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钢桥面板疲劳开裂加固处治关键问题研究进展

中国公路学报 2024年第5期37卷 246-266页

作者：张清华李俊崔闯张永涛黄成造西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430040 同济大学土木工程学院上海200092 广东省交通运输厅广东广州510101

正交异性钢桥面板疲劳开裂显著影响钢桥的服役性能,其加固处治问题是工程界近年来高度关注的热点问题。对钢桥面板结构疲劳开裂加固处治的发展状况进行了分析总结,重点剖析了加固处治的关键问题和未来发展方向。结果表明:多开裂模式是... 详细信息

正交异性钢桥面板疲劳开裂显著影响钢桥的服役性能,其加固处治问题是工程界近年来高度关注的热点问题。对钢桥面板结构疲劳开裂加固处治的发展状况进行了分析总结,重点剖析了加固处治的关键问题和未来发展方向。结果表明:多开裂模式是钢桥面板结构疲劳问题的基本属性,加固处治方法的适用性和强化效应与开裂模式、裂纹扩展特性、裂纹长度等因素密切相关;以装配式加固处治法为代表的多类加固处治方法,通过加固件与开裂结构形成协同受力体系改变裂纹局部区域的受力特性,从而实现性能强化和延寿,加固体系中含有既有疲劳裂纹和已有一定损伤累积的未开裂模式,引入装配件或局部补强将产生新的疲劳易损部位和开裂模式,其疲劳开裂模式相较于加固前更多样、更复杂;加固前各开裂模式的损伤状态、加固体系的受力特性与开裂模式、及其剩余寿命预测等关键问题,是钢桥面板结构疲劳开裂加固处治研究的重要基础;在役钢桥面板结构的实际损伤状态评估及损伤重构方法、加固体系的剩余寿命预测和基于加固体系剩余寿命的加固设计是迫切需要解决的重要研究课题;基于功能材料的加固处治新方法和重度疲劳开裂的综合加固处治法是亟待突破的重要研究课题。

关键词：桥梁工程钢桥综述正交异性钢桥面板疲劳裂纹加固处治

法兰-套管组合连接的圆CFRP-钢管混凝土节点抗弯性能

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复合材料学报 2024年

作者：吕柏行赵恒刘博咸贵军肖海荣郭志光何俊中国建筑土木建设有限公司长安大学建筑工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院

在钢管混凝土外侧粘贴碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）形成的CFRP-钢管混凝土拱架具有高承载力与刚度的优点，用于高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等不良地质条件下的大断面隧道支护。本文提出了一种... 详细信息

在钢管混凝土外侧粘贴碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）形成的CFRP-钢管混凝土拱架具有高承载力与刚度的优点，用于高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等不良地质条件下的大断面隧道支护。本文提出了一种新型法兰-套管组合连接形式，用于CFRP-钢管混凝土拱架的节点。通过四点弯曲试验研究了法兰厚度（20mm、30mm、40mm）对CFRP-钢管混凝土节点破坏模式、抗弯承载力、刚度等弯曲性能的影响。试验结果表明：试件的破坏模式均为CFRP沿轴向剥离破坏，法兰-套管节点完好，该连接方式有效；法兰厚度为20mm时，抗弯承载力和刚度与无节点试件的基本一致，且抗弯承载力和刚度随着法兰厚度的增加而增大。通过有限元分析，研究法兰厚度、套管长度和套管壁厚对CFRP-钢混凝土节点弯曲性能影响规律。有限元结果表明：内聚力模型能较好地模拟CFRP剥离过程；法兰厚度对节点力学特性影响显著，套管长度和壁厚对节点力学特性影响较小；对于工程中常用的直径为140mm的CFRP-钢管混凝土拱架节点，建议法兰厚度取20mm，套管长度取200mm，套管壁厚取5.5mm。

关键词：隧道工程 CFRP-钢管混凝土节点连接弯曲性能试验研究数值模拟

杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护体系受力特性原位试验

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第2期55卷 755-773页

作者：郝增明闫楠白晓宇张立张启军林西伟青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 青岛业高建设工程有限公司山东青岛266022

为深入研究杂填土地层深基坑桩-锚-撑组合支护体系受力特性,依托青岛市某深基坑工程开展微型桩-锚-撑原位试验,分析不同开挖工况下双排微型钢管桩桩身弯矩与预应力锚索轴力的演化规律,揭示该支护体系下前、后排桩的受力性状、预应力锚... 详细信息

