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盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

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土木工程学报 2024年第1期57卷 111-121页

作者：张志强张康健刘新华刘征封坤唐旭西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬... 详细信息

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。

关键词：盾构隧道钢筋锈蚀破坏形态转变临界锈蚀率偏心受压构件

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钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测

东南大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 578-585页

作者：崔闯郑秋松袁晓鹏张宁张清华西南交通大学土木工程学院成都610031 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型... 详细信息

针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型.同时,结合线弹性断裂力学,建立了宏观长裂纹扩展模型.在此基础上,以钢桥典型的纵肋与顶板焊接构造细节为研究对象,结合既有疲劳试验,模拟并验证了微观短裂纹的成核、扩展,以及宏观长裂纹扩展全过程.数值模拟结果与试验结果基本一致,表明所提出的疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法对于钢桥复杂构造细节疲劳损伤演化与评估具有较好的适用性.

关键词：钢桥疲劳损伤演化位错偶极子模型短裂纹成核扩展长裂纹扩展

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基于数字散斑技术的水泥净浆微观蠕变与收缩

科学技术与工程 2024年第19期24卷 8214-8226页

作者：刘成王波李亚维赵鹏西南交通大学希望学院金堂610400 西南交通大学土木工程学院成都610031 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为探究大型试件水汽平衡较长引起额外收缩开裂的问题,提出了一种新型原位微观力学试验方法对水泥净浆的微观蠕变与收缩进行研究。研究结合数字散斑技术(digital image correlation,DIC)进行观测,在环境扫描电子显微镜(environmental sca... 详细信息

为探究大型试件水汽平衡较长引起额外收缩开裂的问题,提出了一种新型原位微观力学试验方法对水泥净浆的微观蠕变与收缩进行研究。研究结合数字散斑技术(digital image correlation,DIC)进行观测,在环境扫描电子显微镜(environmental scanning electron microscope,ESEM)和气候试验箱(climate chamber,CC)中对薄水泥块分别进行单轴-双轴压缩蠕变和收缩试验。试验结果表明,相较于传统测试方法,新的测试框架显著缩短了干燥时间,至少缩短了200倍,从而有效减小了开裂的风险。水泥净浆的自由干燥收缩与相对湿度(relative humidity,RH)高于60%时的质量损失之间存在高度线性相关性。在相对湿度50%~60%,水的空化作用对干燥收缩产生影响。ESEM中的干燥条件与气候试验箱中的环境空气干燥条件相比,气压较低,引发了强制对流流动,导致干燥速率显著增加,但在相对湿度为20%RH的平衡状态下,两者的收缩变形基本保持一致。快速干燥的试件与缓慢干燥的试件相比具有更大的孔隙,且未加载试件的孔隙大于加载试件。在单轴压缩试验中,干燥蠕变随干燥收缩的变化呈现出双线性的趋势;在双轴压缩试验中,干燥蠕变呈现出线性关系。干燥蠕变的泊松比在两种压缩试验中均表现出负值,在蠕变泊松比处于-0.1~0时,CC试验所得的蠕变性能与ESEM方法的结果基本一致。

关键词：桥梁工程蠕变收缩数字散斑水泥净浆干燥蠕变

无砟轨道玄武岩纤维泡沫混凝土路基动力特性分析

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西南交通大学学报 2024年

作者：黄志超张宗宇苏谦王迅黄俊杰赵文辉西南交通大学土木工程学院四川建筑职业技术学院兰州交通大学土木工程学院

玄武岩纤维泡沫混凝土可作为无砟轨道路基新型填料，为分析其动力性能，通过室内动三轴试验，获取玄武岩纤维泡沫混凝土的动力学基本参数；进一步，构建玄武岩纤维泡沫混凝土无砟轨道路基的足尺室内模型，揭示其在周期荷载作用下的动力... 详细信息

玄武岩纤维泡沫混凝土可作为无砟轨道路基新型填料，为分析其动力性能，通过室内动三轴试验，获取玄武岩纤维泡沫混凝土的动力学基本参数；进一步，构建玄武岩纤维泡沫混凝土无砟轨道路基的足尺室内模型，揭示其在周期荷载作用下的动力学响应；此外，建立玄武岩纤维泡沫混凝土的车-轨-路三维有限元计算模型，分析路基结构在高速行车条件下的变形特性。研究结果表明：掺入玄武岩纤维后，泡沫混凝土的动力学性能得到增强，玄武岩纤维掺量为0.6％时，达到最优配比，相较于未掺加玄武岩纤维的泡沫混凝土动强度提高90.8％，阻尼比提高46.2％，动模量提高98.1％；玄武岩增强泡沫混凝土无砟轨道路基的整体性较好，荷载能够较为均匀的向下扩散，路基表层动应力最大值为19.37kPa；通过数值模拟分析，路基振动在高频荷载作用下能够更快恢复平稳状态，在高速行车条件下，玄武岩纤维泡沫混凝土路基表面的最大沉降为0.3mm，相比于传统路基结构，玄武岩纤维泡沫混凝土路基在列车荷载作用下，振动响应频率高，产生的噪声更易控制。

关键词：高速铁路铁路路基泡沫混凝土玄武岩纤维动力性能

大跨度压型钢板-混凝土组合楼板粘结性能试验研究

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建筑结构 2024年第14期54卷 10-17页

作者：李永振陈齐曾晗潘毅成都大学建筑与土木工程学院成都610106 西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究大跨度压型钢板与混凝土组合楼板的粘结性能,以确定工程设计用的纵向剪切极限应力设计值,开展了6m足尺构件的受弯试验。试验共设计了两组试件,压型钢板的厚度分别为0.88mm和1.13mm,楼板跨度净距为6m。每组试件均由1个静载大跨度... 详细信息

