钢骨-钢管混凝土受弯组合柱受力性能的试验研究

本文通过钢骨—钢管混凝土组合柱受弯试验，分析了这种组合柱受弯的破坏形态、荷载—位移滞回曲线、承载力和延性等受力性能，井讨论了组合柱的弯矩—曲率曲线特性。     

碳纤维加固无梁楼盖板柱节点的抗震性能

在原有钢管混凝土柱无梁楼盖结构开裂的情况下,对钢筋混凝土柱沿正截面粘贴碳纤维,柱端位置横向包裹碳纤维三个条带来加强对受拉碳纤维的约束作用,提高其整体强度,并检验被加固结构在侧移作用下的抗震性能。根据荷载-位移滞回曲线和应变-位移曲线,分析了结构的耗能能力、延性系数等抗震指标,结果表明该结构具有足够的抗震性能。     

斜向往复水平荷载作用下矩形截面框架柱抗震性能

通过7根矩形截面钢筋混凝土框架柱试验,研究了不同加载角度时低周往复斜向水平荷载作用下,矩形截面框架柱双向受剪承载力的相关性、滞回曲线特性和延性系数。结果表明,低周往复斜向水平荷载作用下矩形截面框架柱的受剪承载力随加载角度的增大而减小;双向受剪承载力的相关关系可以近似用椭圆方程描述;滞回曲线在形状上与正向水平荷载作用下框架柱的滞回曲线并无明显差异;随着加载角度的增大,框架柱的延性系数有降低的趋势。低周往复斜向水平荷载作用下所有框架柱的破坏均为剪切脆性破坏,应加强其抗震设计。     

超高性能混凝土拉压滞回本构模型

为合理进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构抗震非线性计算,提出了一种可模拟循环往复荷载作用下UHPC构件力学性能的拉压滞回本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴压试验数据,在单调轴压本构模型的基础上,引入线性加卸载路径,建立了考虑钢纤维影响的UHPC重复受压本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴拉试验数据,对应力软化型和应力硬化型的UHPC分别提出了双折线和三折线型的受拉应力-应变曲线,并建立了UHPC重复受拉本构模型。在重复受压和重复受拉本构模型的基础上,引入拉压传递机理,建立UHPC拉压滞回本构模型。基于OpenSees二次开发平台,采用文中所提拉压滞回本构模型对循环往复荷载下UHPC柱的力学性能进行计算,并与试验数据进行对比。结果表明：构建的UHPC拉压滞回本构模型可较好地模拟不同钢纤维掺量及不同轴压比下UHPC柱在循环往复荷载作用下的受力性能,可应用于UHPC结构抗震非线性分析。     

强震下混凝土剪力墙受弯模拟及测试实验研究

为提高混凝土剪力墙受弯性能计算的准确度,开展强震下混凝土剪力墙受弯性能试验研究。选取1个混凝土剪力墙对比试件和3个测试试件作为研究对象,对试件施加垂直荷载和水平荷载,模拟强烈地震作用力。试验前期准备工作完成后,建立分离式有限元模型,通过计算混凝土在受压和受拉状态下的损伤弹塑性刚度,完成对有限元模型中混凝土塑性损伤分析,在此基础上,计算混凝土剪力墙受弯承载力。利用有限元模型对3个测试试件进行模拟试验,结果表明,强烈地震后3个试件的荷载-位移曲线均与实际位移值接近,且混凝土剪力墙受弯承载力试验结果与实际值的误差在2%以内,表明试验研究方法具有一定的可行性,数值模拟结果较为准确。     

混凝土框架柱双向受剪性能试验研究与相关性分析

为研究钢筋混凝土框架柱的抗震性能,进行了矩形截面不等肢配箍混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的抗剪强度试验研究,对框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力进行有限元分析,并与试验结果进行比较,研究了两向不等肢配箍矩形截面柱在静载和低周反复荷载作用下双向受剪承载力的相关关系,推导了双向受剪承载力计算公式。研究结果表明,斜向水平荷载作用下,不等肢配箍混凝土框架柱双向受剪承载力的相关关系近似符合椭圆规律,为不等肢配箍混凝土框架柱的受剪承载力设计提供参考。     

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。     

冲击荷载作用下混凝土破坏强度的确定及CT验证

从细观结构出发,把混凝土看作由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,建立随机骨料模型,应用损伤塑性本构,对试件进行了冲击荷载作用下的数值模拟,通过施加不同的加载方式,研究材料的损伤破坏过程,最终以位移加载得出荷载-位移曲线的峰值强度作为细观混凝土试样的破坏强度.通过对混凝土进行冲击荷载作用下的实时CT扫描,得出试件的荷载位移曲线及各个应力阶段的CT图像,发现数值模拟所得混凝土强度及破坏过程与CT观测到的结果有较好的相似性.结果表明,利用该方法研究混凝土在冲击荷载作用下的损伤破坏过程是合适的,以荷载-位移曲线的峰值点作为混凝土破坏强度点是合理的.     

