复杂应力构件多荷载工况下的配筋优化

遗传演化结构优化算法自提出以来,研究主要针对单荷载工况的情形,研究成果对于指导实际工程设计存在缺陷.为了满足工程应用的需求,本文以ANSYS有限元软件的非线性分析为平台,选用solid65单元和link10单元分别模拟混凝土单元和钢筋单元,将分离式模型遗传演化结构优化推广到复杂应力构件多荷载工况下的配筋优化.通过选用开洞深梁和开洞剪力墙作为数值算例以验证,分离式模型遗传演化结构优化可以综合考虑多个荷载工况的影响,减少人为因素的干扰,直观地计算出钢筋配置方案,很好地完成复杂应力构件在多荷载工况下的配筋优化设计,所得的结果符合受力机理,且不会使钢筋过度集中,还因为提高了钢筋的利用效率,所以相比弹性应力设计方法节省了用钢量.     

荷载工况多目标下钢筋混凝土深梁的拓扑拉压杆模型设计

为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。     

双筋矩形RC梁配筋设计影响因素及变化规律研究

依据钢筋混凝土双筋矩形梁正截面受弯承载力计算原理与方法,介绍了双筋矩形RC梁两侧钢筋均未知时配筋设计的计算方法以及适用条件,进一步阐述了影响配筋设计的主要因素有:构件的截面尺寸、材料的强度等级以及构件的受力。通过工程实例对配筋设计的计算方法及各影响因素下配筋面积的变化规律,进行逐一研究。研究结果表明:配筋设计采用近似计算与真实计算的方法,所得结果较为一致;梁截面高度、钢筋及混凝土强度等级、构件上作用弯矩的大小变化,都将引起配筋面积发生改变,且变化趋势及变化幅度不同;当影响因素取值在一定范围内时,对受压区配筋面积无影响,对受拉区配筋面积影响较大。     

加筋微型钢管桩配筋优化及受力特征

为了节约加筋钢管抗滑桩的建造成本,缩短施工周期,本文通过理论推导,在达到相同抗滑效果的同时,对钢筋的布置角度进行优化设计。根据工程实例从钢管规格型号以及混凝土强度等级等因素,探讨了最优的材料组合和配筋角度,并通过数值模拟验证,研究了加筋钢管抗滑桩优化配筋后的受力特征以及钢管、钢筋和混凝土在抵抗滑坡推力过程中的抗剪分担比。结果表明：(1)从理论推导的过程来看,钢管直径和钢管厚度对配筋影响最大,本文所提出最优配筋公式相比较常规圆形抗滑桩配筋公式节约钢材约60%;(2)通过数值模拟可以得出,加筋钢管抗滑桩配筋之后抗滑能力相比较未配钢筋提高约20%;(3)优化配筋相对于常规配筋滑坡治理效果差距不大,但是节约钢筋约60.37%,更加符合经济效益,说明优化配筋更加符合工程经济价值;(4)优化配筋之后单根钢筋所承受应力比常规配筋提高约50%,将钢筋自身受力特性发挥更加充分。综上,本文的研究成果可以进一步节约实际工程的建造成本,具有实际的工程参考价值。     

小议简支梁桥主梁及横隔梁内力计算分析

结合桥梁设计工作实践经验论述了简支梁桥主梁及横隔梁内力计算,设计一座桥梁首先要重视总体方案、桥型及布置得合理性。上部结构的跨径及构造形式等技术指标被确定后,就要进行各部件的详细计算。从简支梁桥的受力情况和材料的用量来看,主梁是最主要的跨越构件,横梁只是起分布荷载的作用,大部分都在主梁的设计上而对于横梁,只是在给定的尺寸下,进行配筋和应力验算其目的在于为今后类似工程提供设计、施工、监理等参考资料。     

不同荷载工况下钢筋混凝土深梁的拓扑优化设计

为探讨不同荷载工况对钢筋混凝土深梁拓扑优化的影响,同时改进当前深梁设计方法,采用渐进演化类拓扑优化算法寻求钢筋混凝土开洞深梁在不同集中加载工况和荷载集度工况下的最优拓扑结构,再依据这些最优拓扑结构建立相应的压杆[CD*2]拉杆模型,并分析这些最优拓扑结构和压杆[CD*2]拉杆模型的差异。结果表明：压杆[CD*2]拉杆模型均为较符合满应力分布的Michell结构;集中荷载作用在梁顶时,荷载从加载点通过最短直线压杆以压力的形式向支座传递;集中荷载作用梁腹和梁底时,荷载则通过伞状拉杆悬吊在主压拱上,再向支座传递;随着荷载集度降低,最优拓扑结构向拱或拱[CD*2]组合压杆的组合体系演化。在工程设计中,对于不同荷载工况条件下的钢筋混凝土深梁,可以参照最优拓扑结构在内部有针对性地设计隐藏的受压加强构件或受拉钢筋。     

