钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分方法

为深入了解混凝土收缩徐变对钢-混凝土组合梁力学性能的影响,采用随时间变化的换算弹性模量法建立了钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分模型,得到了组合梁内力、挠度和钢-混凝土界面滑移的微分控制方程.根据边界条件,给出了内力、变形及钢-混凝土界面滑移等各项力学性能指标的闭合解.为验证增量微分方法的正确性,对试验梁和算例梁进行了跨中挠度-时间曲线、沿梁高应变分布及梁端钢-混凝土界面滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的增量微分法与试验值和其他计算方法的计算结果吻合较好,可以有效地预测钢-混凝土组合梁的长期力学性能.     

施工期混凝土时间效应增量型数值分析

研究了长期加载后的混凝土梁柱加载至破坏的非线性数值模拟计算技术.基于混凝土徐变的应力-应变-时间耦合本构关系应用梯形积分公式建立了混凝土时效性能的增量型数值迭代模型及其算法;基于有限元法建立了非线性增量型数值迭代模型及其算法.采用该方法对偏心柱和简支粱进行数值计算,计算结果与试验值吻合较好,表明该算法可以满足混凝土构件收缩徐变的分析要求.     

预应力混凝土箱梁徐变效应的有限元分析

预应力混凝土收缩徐变一直是桥梁线形的一个重要影响因素,研究由徐变引起的上拱变化对线形影响是非常有意义的.文章提出了梁桥的收缩徐变计算表达式,分析徐变对单元的应力应变关系的影响,列出任意阶段混凝土徐变应变增量,最后以某高速铁路桥梁作为工程实例,分析了徐变效应对混凝土梁的影响.     

混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土箱形结合梁桥的影响

为了研究混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土结合箱形梁桥的影响,采用Sap2000商用软件,分析了一实桥结构,在三维建模时分别以壳单元、弹簧单元、梁单元和筋单元等模拟钢箱、钢箱与桥面板之间的剪力连接键、外横隔梁和预应力钢筋等,以多层混凝土壳单元模拟了桥面板,并对施工过程进行了仿真模拟.分析结果表明:混凝土收缩徐变大大增加了桥梁的挠度,不但使跨中正弯矩区混凝板的压应力不断增大,也使负弯矩区混凝土板的压应力不断增大,这一效应对防止负弯矩区混凝土板的开裂是有利的;混凝土桥面板中的普通钢筋对收缩和徐变效应有明显的影响,设计时应认真加以考虑;收缩徐变效应持续时间较长,计算时其作用时间宜取10年以上;另外,曲线梁桥收缩徐变效应也伴随着扭转效应.     

钢管约束下轻集料混凝土本构模型

通过对比分析5种常用核心混凝土本构模型的特征和适用性,探讨了钢管混凝土本构模型在钢管高强、普通和轻集料混凝土中的适用性.采用不同本构模型计算钢管混凝土构件的轴压,得到构件承载力和应力-应变曲线,通过与试验数据的对比,对现有模型进行了修正,并提出针对钢管轻集料混凝土的本构模型.结果表明:采用塑性损伤模型计算的曲线更符合试验曲线的发展趋势,本文模型在钢管轻集料混凝土有限元分析中有较好的适用性.     

新老混凝土组合梁混凝土收缩徐变试验研究

进行了预应力作用下新老混凝土组合梁混凝土收缩徐变的试验研究,包括组合梁的挠度-时间曲线、混凝土应变-时间曲线及预应力损失的测定.试验结果表明,由于混凝土的收缩徐变,在预应力作用下组合梁的挠度、混凝土应变、新老混凝土界面间的应变差、截面曲率随时间的增长明显增加.虽然界面间的混凝土应变差值在逐渐增加,但是滑移值较小,界面间的粘结可靠.预应力前期的损失较大,随着时间的增长,损失逐渐减小.采用规范给定的混凝土收缩徐变模型分析了预应力损失.在试验研究的基础上采用随时间变化的换算弹性模量建立了新老混凝土收缩徐变的有限单元法,为了验证建立的有限单元法的正确性,对试验梁进行了分析.计算结果表明,建立的有限单元法与试验值吻合较好.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

预应力混凝土结构收缩与徐变损失的计算分析与有限元模拟研究

在结构施工和使用过程中,混凝土的收缩和徐变对结构的变形和内力均有巨大的影响,也是造成预应力混凝土梁桥预应力损失的一个重要因素。采用基于位移法的初应变法结合有限元对预应力混凝土结构中的收缩与徐变进行分析,建立了收缩与徐变的时步分析方法。此方法能得到每一个时间步的内力改变量,将前一个荷载步的内力与此内力改变量叠加,将混凝土收缩徐变损失与钢筋松弛损失有机结合起来,而不是单纯的将两种损失进行叠加分析。通过算例分析得出:混凝土收缩徐变在加载初期挠度增量变化快,经过一段时间后逐渐趋于稳定,第一年内收缩徐变损失值占20年收缩徐变总量的60%,跨中截面挠度值约占20年时刻总挠度的80%。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

CFRP加固高强混凝土的本构模型研究

利用主动侧限混凝土柱的轴向压缩本构模型,结合多轴应力下的混凝土破坏准则,建立了CFRP加固高强混凝土的轴向压缩本构关系,并与CFRP加固高强混凝土柱的轴心受压试验结果进行对比分析.结果表明:采用理论模型计算的碳纤维布约束高强混凝土的应力-应变曲线与试验曲线吻合较好.     

