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动荷载作用下道砟嵌入路基土细观特性研究

铁道学报 2024年

作者：张杰聂如松黄茂桐谭永长郭一鹏中南大学土木工程学院中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙理工大学土木工程学院

为研究动荷载作用下道砟嵌入路基土的细观特性，建立道砟嵌入路基土三轴离散元（DEM）模型，重点分析道砟嵌入过程中配位数的演化特征、平均法向接触力及接触方向的演变规律，并探讨道砟-路基土接触界面整体和局部应力分布特征。研究结... 详细信息

为研究动荷载作用下道砟嵌入路基土的细观特性，建立道砟嵌入路基土三轴离散元（DEM）模型，重点分析道砟嵌入过程中配位数的演化特征、平均法向接触力及接触方向的演变规律，并探讨道砟-路基土接触界面整体和局部应力分布特征。研究结果表明，随着加载次数增加，道砟配位数逐渐增加，而路基土配位数减少，且越靠近道砟-路基土接触界面，土颗粒配位数越低，道砟嵌入导致接触部位的土体稳定性下降。动荷载通过道砟以近90°的力链方向传递至路基土，其中道砟之间平均接触力最大，其次是道砟与路基土之间，而路基土之间平均接触力最小。随着加载的持续进行，道砟不断嵌入下方土体，增大了道砟和路基土之间的接触面积，使接触界面的应力分布逐渐趋于均匀，从振次1到振次80，道砟-路基土接触界面处局部平均接触应力与整体平均应力的比值从4.80降至1.57。研究成果可加深对动荷载作用下道砟嵌入路基土现象的理解。

关键词：重载铁路有砟轨道道砟嵌入细观特性离散元

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FRP约束再生混凝土构件研究进展

复合材料学报 2024年第7期41卷 3490-3502页

作者：刘春阳闫凯李秀领隋玉武山东建筑大学土木工程学院济南250101 建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室济南250101 山东建筑大学材料科学与工程学院济南250101

推广使用再生混凝土是实现建筑固废资源化再利用和生态环境可持续发展的重要途径,纤维增强复合材料(FRP)约束再生混凝土是改善和提升其力学性能的有效方法。国内外研究人员对不同再生骨料取代率、FRP种类、侧向约束刚度(FRP层数)、FRP... 详细信息

推广使用再生混凝土是实现建筑固废资源化再利用和生态环境可持续发展的重要途径,纤维增强复合材料(FRP)约束再生混凝土是改善和提升其力学性能的有效方法。国内外研究人员对不同再生骨料取代率、FRP种类、侧向约束刚度(FRP层数)、FRP全包裹/条带式包裹等设计参数下FRP约束再生混凝土材料抗压强度、应力-应变曲线及构件的力学性能和抗震性能指标的变化规律进行了试验研究和理论分析,比较了FRP约束普通混凝土极限强度和极限应变模型对FRP约束再生混凝土试件试验结果的适用性。本文分析了FRP约束再生混凝土材料和构件相关性能的研究现状及存在的不足,归纳了需要进一步研究的问题,以期为后续FRP约束再生混凝土结构力学性能研究和工程应用提供参考。

关键词： FRP约束再生骨料混凝土材料性能构件性能研究进展

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预应力钢管混凝土轴拉性能试验研究

建筑结构学报 2024年第S1期 114-123页

作者：金开元周绪红王宇航毛捷重庆大学土木工程学院重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室

预应力钢管混凝土格构式风电塔架代替原有的钢-混凝土混合结构塔筒，四角柱采用预应力钢管混凝土，可增加刚度的同时减少钢材和混凝土的用量，方便运输和吊装。针对6个预应力钢管混凝土柱在轴拉荷载工况下的受力性能开展试验研究，主要... 详细信息