考虑分阶段受力的粘钢加固钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

粘钢加固钢筋混凝土受弯构件,加固前原构件截面已存在应变和应力,而新粘钢板在新增荷载下开始受力,桥梁构件具有不同受力阶段的特点。现有《公路桥梁加固设计规范》中未给出T形截面梁粘贴钢板加固受弯构件正截面承载能力计算公式,而且也不能反映各阶段材料的受力特点。本文根据粘贴钢板加固钢筋混凝土T形截面梁发生适筋破坏,建立了正截面极限承载力计算公式,并对粘贴钢板的应力取值进行了分析,在常用的粘贴钢板厚度内,可直接取钢板的抗拉强度设计值。并根据平截面假定,建立了各阶段混凝土、钢筋和钢板应力的计算公式,材料的最终应力按叠加原理计算得到。算例分析表明,本文所建立的正截面抗弯承载力计算公式可行,可供桥梁加固设计参考。     

浅析新型装配整体式混凝土结构施工技术

本文分别对新型预制装配式混凝土结构的板、梁、柱构件的新型构造、设计方法、处理措施进行介绍.此结构体系在叠合楼板中采用了人工拉毛粗糙处理和格构钢筋,梁、柱构件处采用了剪力键、钢筋对焊、端头锚、钢筋连接套管等不同于传统的锚固、连接构造措施.这些构造措施将构件的薄弱部位有效的做了处理.并很好的把各种结构的构件连成相互统一的整体,保证了结构的整体性能,同时方便施工和吊装,有利于缩短工期.     

框支剪力墙正交双截面设计方法研究

文章研究了框支剪力墙构件的受力与变形特征,以及与传统剪力墙构件及混凝土梁构件的变形差异,指出框支剪力墙构件的变形形态介于传统剪力墙构件和深梁之间,其截面设计宜按水平及竖向分别进行,提出了正交双截面设计方法,根据框支剪力墙侧向变形与竖向变形反映的刚度差异,简化分解得到正交双截面承载力设计时的控制内力。通过不同框支剪力墙案例分析,验证了该方法的合理性。采用该方法可以避免按传统剪力墙截面设计出现的非满跨转换时框支剪力墙的抗剪截面不容易满足、满跨转换时框支剪力墙截面配筋较小而实际情况可能完全相反等。     

基于平面框架模型的肋式转向结构简化计算方法

针对肋式转向结构的受力分析和配筋设计,提出了一种基于平面框架模型的简化计算方法,将转向块所在的箱梁节段转化为平面框架模型,其中顶板、腹板、底板转化为三自由度梁单元,转向结构网式划分为等效梁格.由于顶板、腹板的纵向长度对转向结构受力影响很小,因此取为与转向结构同宽,此时平面框架模型如同倒置的简支T梁,平面框架模型中的底板纵向长度可以通过比拟规范中T梁的有效分布宽度确定.与空间网格模型、ANSYS实体模型的相比,简化方法在绝大多数情况下误差仅为5%~20%,且结果偏于安全.最后,将简化方法应用到国内的两座实桥中并与实桥配筋进行对比,发现实桥转向结构配筋量远大于计算值,配筋偏于安全.此简化方法同样适用于配置双层甚至多层转向管道的转向结构的配筋设计.     

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6～8根为最优。     

竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下板柱节点的设计

在试验研究和理论分析的基础上,给出了普通板柱节点和配置抗冲切钢筋板柱节点的受冲切承载力计算公式,同时给出了板柱节点在竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下等效竖向荷载设计值的计算方法,简化了复杂受力条件下板柱节点的设计．试验研究表明,抗冲切锚栓是有效的抗冲切钢筋类型,不但能提高板柱节点的受冲切承载力,而且能改善板柱节点的延性．抗冲切锚栓的布置方式包括正交布置和径向布置,且抗冲切锚栓应在柱周边区域均匀分布．本文给出了板柱节点抗冲切的设计步骤和方法,并给出抗冲切锚栓的设计方法和构造措施．同时给出了板柱节点配置抗冲切锚栓的算例,验证了抗冲切锚栓的设计方法,可用于板柱节点的工程实践．     

对竖向非规则框架设计的思考

结合工程设计实践,分析单榀钢筋混凝土竖向非规则框架的受力机理：传力路线长,受力构件多;刚度变化：水平刚度沿着高度方向有突变,应力集中现象严重;变形特点：各柱的竖向变形差异较大,必须考虑对结构整体内力的计算影响;抗震设防要求：采用强柱弱梁设计,形成延性结构。通过与规则框架的比较,提出竖向非规则框架属于抗震不利的结构形式,实际问题的处理应从结构布置、内力与配筋计算、构造措施等方面加以综合考虑。     

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.     

