几何非线性与徐变共同作用下三维杆系结构有限元分析

几何非线性与徐变均为大跨或高耸柔性混凝土结构分析中必须考虑的重要因素,而现有计算方法通常只单独考虑,而未考虑两者的共同作用。基于几何非线性分析的随转坐标法和徐变效应分析的初应变法,该文首先建立三维梁元在随转坐标系下计入初应变效应的几何非线性平衡方程;再利用静力平衡原则,导出三维梁元在结构坐标系下同时考虑几何非线性与徐变的平衡方程,提供了详细的分析流程,编制了相应的非线性计算程序。以某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔为例,进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析;结果表明,无论是几何非线性还是徐变,单独考虑时得到的内力和位移结果均小于考虑两者共同作用得到的结果,因此在大跨或高耸柔性混凝土结构分析中考虑几何非线性与徐变共同作用是很有必要的。     

基于场一致性的可带铰空间梁元几何非线性分析

虽然关于几何非线性分析的空间梁单元研究成果较多,但这些单元均是基于几何一致性得到的单元刚度矩阵,而基于场一致性的单元研究则较少,该文基于局部坐标系(随转坐标系)下扣除结构位移中的刚体位移得到的结构变形与结构坐标系下的总位移的关系,直接利用微分方法导出两者增量位移之间的关系,再基于场一致性原则,最终获得空间梁单元在大转动、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵,在此基础上根据带铰梁端受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式,利用该文的研究成果编制了程序,对多个梁端带铰和不带铰的算例进行了空间几何非线性分析,计算结果表明这种非线性单元列式的正确性,实用价值较强。     

错位槽口窄高组合轨道梁非线性刚度研究

跨座式单轨轨道梁通常为窄高截面,为避免其混凝土轨道梁线形精度控制难度大、全钢轨道梁噪声、振动和走行面耐候等问题,制作了1榀错位槽口窄高钢-混组合轨道梁1∶3缩尺模型和相应的3个足尺推出试验模型。为研究该类结构的纵向抗剪和竖弯刚度,对比了理论公式、数值模拟和模型试验结果,所得结论如下：(1)错位槽口群钉的抗剪刚度随荷载增大而减小,既有规范公式与试验结果存在较大差异,对该类结构的抗剪刚度仍建议优先采用试验值,其次可采用2013版、2015版规范所得值作为上下限,将该上下限分别用于结构计算并取包络结果;对于焊钉和配筋适量的组合构件,也可采用该文所提公式来估算;(2)组合轨道梁的等效竖弯刚度呈现非线性特征,随着荷载的增大,实测等效刚度先大于后小于理论值;(3)同一截面处钢梁和混凝土板沿高度方向变形不协调,混凝土板应变值显著大于钢梁,难以适用平截面假定。     

超高性能混凝土在结构中的应用

超高性能混凝土(UHPC)具有超高的力学性能和超高的耐久性能,被认为过去三十年最优异的水泥基复合材料之一,能较好地适应当前土木工程结构大型化、复杂化的趋势,也能符合社会可持续发展对高性能材料发展要求。近年来,UHPC材料与结构已成为热点研究方向,相关专利与论文数量呈指数型增长,UHPC应用数量、范围与地区不断攀升,各类规范与标准也在不断地制定与修订之中。文章围绕超高性能混凝土的研究与工程运用现状,概括总结超高性能混凝土的性能特点,梳理超高性能混凝土在桥梁工程、建筑工程以及防护工程等领域的应用现状,结合笔者团队在超高性能混凝土应用方面的实践感悟,探讨超高性能混凝土规模化应用的关键环节,为超高性能混凝土材料今后进一步研发与应用提供参考。     

镁合金表面处理工艺及有机防护涂层耐腐蚀性能

为提高镁合金的耐腐蚀性能,研究了镁合金的化学转化膜技术原理、有机防腐涂装层次结构及其涂膜防腐性能。结果表明该化学转化膜可以提高镁合金与有机涂层的结合力,同时配套复合有机涂层体系对镁合金有较好防护及耐腐蚀性能。     

被一氧化碳中毒的钯/铝硅酸盐催化剂再生方法

通过实验揭示了被一氧化碳中毒的以铝硅酸盐(沸石)为载体的钯催化剂再生新方法。实验发现,在16.5～65℃条件下,该催化剂可被空气氧化再生,再生后活性完全恢复,且再生是可以反复进行的。此催化剂广泛应用于催化加氢过程,尤其是双氧水工业。     

轻型组合桥面板球扁钢纵肋-横隔板连接细节局部应力分析

为降低正交异性钢桥面板疲劳开裂的风险,提出带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板方案。以洞庭湖二桥轻型组合桥面板为工程背景,建立钢桁梁局部有限元模型和球扁纵肋-横隔板连接细节的子模型,并基于热点应力法,对横隔板上开孔孔型和厚度进行了参数分析。研究表明：球扁纵肋-横隔板连接处3个典型疲劳细节的疲劳性能受横隔板厚度影响显著|综合比较,苹果型开孔的疲劳性能最优。为进一步验证轻型组合桥面板的球扁钢纵肋-横隔板连接处3个细节的疲劳性能,开展了足尺模型疲劳试验,试验模型采用16mm厚带苹果型开孔的横隔板设计。疲劳试验中,控制细节（横隔板切口自由边缘）的应力幅为90.6MPa,历经250万次循环加载后,试验模型中典型疲劳细节均未出现疲劳裂纹。这表明,带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板关键细节的疲劳性能良好,能满足洞庭湖二桥的工程要求。     

多排预应力波形钢腹板组合挑梁承载能力试验研究

波形钢板由于其独特的力学性能,在组合结构中得到广泛的应用。该文对脊骨梁中多排波形腹板钢挑梁支撑的预应力混凝土板的这种新型组合挑梁进行了承载力的对比试验研究,根据波形钢腹板特性及组合梁的基本理论,推导了其极限承载力的计算公式,并与试验结果对比,验证了理论公式的正确性。采用有限元方法进行了几何参数分析,总结出该结构的优化设计参数,以供工程实际参考。     

钢-超高性能混凝土组合板开裂荷载正交试验及计算方法

为了研究钢-超高性能混凝土（UHPC）轻型组合桥面结构的横向抗弯开裂性能,综合考虑配筋率、保护层厚度、UHPC层厚度和栓钉间距4个影响因素,对40个钢-UHPC组合板试件进行受弯开裂正交试验. 结果表明,未配筋构件裂缝数量少且裂缝扩展较快,配筋可以提高构件的开裂刚度,加强裂缝扩展阶段,使构件出现多元开裂特性. 配筋率对开裂应力的影响最大,其次是保护层厚度,然后是栓钉间距,UHPC厚度对开裂应力的影响较小. 在配筋率较高时减小保护层厚度,开裂应力提高幅度较大. UHPC厚度为45 mm的组合板的开裂应力为18.7~27.8 MPa,UHPC厚度为60 mm的组合板的开裂应力为17.2~27.4 MPa,远超虎门大桥的工程需求. 根据现有规范公式计算钢-UHPC组合结构开裂荷载偏保守. 根据密集配筋钢-UHPC组合结构特点,提出钢筋应力和开裂荷载计算方法,计算结果和试验实测结果较吻合.     

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土（UHPC）组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.