约束状态下混凝土拉伸徐变模型

为准确计算混凝土收缩变形在受到内、外部约束情况下产生的拉应力,评估混凝土收缩开裂风险、提高结构物耐久性,该文基于浇筑后混凝土的约束应力及应变试验,研究了混凝土约束状态下的拉伸徐变行为。研究结果表明:约束状态下的混凝土具有较大的流动徐变变形,建立在压缩徐变试验基础上的传统徐变模型不能够精确预测约束状态下混凝土的应力发展。研究根据混凝土实测约束应力-应变数据对传统模型进行改进,建立了更能代表实际工程情况、能够用于混凝土约束应力计算的徐变及松弛模型。     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

风机基础中钢-混凝土间的接触有限元模拟

运用通用有限元软件ANSYS对风机基础的缩尺简化模型试验进行了模拟与分析,采用面面接触对模拟基础环钢板与混凝土的接触作用,对其内部钢-混凝土的滑移粘结等性能进行了研究,分析了试验模型的传力机理和应变分布特征,确定出合理的库伦摩擦本构的静摩擦系数,有限元计算结果与试验曲线吻合较好,可为风机基础实体模型的理论研究和工程实际分析提供依据。     

多阶FRP包裹混凝土柱的理论分析方法

为了改善FRP包裹混凝土柱的延性及耗能性能,从数值模拟的角度提出了2个步骤的多阶FRP包裹混凝土柱有限元建模及分析方法,分别对多阶FRP包裹层和整个FRP包裹混凝土柱进行了理论分析,获得了理想状态下的多阶应力应变曲线,并与模型试验结果进行了比较.通过参数分析建立了一套多阶本构方程,以准确预测多阶FRP包裹混凝土柱的理想本构关系.误差分析表明:拟合公式结果与有限元计算结果比值的平均值接近于100%,变异系数均小于3.8%,提出的本构模型与有限元结果十分吻合,可用于精确预测多阶FRP包裹混凝土柱在理想状态下的应力应变曲线.     

混凝土收缩徐变效应预测模型及影响因素

为了提前预见混凝土的收缩和徐变对结构物使用性能的影响,分别采用CEB-FIP模型、ACI模型、BP模型和GL—2000模型等方法对混凝土的收缩、徐变进行计算分析,且对相同条件下各种计算方法得出的结果进行对比。结果表明:混凝土收缩应变对构件理论厚度比较敏感,而徐变系数对构件理论厚度敏感度较小,混凝土徐变效应随着加荷龄期的增加而减小;当加荷龄期由3d增加到28d时,混凝土的的徐变效应终值减小80%左右;收缩徐变效应对环境平均相对湿度比较敏感,当环境平均相对湿度从50%升至80%时,徐变系数减小近30%,而收缩应变减小达50%,比较而言,环境相对湿度变化对混凝土收缩效应较徐变效应更大。     

平面应力状态下混凝土的本构模型

在混凝土的非线性有限元分析中，需要模拟混凝土的应力-应变关系，根据混凝土单轴受压典型曲线特征，采用Hermite插值给出了混凝土单轴受压条件下具有明显几何意义的σ-ε关系，以给定的混凝土强度准则为基础，给出了混凝土平面应力状态下的增量本构关系，利用特征屈服半径的概念将初始屈服面、后续屈服面以及破坏面表达为一个统一的形式；特征屈服半径的概念将平面应力状态下混凝土的本构关系与单轴受压状态统一起来，使问题的处理一体化，计算结果与试验结果的比较，验证了本构模型的可靠性。     

混凝土收缩徐变预测模型试验研究

对长期观测的混凝土收缩徐变试验结果与不同规范模型的预测结果进行对比分析。研究结果表明:在恒温恒湿环境下,收缩徐变在前期发展较快,后期逐渐变缓,270 d后变化较小;长期观测的混凝土收缩徐变试验结果与不同规范模型的预测结果存在差异,CEB—FIP(1990)模型预测混凝土收缩应变和ACI 209R(1992)模型预测混凝土徐变系数的整体效果较好,而ACI 209R(1992)模型的收缩应变预测值和JTJ 023—85模型的徐变系数预测值与试验结果偏离较大。根据混凝土收缩徐变试验结果,引入混凝土收缩修正系数和徐变修正系数对JTG D62—2004预测模型进行修正,构建恒温恒湿环境下混凝土收缩应变、徐变系数的修正预测模型,提高混凝土收缩徐变预测模型的预测精度。     

混凝土结构三维非线性徐变效应分析方法

为准确分析混凝土结构在不同应力水平和多向受力状态下的徐变效应,首先,通过徐变泊松比提出复杂应力状态下的徐变预测模型;然后,以混凝土塑性损伤本构模型为基础,提出一种新的考虑混凝土徐变三维特性的非线性徐变效应分析模型,建立相应的数值分析方法,并结合有限元分析软件ABAQUS二次开发计算程序;最后,通过徐变试验验证方法的可靠性。研究结果表明:提出的分析模型计算方便,所得结果合理,能够适用于复杂应力状态下的线性及非线性徐变效应分析。     

火灾后方钢管再生混凝土轴压有限元分析

在确定了火灾后钢管与再生混凝土的本构关系、单元类型及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了火灾后钢管再生混凝土轴压构件的ABAQUS有限元模型.利用有限元模型计算结果,对比了不同温度和不同取代率下的方钢管再生混凝土轴压短柱的载荷-应变关系曲线.结果表明,随着温度的升高,钢管再生混凝土的极限承载力整体上呈下降趋势,极限承载力随着再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低.