CFRP-PCPs筋混凝土受弯构件的设计方法研究

CFRP-PCPs筋混凝土受弯构件作为一种新型混凝土结构,具有延缓裂缝开展,减少挠度以及裂缝宽度的优良特点。从造价方面考虑,为了获得其最简配筋量的计算方法,参考国内外有关文献,提出利用线性规划的相关知识,求出其相应可行域,得到最经济配筋面积的方法,并辅以算例说明。为了验证提出计算式的正确性,进行了7根CFRP-PCPs筋混凝土受弯构件的试验,试验破坏模式为适筋梁破坏,与设计相符合。此种设计方法对今后类似试验的构件设计起到参考作用。     

偏心受压配筋混凝土构件徐变的计算方法

 针对偏心受压配筋构件徐变计算较为繁琐的现状,提出一种考虑钢筋作用的混凝土徐变应变实用计算方法。通过定义钢筋有效面积来反映构件配筋对徐变的影响,并根据弯矩等效的原则建立钢筋实际面积与有效面积的换算关系。根据各层钢筋在截面应力形心处的等效面积（有效面积）获得截面的有效配筋率,进而可参照轴心受压构件徐变应变计算过程中对钢筋作用的处理方式,计算截面的徐变应变。算例表明,该方法的计算精度与老化系数法相当。由于避免了繁琐的净截面特性计算过程和方程组建立、求解过程,在使用上更为方便,可用于偏心受压构件,尤其是多层配筋的偏心受压构件的徐变计算。     

地基梁配筋设计方法研究

采用非线性钢筋混凝土有限单元法,同时考虑工作和钢筋混凝土的材料非线性特性,对较多地基梁算例进行了有限元计算,得出地基梁和位移随钢筋用量的变化规律,并根据该规律指出地基梁可不进行承载能力极限状态计算,钢筋用量由正常使用极限状态允许裂缝宽度来确定的概念,给出了地基梁裂缝宽度计算公式,形成了新的地基梁配筋设计方法.     

开洞深梁的拉压杆模型设计方法研究

引入拉压杆理论建立开洞深梁实用设计方法,提出利用承载能力和有效系数进行拉压杆模型方案的比选,并根据最优的拉压杆模型进行配筋设计．为验证其有效性,对一简支开洞深梁实例建立了多种拉压杆模型,详细对比了计算结果和试验结果．研究表明拉压杆模型预测的承载力比实验结果偏安全,能满足工程可靠度的要求;拉压杆模型计算承载力与配筋试件实验值大小变化趋势一致．根据拉压杆模型的计算分析结果,可以看出洞口附近沿主拉应力方向配置斜向钢筋对提高承载力最有效,如不明确构件内主应力分布,在洞口上下部同时配置水平纵筋和竖向钢筋也能达到提高承载能力的目的．     

城际轨道交通某大跨度半漂浮体系斜拉桥静力分析

以城际轨道交通某主跨480m的半漂浮体系斜拉桥为例,针对所选定的结构体系及构造,采用midas软件进行有限元静力分析.针对斜拉桥、主梁和桥塔主要受力构件进行了承载力检算,检算结果表明,所给定的尺寸及配筋满足承载力要求.所给出的研究结论可作为同类桥梁的设计提供借鉴参考之用.     

浅谈钢筋混凝土受弯构件承载力计算及裂缝控制验算

混凝土结构的极限状态设计应包括:承载能力极限状态和正常使用极限状态。受弯构件的承载能力计算主要由正截面弯矩承载力控制。受弯构件的正常使用极限状态验算包括:裂缝控制和挠度验算。挠度验算与受弯构件的配筋率无关,故该文只讨论裂缝控制验算。在工程设计中,应用软件中梁配筋计算有按受力配筋或按裂缝配筋两种选项。该文以常用的工程条件,应用简化公式计算最大裂缝宽度允许弯矩及正截面承载弯矩,比较按受力配筋及按裂缝配筋的区别,并得出结论。