历经荷载历史的混凝土动弯拉特性研究

混凝土结构在使用过程中,受到的荷载情况比较复杂,并且不同荷载作用下的应变速率也相差很大,而混凝土动态抗弯拉力学性能在应力历史方面的研究起着重要的作用。因此在对前人研究方法和结果总结的基础上,针对中低强度混凝土被广泛使用的现状,利用MTS加载装置和先进的数据采集仪,采用适当的试件制作方法和加载工艺,当应变速率分别为10-6/s、10-5/s、10-4/s时,对强度为C35的混凝土试件,进行了相应的动态抗弯拉试验,分析了应变速率和应力历史对混凝土动态抗弯拉力学性能和变形性能的影响。试验结果表明:随着应变速率的增大,经历荷载历史后,混凝土的动态抗弯拉强度逐渐增大,同时,混凝土的动态抗弯拉弹性模量也呈增长趋势,峰值应变较直接加载而言,数值变大;混凝土的泊松比受荷载历史和应变速率的影响不大。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

局部锈蚀矩形RC墩重度震损后加固试验研究

为探究局部锈蚀矩形截面钢筋混凝土（RC）桥墩重度震损加固后的抗震性能,本文对拟静力破坏后的6个矩形截面RC桥墩试件进行扩大截面加固。通过加载试验,对加固桥墩试件从破坏形态、滞回特性、水平承载力、位移延性、侧向刚度以及耗能等方面进行了系统分析。结果表明:相比于普通箍筋,横向施加预应力的改进扩大截面加固方式对破坏后桥墩试件的抗震性能修复成效更佳;在同等位移幅值下,锈蚀率不断增大,桥墩试件抗震性能呈现逐渐降低的趋势;钢筋锈蚀位置上移,加固后桥墩试件的抗震性能提升;轴压比加大,加固后桥墩试件承载力和侧向刚度增大,但延性降低。     

桩土界面力学行为对桩基动力特性的影响

结合构建的饱和土结构性动力本构模型以及通用有限元程序,以城市高架桥梁建设中常采用的单柱墩基础为原型,建立了摩擦桩-土-结构体系、端承桩-土-结构体系的有限元-无限元计算模型。分完全粘结、滑移无开裂、开裂无滑移、开裂滑移四种情况考察了桩土界面力学行为对两种系统动力反应特性的影响,得出如下结论:无论是端承桩还是摩擦桩,界面力学行为对桩截面的剪应力和桩身水平位移分布形态影响均不大。四种情况中,完全粘结时,摩擦桩在近地表处桩截面剪应力值最大,开裂滑移时最小,而端承桩则刚好相反。水平位移分布均可分为线性增大和加速非线性增大两个阶段,以近地表处为分界点,且均以开裂滑移时最大,完全粘结时最小。界面力学行为极大地改变了端承桩桩身加速度时程的分布形态,但对摩擦桩则几乎没有改变;对于不同界面力学行为,两种桩型在近地表处均出现加速度峰值,完全粘结时值最大,开裂滑移时最小。相比摩擦桩而言,界面力学行为对端承桩的影响要大的多,研究分析时应引起足够的重视。     

基于双曲线模型的冻土中锚杆荷载传递特性研究

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性。基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性,结合算例分析表明：冻土中锚杆抗拔承载力大于常温土,且温度越低承载力越高;在相同荷载作用下,冻土温度越低,轴力沿深度衰减越快,剪应力分布越不均匀;相同冻结温度下,锚杆承载力随含水率的增大呈先增大后减小的趋势;增加锚固体直径能有效地提高锚杆的极限承载力。     

水合物分解对桩基础应力和变形影响的研究

赋存于海底沉积物中的天然气水合物与固体颗粒相互胶结,增加了沉积物的强度,一旦水合物分解,会引起沉积物剪切强度降低,如果在含有水合物层上面或附近存在桩基础,必然影响其稳定性。本文采用应力释放法,通过数值计算,分别讨论了桩基础底部位于含水合物地层不同深度时,水合物分解对桩基础应力和变形的影响规律。计算结果表明,随着水合物分解过程中的模量软化和强度衰减,桩基础的水平和竖向位移增大,由于地基水平,土体没有驱动剪应力,水平位移增加不大,地基和桩基础主要表现为竖向沉降;桩底部位于水合物层中间的桩基础的沉降变形,比桩底穿过水合物层的桩基础大,在桩基础及其附近的土体产生较大的应力。     

