无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法

为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。计算结果表明：在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。     

超高性能混凝土-混凝土组合简支梁弯曲性能试验

进行了3根超高性能混凝土(UHPC)位于受拉区的超高性能混凝土-混凝土组合梁(UHPC-NC组合梁)和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲性能试验。对UHPC-NC组合梁的受力过程、跨中截面应变分布、裂缝开展模式和破坏形态等进行了研究分析。试验结果表明,UHPC-NC组合梁在加载过程中基本符合平截面假定,并且在UHPC层中配置适量的纵向钢筋,能大幅度提高组合梁的抗弯承载力。同时,将钢筋和UHPC对试验梁极限承载力的贡献分为4个阶段(初始状态、阶段状态、极限状态和破坏状态)进行计算。最后,对组合梁受拉区UHPC层等效矩形应力系数k进行推导。结果表明,UHPC层对组合梁抗弯承载力的贡献效率随着配筋率的不同而不同。     

混凝土管片及其接头承载力特性数值模拟分析

为了分析混凝土管片及其接头的力学特性,采用有限元方法数值模拟完整混凝土管片及其接头的承载力特性。混凝土本构关系采用Rush建议的二次抛物线和水平直线组合模型。钢筋采用弹性-理想塑性本构模型。采用杆单元模拟混凝土管片内的纵筋和箍筋以及管片接头处螺栓。研究不同轴力与弯矩组合作用下混凝土管片极限承载力的变化规律,分析正负弯矩作用下混凝土管片接头的承载力特性。研究表明,混凝土管片的极限弯矩随轴力的增大而增加;在最大轴力时与无轴力管片承载力相对比,管片极限弯矩增加70%。通过对管片接头研究发现,管片接头的极限承载力只是管片的40%左右;接头的存在降低了混凝土管片的承载能力,管片接头的极限弯矩大小主要受接头螺栓强度和位置的影响。     

盾构穿过矿山法隧道的管片特性现场试验研究

以深圳市地铁某区间隧道为背景工程,针对矿山法+盾构法的复合施工法中二衬管片受力特性进行现场试验,埋设混凝土应变计、土压力盒和钢筋轴力计等仪器,监测并分析混凝土管片环缝接触面纵向应变、土压力以及钢筋轴力的变化规律.结果表明：监测量随时间的变化可分为2个阶段,整体预压力基本满足要求;混凝土管片环缝接触面纵向应变和土压力沿环向的分布极不均匀,壁后压浆能够改善管片的受力和控制上浮;实测管片钢筋的轴力远小于其设计值,应优化其配筋设计;需对环间螺栓进行多次有序复紧,对管片进行多次壁后补压浆.     

钢筋混凝土板的三维非线性有限元分析

采用组合式钢筋混凝土非线性有限元方法,对集中荷载作用下钢筋混凝土板进行了极限承载力分析,混凝土材料采用弹塑性本构模型;为考虑材料达到极限强度后的性能,用弥散裂缝模式模拟混凝土拉裂后的应变软化及应力释放,用应变空间破坏面近似处理混凝土的压碎型破坏;钢筋采用等效薄膜模拟,经与试验结果对比,两者吻合性较好。     

离心钢管混凝土构件大、小偏压的判别

基于钢筋混凝土构件大、小偏压理论,提出了离心钢管混凝土偏心受压下界限破坏极限状态,即钢管受压区外侧达到屈服强度,且混凝土受压区外侧到达峰值应变.参照钢筋混凝土柱偏压计算方法,根据平截面假定,建立静力平衡条件、变形协调条件和物理条件,推导出离心钢管混凝土界限破坏状态下承载力计算公式.最后,结合相应规范,提出采用相对受压区高度ξ及界限破坏时轴压力Nb进行大、小偏压的判别.     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