为深入研究杂填土地层深基坑桩-锚-撑组合支护体系受力特性,依托青岛市某深基坑工程开展微型桩-锚-撑原位试验,分析不同开挖工况下双排微型钢管桩桩身弯矩与预应力锚索轴力的演化规律,揭示该支护体系下前、后排桩的受力性状、预应力锚索应力分布特征,探讨邻近建筑物、基坑暴露时间及钢支撑拆除对该支护体系内力的影响。研究结果表明:1)在基坑开挖过程中,前排桩在受力中起主导作用;当开挖至基底时,桩身最大正、负弯矩极值呈现增大趋势,且极值点不断下移,开挖面以上桩身弯矩均呈正“S”型分布。2)开挖深度增加引起开挖面上、下1.0 m范围内桩身弯矩显著增大,前排桩桩身的反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m、开挖面位置。3)在开挖过程中,锚索轴力沿埋深方向呈现减小趋势,锚固段前端1.5 m之后的轴力基本不变或呈微小波动。4)锚索锚固段应力高度集中在锚固段前端4.0 m以内的区域,约为锚固段长度的44%,锚固段末端基本未产生轴力,可对该段长度进行优化处理。5)邻近建筑物对微型钢管桩桩身受力影响较小;随着基坑暴露时间增加,桩身弯矩呈微小增长趋势;钢支撑拆除后,前排桩的弯矩变化集中在0.38H~0.96H(H为基坑开挖深度)。6)桩-锚-撑组合支护体系能够较好地限制基坑变形,选择合理的支撑预应力是该类基坑设计的关键。

关键词：杂填土地层深基坑微型钢管桩锚索钢支撑原位试验

微生物矿化反应原理、沉积与破坏机制及理论:研究进展与挑战

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岩土工程学报 2024年第7期46卷 1347-1358页

作者：刘汉龙赵常肖杨重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

微生物矿化作为地质演变及碳氮循环不可或缺的一环,给岩土、水利及环境等领域带来了新的机遇和挑战,其衍生而来的以MICP为代表的微生物岩土技术已成为环境岩土工程最具革新性的技术领域之一。近20年来,微生物岩土技术从概念验证阶段到... 详细信息

微生物矿化作为地质演变及碳氮循环不可或缺的一环,给岩土、水利及环境等领域带来了新的机遇和挑战,其衍生而来的以MICP为代表的微生物岩土技术已成为环境岩土工程最具革新性的技术领域之一。近20年来,微生物岩土技术从概念验证阶段到相关领域技术示范已取得了重要进展。为推进对该领域更加深入的基础认识与研究,本文系统回顾了MICP技术并针对以下3部分进行了重点阐述:脲酶菌成矿作用的生物化学原理、微生物加固土的沉积模式及加固体破坏机理、涉及生物-化学-水力-力学等多物理场耦合作用下的微生物矿化反应理论。此外,还总结了微生物岩土技术目前亟待解决的问题与挑战,对潜在的研究热点与应用前景进行了探讨和展望。

关键词：微生物矿化成核结晶沉积模式胶结破坏多物理场耦合

深基坑双排微型桩-锚-撑组合支护结构受力与变形特性

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2295-2309页

作者：闫楠郝增明白晓宇张立孙林娜张启军青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 青岛业高建设工程有限公司山东青岛266022

为深入研究深厚杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护结构随基坑开挖的受力与变形演化规律,首先,依托青岛市某深基坑工程开展双排微型桩-锚-撑原位试验,分析开挖工况下前、后排桩的桩身弯矩分布规律;然后,结合ABAQUS有限元模拟方法,明... 详细信息

为深入研究深厚杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护结构随基坑开挖的受力与变形演化规律,首先,依托青岛市某深基坑工程开展双排微型桩-锚-撑原位试验,分析开挖工况下前、后排桩的桩身弯矩分布规律;然后,结合ABAQUS有限元模拟方法,明确微型桩、预应力锚索与钢支撑之间的协同作用及基坑变形规律;最后,揭示微型桩桩径变化、支护结构作用对桩身受力及基坑变形的影响机制。研究结果表明:增加开挖深度引起桩身正弯矩和负弯矩不断增大,极值点位置不断下移,桩身弯矩整体呈正“S”形分布;开挖至基底,前排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面位置,后排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面下方1.0 m范围内;基坑开挖竖向影响范围约为1.35H(H为基坑开挖深度),桩径增加近1倍,土体水平位移仅减少约51%,且随桩径继续增加,其对于限制基坑变形效果不显著;相较于桩锚支护结构,桩-锚-撑支护结构作用下,前、后排桩的最大水平位移分别减小34.9%和27.3%,基坑土体的最大水平位移减小46.0%。

关键词：深基坑微型桩锚索钢支撑原位试验有限元模拟

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基于ARMAV模型和J-散度的结构损伤识别

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振动与冲击 2024年第1期43卷 123-130,152页

作者：李孟郭惠勇重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

损伤识别技术是结构健康监测系统的关键组成部分,为了进一步提高损伤识别的准确性和适用性,提出一种融合信息距离函数J-散度与向量自回归滑动平均(vector autoregressive moving average,ARMAV)模型的损伤识别方法。采用预白化过滤器对... 详细信息

损伤识别技术是结构健康监测系统的关键组成部分,为了进一步提高损伤识别的准确性和适用性,提出一种融合信息距离函数J-散度与向量自回归滑动平均(vector autoregressive moving average,ARMAV)模型的损伤识别方法。采用预白化过滤器对加速度时域数据进行消除激励相关性以及降噪处理;建立了ARMAV模型,并由模型的自回归参数和残差方差构建损伤判别指标;采用三层框架试验数据,并进行转播塔模型的损伤识别试验研究验证了该方法的有效性。结果表明:基于ARMAV模型和J-散度距离的损伤识别方法可操作性强,能够准确、高效地定位框架和塔架结构的损伤,且该方法受环境变化的影响较小,可为在线结构健康监测提供一种新思路。