为研究大跨度压型钢板与混凝土组合楼板的粘结性能,以确定工程设计用的纵向剪切极限应力设计值,开展了6m足尺构件的受弯试验。试验共设计了两组试件,压型钢板的厚度分别为0.88mm和1.13mm,楼板跨度净距为6m。每组试件均由1个静载大跨度试件、2个动载大跨度试件和1个静载短跨度试件组成,并基于欧洲规范计算了每个试件的纵向剪切极限应力设计值。结果显示,循环荷载疲劳动态加载不影响组合楼板的最终承载力和破坏模态。压型钢板的厚度对纵向剪切承载力影响较大,且纵向剪切极限应力设计值的提高幅度大于压型钢板厚度的增加比例。1.13mm厚度的压型钢板相较于0.88mm的压型钢板,厚度增加28%,纵向剪切承载力提高约60%。考虑支座摩擦力影响,基于试验得到的纵向剪切极限应力设计值会减少7%~10%。得到的纵向剪切极限应力设计值可用于跨度为6m及以内的压型钢板-混凝土组合楼板的剪切粘结承载力设计。

关键词：压型钢板组合楼板粘结性能部分剪切粘结法纵向剪切极限应力设计值

形状记忆合金增强水泥基复合材料及其构件研究进展

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材料导报 2024年第19期38卷 47-55页

作者：秦煜王亭辛景舟汤喻杰王威娜重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆大学土木工程学院重庆400044

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基... 详细信息

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基材料抗裂性能差的缺陷,改善水泥基材料构件的开裂和变形自恢复能力。本文从形状记忆合金的材料特性与种类、形状记忆合金纤维增强水泥基复合材料及形状记忆合金筋材增强水泥基复合材料构件三个方面进行综合阐述,并指出现有研究中存在的不足,展望了形状记忆合金增强水泥基复合材料的发展前景。

关键词：形状记忆合金水泥基复合材料自恢复形状记忆效应超弹性

钢筋锈蚀作用下隧道衬砌结构力学性能劣化研究

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铁道学报 2024年第1期46卷 156-163页

作者：李永珑刘新华朱星宇唐旭张志强西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

考虑锈蚀引起的钢筋力学性能劣化、混凝土有效截面减少、两者黏结性能退化等因素,建立围岩压力作用下钢筋锈蚀隧道衬砌模型,对不同锈蚀率下衬砌结构变形、损伤、内力重分布和裂缝宽度变化进行分析。研究结果表明,锈蚀对衬砌结构各部位... 详细信息

考虑锈蚀引起的钢筋力学性能劣化、混凝土有效截面减少、两者黏结性能退化等因素,建立围岩压力作用下钢筋锈蚀隧道衬砌模型,对不同锈蚀率下衬砌结构变形、损伤、内力重分布和裂缝宽度变化进行分析。研究结果表明,锈蚀对衬砌结构各部位损伤严重程度表现为拱顶>拱肩>拱脚>拱腰>仰拱;锈蚀引起结构内力重分布,当锈蚀率由0%发展到20%时,衬砌结构临空侧受拉处弯矩逐渐减小,围岩侧受拉处的弯矩逐渐增大,衬砌轴力整体变化不大,最大变化量仅为7.53%;拱顶裂缝宽度发展最快,拱肩和拱脚次之,当锈蚀率发展到2.7%时,拱顶最大裂缝宽度已不满足耐久性要求;开裂区钢筋锈蚀对衬砌力学性能劣化起主导作用,仅开裂区钢筋发生锈蚀时,衬砌结构力学性能劣化规律与钢筋全长锈蚀情况类似,但锈蚀导致的内力变化幅度和裂缝宽度减小。

关键词：衬砌结构混凝土损伤锈蚀内力重分布裂缝宽度

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大间距下高耸双烟囱风致特性试验研究

西南交通大学学报 2024年第1期59卷 104-112页

作者：雷伟王骑李明水李志国西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

双烟囱结构在自然风作用下存在气动干扰效应,从而诱发较大风致振动,威胁结构安全.合理计算和预测风振响应是双烟囱抗风设计的关键.以某中心距为8倍平均直径的双烟囱结构为研究对象,开展刚性模型测力和气弹模型测振风洞试验,将试验结果... 详细信息

双烟囱结构在自然风作用下存在气动干扰效应,从而诱发较大风致振动,威胁结构安全.合理计算和预测风振响应是双烟囱抗风设计的关键.以某中心距为8倍平均直径的双烟囱结构为研究对象,开展刚性模型测力和气弹模型测振风洞试验,将试验结果与中国规范、欧洲规范和CICIND(International Committee on Industrial Construction)规范计算值进行比较,详细研究双烟囱在不同风向角下的风致响应特性.研究结果表明:在烟囱串列布置下,迎风侧烟囱具有遮挡和干扰效应,一方面使得背风侧烟囱底部弯矩减小,另一方面使其横风向位移大于在其他风向角下的值;由于厂房的干扰效应,风振系数中国规范计算值与试验值接近;当烟囱高度超过厂房高度后,计算值较试验值偏大;对于横向响应,中国规范计算值较试验值大37.1%,欧洲规范计算值与试验值接近,仅偏小6.9%,CICIND规范计算值比试验值小17.1%.

关键词：双烟囱风洞试验设计规范风振系数横风向位移

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基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

西南交通大学学报 2024年第2期59卷 343-352页

作者：黄林董佳慧廖海黎蒲诗雨王骑西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD(computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面... 详细信息

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD(computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施(下中央稳定板、导流板与风嘴)对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验.试验结果表明:该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在+5°风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结果对比的数据集,以期更为准确、快捷地完成气动措施的选型.

关键词：边主梁叠合梁涡激振动气动措施 CFD数值模拟风洞试验