巨型框架节点的非线性有限元分析

建立了钢筋混凝土巨型框架节点的非线性有限元分析模型.根据节点的特点,采用整体式钢筋混凝土有限元模式.混凝土本构关系采用增量式Darwin-Pecknold模型,受拉和受压均考虑下降段,完善了双向受力下混凝土强度和峰值应变的计算公式;钢筋的本构关系考虑了混凝土加劲效应和混凝土开裂后钢筋的变形特点;采用分布式裂缝模型;采用增量法和切线刚度迭代法混合策略求解非线性方程组.对3个巨型框架节点试件进行了计算分析,计算挠度曲线和钢筋应变曲线与试验曲线吻合很好,计算的变形模式同试件破坏形态一致.非线性有限元分析从理论上进一步揭示了巨型框架节点的受力性能及其影响因素.     

对ABAQUS中混凝土弥散开裂模型的静力特性的分析

为全面了解ABAQUS有限元软件中混凝土弥散开裂模型分析混凝土材料和构件的能力,用该模型对混凝土材料的单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土弥散开裂模型能较精确地模拟单轴受拉和受压、双轴受压和双轴拉压应力状态下混凝土的力学性能,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其相应的破坏形态,但不能很好地描述混凝土双轴受拉应力状态下材料的力学性能,也不能反映体积应变发展变化的规律.     

钢筋混凝土构件拉伸破坏过程的三维模拟研究

采用三维的材料破坏过程分析系统RFPA3D(3D-Realistic Failure Process Analysis)对钢筋混凝土轴心受拉构件的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏的断裂全过程进行了数值模拟。充分考虑了混凝土的非均匀性,通过简单直观的本构模型并采用单元材料性质弱化的办法,利用位移加载来实现钢筋混凝土构件的拉伸破坏过程,再现了钢筋混凝土结构中等间距裂缝形成过程,从细观角度模拟分析了混凝土及钢筋的破坏过程及破坏机理。数值试验结果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律有参考价值。     

盾构隧道纵缝接头极限状态试验研究

纵缝接头对盾构隧道衬砌结构的变形和内力起控制作用,且不同受力状态下的盾构隧道接头的力学性能差异较大。基于1:1的纵缝接头正、负弯矩荷载试验,通过加载接头至极限破坏,获得了纵缝接头在轴力和弯矩共同作用下的接缝张开、接头挠度、螺栓和管片混凝土的应变。根据连接螺栓、密封垫和管片混凝土的工作状态,确定了纵缝接头的使用状态极限;根据接头最终破坏的变形和承载状态,确定了纵缝接头的承载能力极限。最后,在对比试验结果与设计结果的基础上,研究了现行安全系数设计方法的安全储备。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震性能分析

将弹塑性纤维模型引入基于柔度法的非线性梁柱单元,通过有限元分析软件OpenSees对钢筋混凝土桥墩在低周反复荷载作用下的受力性能进行了模拟.对墩底截面内力、变形和钢筋受拉应变进行了参数分析.结果表明:墩底截面内力和刚度随轴压比和配筋率的增大而增大,截面变形和钢筋受拉应变随轴压比和配筋率的增大而减小,随着延性比的增加,轴压比较大的试件的截面曲率和受拉钢筋应变的增长程度更加显著,钢筋硬化参数对于分析结果有较大影响.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律.     

对ABAQUS中混凝土弥散开裂模型的静力特性分析

为全面了解ABAQU S有限元软件中混凝土弥散开裂模型分析混凝土材料和构件的能力,用该模型对混凝土材料的单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土弥散开裂模型能较精确地模拟单轴受拉和受压、双轴受压和双轴拉压应力状态下混凝土的力学性能,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其相应的破坏形态,但不能很好地描述混凝土双轴受拉应力状态下材料的力学性能,也不能反映体积应变发展变化的规律。     