交通荷载作用红层填料道路沉降细观模拟

为研究G6京藏高速兰州—海石湾段红层路基填料导致的沉降问题,建立二自由度路基路面耦合离散元模型。通过迭代运算,得到各层材料的细观参数,编写Fish函数,用冲击荷载及半正弦荷载模拟交通荷载作用,在此基础上分析荷载作用下路基路面各层颗粒的位移和应力时程曲线。研究表明：基层与红层填料交界面处出现位移分层现象,基层受水平拉应力作用,是裂缝发展的高风险区,在公路运营过程中应定期重点监测该区域裂缝的发生。PFC模型实现了路基土体及路面结构层在离散元软件中协同变形的耦合,为不良路基地区道路的病害问题及沉降变形计算提供研究思路,为该地区后续的路基病害整治奠定理论基础。     

铁路桥梁根式挖井基础桥墩的水平承载特性研究

根式基础作为一种新型变截面结构形式,已被证明对于提高沉井基础与桩基础的竖向及横向承载力有明显影响,但其对挖井基础抗震性能的改善作用尚不明确。为明确根键对挖井基础桥墩承载力特征的影响,对一铁路根式挖井基础桥墩进行拟静力试验,研究其滞回曲线与骨架曲线特性,通过建立符合试验的有限元模型,讨论不同根键参数对挖井基础桥墩耗能能力及承载力的影响。结果表明根键的存在充分带动了周围土体的参与度,可大大提高挖井基础桥墩的承载力,且随着墩顶位移荷载的增加承载力呈非线性增加。试验及数值模拟均表明：根式挖井基础的破坏主要是由基础周围的土体失效引起的,基础自身并未发生损坏;增加根键的长度可以明显提高根式挖井基础桥墩的承载能力与耗能能力;当根键之间的间距大于根键自身宽度时,增宽根键可明显提高根式挖井基础桥墩的承载能力与耗能能力,而当根键的间距小于自身宽度时,加宽根键对承载力的影响不明显;增加根键的数量能明显提高根式挖井基础桥墩的承载力;在基础底部布置根键的效果并不弱于在侧壁布置,且根键布置在侧壁时不宜靠近土体表面。研究成果可为根式挖井基础在我国铁路桥梁中的应用提供科学依据。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

插桩过程对临近平台桩基础的影响研究

由于大型自升式钻井船的插桩位置通常距离海上钻井与采油平台较近,桩靴的插入过程可能会对临近平台的桩基础承载力和稳定性产生不利影响。以实际工程为背景,运用球孔扩张理论推导挤土效应产生的水平附加应力大小及其范围;提出一种近似考虑动力挤土效应的拟静力数值模拟方法,分析桩靴下沉到不同深度处时的桩基承载力、桩身应力和最大水平位移,并与静力分析结果进行对比。研究表明,桩靴插入过程对周围土体产生巨大的挤压和扰动作用,使得桩基承载力降低,桩身应力变大,最大水平位移增加;与静力法计算数值相比,由挤土效应导致的单桩承载力下降6%~8%,桩身应力增大30%~80%,桩身最大变形量增长1倍。     

软土地区航道开挖对桥梁桩基变形影响研究

以京杭运河二通道海宁段东西大道桥某桥梁桩基为研究对象,针对陆上航道开挖穿越密集交叉点重要桥梁工程的建设施工和安全防护的科学和技术难题开展研究。运用现场勘察、室内试验和三维数值仿真技术,对研究区深厚软土地质条件下的航道开挖进行模拟计算,分析航道开挖卸载过程中邻近桥梁桩基水平偏转位移,并重点探究桥梁桩基受邻近航道开挖关于不同桩长、桩径对桩基水平偏移的影响规律。结果表明：航道开挖工程势必会引起土体扰动而造成桩基偏移,对于超长桩来说,增大桩径对于桩基水平承载力的提升与控制桩基水平倾斜帮助有限;对于软土地区桥梁桩基来说,其桩长应大于临界值,否则桩基水平承载力不足以抵消土的开挖扰动对于桩的影响力,使得桩的水平倾斜急剧增大,使之发生破坏。研究成果可为后续相类似的工程及施工提供参考依据。     

Field testing of stiffened deep cement mixing piles under lateral cyclic loading

Construction of seaside and underground wall bracing often uses stiffened deep cement mixed columns (SDCM). This research investigates methods used to improve the level of bearing capacity of these SDCM when subjected to cyclic lateral loading via various types of stiffer cores. Eight piles, two deep cement mixed piles and six stiffened deep cement mixing piles with three different types of cores, H shape cross section prestressed concrete, steel pipe, and H-beam steel, were embedded though soft clay into medium-hard clay on site in Thailand. Cyclic horizontal loading was gradually applied until pile failure and the hysteresis loops of lateral load vs. lateral deformation were recorded. The lateral carrying capacities of the SDCM piles with an H-beam steel core increased by 3-4 times that of the DCM piles. This field research clearly shows that using H-beam steel as a stiffer core for SDCM piles is the best method to improve its lateral carrying capacity, ductility and energy dissipation capacity.