预应力钢管混凝土格构式风电塔架代替原有的钢-混凝土混合结构塔筒，四角柱采用预应力钢管混凝土，可增加刚度的同时减少钢材和混凝土的用量，方便运输和吊装。针对6个预应力钢管混凝土柱在轴拉荷载工况下的受力性能开展试验研究，主要考察的参数为含钢率、初始预应力及预应力筋与混凝土的接触方式。针对柱的破坏模式、荷载-位移曲线、钢管应变规律及延性等展开分析。结果表明：该型结构的典型轴拉破坏模式为钢绞线和外钢管的断裂，内钢管的断裂或塑性变形，以及混凝土的等间距分层开裂；初始预应力对钢管弹性变形影响较小，但其值越高，钢管屈服延后，试件伸长率更高；钢管含钢率越高，屈服时间越晚，承载力越大；黏结力可以推迟钢管的屈服时间，提高延性。

关键词：风电塔架钢管混凝土预应力轴拉试验受力性能

钢管混凝土柱-梁贯通式RECC环梁节点抗弯承载力计算方法

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工程力学 2024年

作者：董冰清张烁许荔王尚雨山东建筑大学建筑结构改造与地下空间工程重点实验室济南历信置业有限公司东南大学土木工程学院

梁贯通式环梁节点作为连接钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的一种节点形式，充分发挥了环梁节点传力机制明确的优势，减少了焊接施工耗材与耗时。但由于混凝土的脆性，普通钢筋混凝土环梁节点在弯剪扭复合受力状态下开裂严重，降低了节点的... 详细信息

梁贯通式环梁节点作为连接钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的一种节点形式，充分发挥了环梁节点传力机制明确的优势，减少了焊接施工耗材与耗时。但由于混凝土的脆性，普通钢筋混凝土环梁节点在弯剪扭复合受力状态下开裂严重，降低了节点的承载力。为提高环梁节点的受力性能，进一步优化环梁节点配置，本文基于一种新型的钢筋增强超高延性水泥基复合材料（Reinforced Engineered Cementitious Composite，简称RECC）环梁节点，研究了其抗弯性能并提出了相应的抗弯承载力计算方法。基于极限平衡法对节点的受力机理及各组份的作用进行了分析，通过在选定的控制截面上对ECC破坏阶段的应力、应变过程分析，对ECC的贡献进行了定量计算。继而综合框架梁纵筋、环梁环筋和箍筋的抗弯承载力，提出了钢管混凝土柱-梁贯通式RECC环梁节点的抗弯承载力计算模型。在此基础上，通过简化控制面进一步提出了该节点面向工程实际的抗弯承载力简化计算方法。最后，将两种破坏形态的试验及有限元结果与理论公式进行比对，结果吻合较好，且试验值与理论值的误差较小，证明所提出的承载力计算模型具有一定的可靠性和理论意义。

关键词：超高延性水泥基复合材料(ECC) 环梁节点钢管混凝土柱抗弯性能承载力

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道砟嵌入路基土三轴试验及离散元模拟研究

岩土力学 2024年第6期45卷 1720-1730页

作者：张杰聂如松黄茂桐谭永长李亚峰中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

有砟轨道道砟嵌入对路基服役性能具有显著影响。基于此设计上层为道砟、下层为路基土的单元试样,通过室内动三轴试验和离散元法(discrete element method,简称DEM)数值仿真研究了动荷载作用下道砟嵌入路基土的宏观变形行为和局部变形特... 详细信息

有砟轨道道砟嵌入对路基服役性能具有显著影响。基于此设计上层为道砟、下层为路基土的单元试样,通过室内动三轴试验和离散元法(discrete element method,简称DEM)数值仿真研究了动荷载作用下道砟嵌入路基土的宏观变形行为和局部变形特征。研究结果表明:在动荷载作用下,道砟与路基土之间仅通过接触面上有限数量的离散接触传递应力,随动应力幅值增加,道砟嵌入深度也不断增加,嵌入深度与动应力呈指数函数变化。道砟嵌入路基土变形过程分为局部挤压阶段、剪切带形成阶段及剪切带发展阶段,道砟嵌入会使得道砟−路基土接触界面的土样孔隙率显著增加,同时也会使得接触界面发生显著的侧向变形。孔隙率较高的饱和试样在较低的动应力作用下会发生翻浆冒泥现象,道砟嵌入导致的路基面孔隙率升高是既有路线发生翻浆冒泥的重要原因,防治翻浆冒泥需重点防止道砟嵌入导致的土样局部孔隙率升高。该研究成果可加深对道砟嵌入现象以及由此引发的路基表层变形行为的认识。