关键词：损伤识别试验研究向量自回归滑动平均(ARMAV)模型 J-散度时间序列分析

基于紧密堆积理论的混凝土弹性模量与徐变控制

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西南交通大学学报 2024年第2期59卷 404-412页

作者：李福海唐慧琪李继芸刘梦辉王江山陈爽徐腾飞西南交通大学土木工程学院四川成都610031 云南建设基础投资股份有限公司云南昆明650000

为降低连续刚构桥跨中下挠幅度,针对弹性模量与徐变2种影响因素,提出一种基于骨料紧密堆积理论的配合比优化控制方法,并对比原配合比研究了优化控制方法对不同龄期与环境下的弹性模量与徐变的影响;结合SEM(scanning electron microscope... 详细信息

为降低连续刚构桥跨中下挠幅度,针对弹性模量与徐变2种影响因素,提出一种基于骨料紧密堆积理论的配合比优化控制方法,并对比原配合比研究了优化控制方法对不同龄期与环境下的弹性模量与徐变的影响;结合SEM(scanning electron microscope)与MIP(mercury intrusion porosimetry)试验,从混凝土微观层面分析优化机理,以CEB-FIP(1990)模型为基础,提出考虑弹性模量成熟度的修正模型.结果表明:优化控制方法对早龄期混凝土弹性模量具有明显的控制效果,但界面过渡区面积的增加限制了后期弹性模量的发展;相同条件下,优化后混凝土徐变系数较原配合比降低了12%~23%;环境对混凝土徐变影响与优化控制方法相比占主导作用,不同环境下混凝土徐变变化幅度在45%~60%;混凝土徐变随加载龄期延长而减小,且优化后混凝土在较小加载龄期时,徐变仍比较大加载龄期的原配合比混凝土徐变降低3%~13%;优化后混凝土早龄期内部孔隙与微裂缝数量减少,改善了混凝土内部结构;修正后的CEB-FIP(1990)模型对徐变预测精度更高.

关键词：紧密堆积理论弹性模量徐变 CEB-FIP(1990)模型微观结构

冷弯薄壁型钢四肢箱形拼合截面柱受压承载能力设计方法

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工程力学 2024年第7期41卷 186-201页

作者：杨竞杰王卫永石宇重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045

冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱是一种常见拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑承受集中荷载。对其极限承载力,已有大量试验研究,但仍缺少可靠的设计方法,不便于工程应用。该文基于已有的试验研究成果,建立了相应的数值分析模型,... 详细信息

冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱是一种常见拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑承受集中荷载。对其极限承载力,已有大量试验研究,但仍缺少可靠的设计方法,不便于工程应用。该文基于已有的试验研究成果,建立了相应的数值分析模型,并对模型进行验证。在验证后的数值模型上进行参数分析,分析了具有不同尺寸和构造的冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱承载能力。基于数值法和能量法分别计算拼合截面柱的局部屈曲和整体屈曲弹性临界荷载,并将该临界荷载与美国规范中的直接强度法相结合,提出其极限承载力计算方法。研究结果表明,该文提出的修正方法相较于美国规范中的计算公式精度更高,也偏于安全。

关键词：钢结构冷弯薄壁型钢拼合柱承载力设计方法

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高强度环槽铆钉拉-剪力学性能研究

建筑结构学报 2024年第8期45卷 259-270页

作者：徐菲曾文彦周绪红王宇航重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为研究8.8级和10.9级两种高强度短尾环槽铆钉连接副的拉-剪力学性能,开展环槽铆钉连接副在不同拉-剪耦合作用下的力学性能试验,得到其在不同拉-剪耦合作用下的失效模式、荷载-位移曲线等力学性能;对铆钉断口微观形貌进行电镜扫描,分析... 详细信息

为研究8.8级和10.9级两种高强度短尾环槽铆钉连接副的拉-剪力学性能,开展环槽铆钉连接副在不同拉-剪耦合作用下的力学性能试验,得到其在不同拉-剪耦合作用下的失效模式、荷载-位移曲线等力学性能;对铆钉断口微观形貌进行电镜扫描,分析不同拉-剪耦合作用下的环槽铆钉连接副的失效机理。研究结果表明:环槽铆钉连接副的失效模式有套环拉脱和铆钉断裂两类,均呈现延性破坏;通过微观层面的断口形貌发现,在不同拉-剪耦合作用下铆钉为准解理断裂,具有一定延性。基于试验结果与理论分析,提出了环槽铆钉连接副在上述两种极限状态下的力学模型,建立了拉-剪耦合承载力设计方法。结果表明,该设计方法能较好地预测试验结果,8.8级与10.9级环槽铆钉承载力计算值与试验值之比分别为0.92和0.97。

关键词：环槽铆钉拉-剪耦合套环失效铆钉断裂承载力设计方法