环境中测得的干燥、不饱和吸水与饱和吸水试件的弯曲性能进行了比较分析。以一次吸水-失水过程为一个周期,来研究由水分扩散引起的GFRP层压板力学性能退化程度和永久损伤。试验结果表明:湿热组合效应会使GFRP层压板的抗弯强度和弹性模量降低,且抗弯强度的降低率远大于弹性模量的降低率;在40℃环境下,经一个周期处理后,GFRP层压板的弹性模量和抗弯强度相比原始试件均产生了不可恢复的损失,分别为15.0%和16.4%,而这种损失在20℃下并不明显。此外,建立了湿-力耦合有限元模型,以模拟GFRP层压板在不同吸水/失水阶段的力学性能,并通过弯曲试验进行验证。     

正交异性钢桥面板横隔板局部模型疲劳试验研究

正交异性钢桥面板U型加劲肋与横隔板连接处是该类结构较为重要的疲劳易损部位之一。以横隔板弧形切口最小截面处的疲劳细节为研究对象,针对性地提出一种简化的横隔板局部试验模型,通过数值模拟与桥面系足尺模型进行对比,验证了试验模型的合理性。采用该试验模型对3种常用横隔板孔型进行疲劳试验,分析了该试验模型的疲劳破坏模式以及细节处的疲劳性能,最后得到S-N曲线并与各国规范进行比较。结果表明,不同孔型条件下疲劳裂纹容易在弧形切口最小截面处发生。Eourcode3推荐的铁路孔型和传统椭圆孔在弧形切口最小截面处的疲劳性能十分接近,均优于Eourcode3推荐的公路孔型,并且三种孔型的疲劳细节均高于我国钢桥规范和Eourcode3的71类细节等级。综合建议采用Eourcode3推荐的铁路孔型,在考虑保证率为97.7%的前提下,该细节的循环200万次的疲劳强度可取135 MPa。