关键词：有砟轨道道砟嵌入变形特征动三轴试验离散元模拟

基于柔性边界的非饱和土三轴试验及离散元分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 208-222页

作者：张杰聂如松李列列李亚峰杜炜黄茂桐中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045

非饱和土三轴试验的离散元模拟,对于从细观角度揭示其力学特性至关重要,但目前研究多采用刚性边界条件.使用黏结球颗粒代替橡胶膜,实现围压柔性加载.在此基础上,提出非饱和土三轴数值试验模拟流程,并进行不同围压下的三轴数值试验.从宏... 详细信息

非饱和土三轴试验的离散元模拟,对于从细观角度揭示其力学特性至关重要,但目前研究多采用刚性边界条件.使用黏结球颗粒代替橡胶膜,实现围压柔性加载.在此基础上,提出非饱和土三轴数值试验模拟流程,并进行不同围压下的三轴数值试验.从宏观破坏形态和细观剪切带、配位数、接触力等方面研究不同围压下非饱和土的力学特征.结果表明:非饱和土力学特性受围压影响较大,峰值应力和弹性模量随围压增大而增大,围压越大,剪胀性越小;试样主要表现为鼓胀破坏,破坏后剪切带在形态上呈对称的“X”形,剪切带的形成开始于颗粒的转动,到达峰值应力时,内部转动颗粒发生贯通,剪切带基本成型,围压越大,剪切带上转动颗粒数目和转动角度越小;配位数先增加后减少,与体应变变化趋势一致,且随围压增大而增大;剪切使法向接触力概率密度函数峰值左移,并且使法向接触力不均匀性增大,围压越大,法向接触力分布越均匀.该研究成果可为从细观认识非饱和土的力学行为提供途径.

关键词：非饱和土粒间吸引力三轴试验剪切带柔性边界离散元分析

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 90-100页

作者：张路杨姚继涛胡玉坤西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从... 详细信息

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型(Modified simplified softened strut-and-tie model,MSSSTM).采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明:MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05,变异系数分别为0.04、0.09;按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好,离散性较小,且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.

关键词：改进简化拉-压杆模型钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力斜压杆倾角

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高强钢筋混凝土柱小偏心受压性能试验研究

工程力学 2024年第3期41卷 82-90页

作者：马立成史庆轩王朋王秋维西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为研究高强钢筋混凝土柱小偏心受压性能,进一步推进高强钢筋在混凝土结构中的应用,针对HTRB630级高强钢筋,考虑配筋率、配箍率、箍筋间距和荷载偏心距等因素的影响,通过6根高强钢筋混凝土方形截面柱的小偏心受压试验,研究了该类构件的... 详细信息

为研究高强钢筋混凝土柱小偏心受压性能,进一步推进高强钢筋在混凝土结构中的应用,针对HTRB630级高强钢筋,考虑配筋率、配箍率、箍筋间距和荷载偏心距等因素的影响,通过6根高强钢筋混凝土方形截面柱的小偏心受压试验,研究了该类构件的破坏过程、破坏形态和变形能力,评估了钢筋的应力及其强度发挥水平。结果表明:受压区HTRB630级钢筋能够达到屈服强度,且塑性变形能够充分发挥;提高配箍率,可提高试件小偏心受压承载力;当配箍率超过1.50%时,对试件承载力提高不多,但在一定程度上能够改善试件的变形能力。考虑箍筋对混凝土的约束作用,参照中国现行规范的计算方法,给出了高强钢筋混凝土柱压弯承载力的计算方法,计算结果与试验值相比吻合较好,可为该类构件的正截面设计和规范修订时提供参考。

关键词： HTRB630级钢筋高强钢筋混凝土柱单调荷载试验偏压性能设计方法

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软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 41-51页

作者：张子新李小昌李佳宇同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地... 详细信息

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。

关键词：软土地层盾构掘进模型试验土体稳定

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