混凝土梁教学实验中的异常开裂机理探讨

针对钢筋混凝土简支梁剪压破坏性教学实验,在加载临近极限承载力时,梁端上部受压混凝土出现竖向开裂的异常现象,认定混凝土受压区出现拉应力;通过剪跨段上部混凝土应变测试,得到随荷载增加应变由压变拉的试验数据;根据实测应变分布,计算钢筋与混凝土在完全锚固情况下的粘结剪力,并与混凝土对钢筋的实际粘结强度进行比较,得出钢筋与混凝土粘结破坏并产生滑移的结论;认为剪跨段短,上部纵向应变梯度大,滑移引起的钢筋相对伸长在混凝土中产生拉伸效应,是导致剪跨段上部混凝土竖向开裂的主要原因,并提出验证实验方案。     

局部配CFRP-PCPs复合筋混凝土梁的设计方法

对局部(跨中受拉区2m范围内)配碳纤维增强塑料预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋的钢筋混凝土梁进行受力性能试验研究.基于局部配CFRP-PCPs复合筋混凝土梁的受弯试验与理论分析,对其理论设计进行较系统的研究.试验共设计5根试件,其中4根混凝土梁在受拉区居中配CFRP-PCPs复合筋,1根混凝土梁通长配CFRP筋作为对比试件.通过已有理论公式与本次试验的结果推出CFRP筋预应力损失以及局部配CFRP-PCPs混凝土梁抗裂度的理论计算方法.用截面极限状态分析法,分别推出受弯承载力在界限破坏、受压破坏和受拉破坏模式下的理论计算公式.此外,在CFRP复合筋的基础上,对普通钢筋混凝土梁裂缝宽度和挠度的计算方法进行修正,得出局部配CFRP-PCPs复合筋混凝土梁裂缝宽度和挠度的计算方法.对比理论公式计算值与试验结果值,结果基本吻合.     

小剪跨比牛腿承载性能试验研究

为了分析小剪跨比钢筋混凝土牛腿在竖向荷载作用下的破坏情况,通过试验研究了不同剪跨比和混凝土强度对牛腿承载能力的影响,分析了牛腿纵筋的承载力-应变曲线和破坏形态.结果表明:在小剪跨比情况下,牛腿破坏形态大致可分为剪切破坏和斜压破坏2种破坏形态;混凝土强度的提高使钢筋混凝土牛腿受剪承载力增大而且基本呈线性关系;随着剪跨比的增大,牛腿的极限承载力明显下降;在荷载一定的情况下,裂缝宽度基本上随剪跨比的增大而增大,钢筋的应变值随剪跨比的减小而变小.     

钢筋混凝土柱壳的非线性分析

混凝土受拉开裂及多向压力作用下混凝土的非线性应力－应变关系是产生钢筋混凝土结构非线性反应的两个主要原因，据此建立混凝土破坏的一般准则，用这些准则建立非线性有限元分析的应力－应变增量关系，对于钢筋混凝土构件的有限元分析，文中介绍的方法可以直接考虑钢筋的作用，钢筋和混凝土两种不同材料的应力－应变关系可以分别考虑，便于有限元计算程序的编制。     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中,构成智能CFRP,试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好;FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系,FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁,并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值,应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合,模拟挠度与实测挠度也相符合,模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳性能数值模拟

为了分析钢筋混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下正截面力学性能随着时间不断变化的过程,用条带法数值模拟疲劳破坏的整个过程.在已有的钢筋和混凝土轴心疲劳本构关系基础上,根据粘结应力分布规律推导出平均截面的材料本构关系,运用条带法分析钢筋混凝土受弯构件的疲劳性能,编制程序进行计算,程序计算结果与疲劳试验结果进行比较.数值模拟和试验结果表明:受压区高度及混凝土和钢筋的应变发展呈现两阶段规律,随着疲劳荷载次数的增加混凝土和钢筋的应力、应变发生重分布现象;程序和试验结果吻合较好.用编制的程序分析钢筋混凝土受弯构件的疲劳性能具有一定的精度,可部分代替冗长、昂贵的疲劳试验.