大直径高强预应力筋混凝土梁承载能力数值分析

目的研究大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受力性能,进一步扩展大直径高强预应力筋在实际工程中的应用范围.方法以直径为17.8 mm的1860级钢绞线作为预应力筋,普通钢筋作为非预应力筋,设计制作了6根大直径高强钢绞线预应力混凝土简支梁.试验梁进行三分点加载试验,基于相关试验数据和数值分析方法,对大直径高强钢绞线预应力混凝土梁进行受弯承载力非线性研究,探讨预应力筋配筋率、非预应力配筋率、预应力筋强度指标和混凝土强度等级等参数对模拟梁构件承载力影响规律.结果预应力筋配筋率的提高即能够明显改善预应力混凝土梁构件变形性能,又能提高梁构件承载能力;混凝土强度等级与非预应力配筋率是影响梁构件受弯承载力的重要因素.结论通过对大直径高强预应力筋混凝土梁构件的参数分析,为工程实践提供依据的同时,也为其更广泛的技术应用提供设计参考.     

高强超高延性混凝土梁弯剪性能理论分析与数值模拟

开展了14根高强超高延性混凝土（high-strength engineered cementitious composite,HS-ECC）梁的四点弯曲试验,研究了混凝土类型、纵筋配筋率和是否配置箍筋三因素对配筋梁弯剪性能的影响。基于平截面假定和材料本构关系,计算了配筋HS-ECC梁的受弯承载力。基于国内外规范,计算了无腹筋HS-ECC梁的受剪承载力。最后,采用Abaqus软件建立了HS-ECC梁的有限元模型。结果表明：有腹筋梁均为受弯破坏,随着纵筋配筋率增大,试件极限荷载和刚度逐渐增大,而延性未显著降低,配筋HS-ECC梁较普通混凝土梁具有更优异的裂缝分散能力和抗弯性能;无腹筋HS-ECC梁的破坏模式随配筋率增大由受弯破坏转变为受剪破坏,梁受剪承载力和刚度增大,但延性逐渐降低;配筋HS-ECC梁受弯承载力的计算结果与试验值吻合较好;HSECC梁有限元模型可有效模拟试件的荷载-位移曲线。     

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。     

无粘结部分预应力砼受弯构件的极限强度

通过12块单向板和11根简支梁的试验,分析了无粘结部分预应力砼受弯构件的预应力筋极限应力和极限抗弯强度.试验结果表明,当非预应力有粘结钢筋受拉区截面积的配筋率大于0.4％时,配筋指标和跨高比是影响预应力筋极限应力和极限抗弯强度的主要因素.提出了预应力筋极限应力经验公式,并对无粘结部分预应力砼受弯构件进行了全过程分析,理论分析结果和试验结果符合良好.     

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.     

无粘结预应力RPC简支梁受弯性能分析

活性粉末混凝土是一种新型超高性能混凝土材料,为了详细评估非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、混凝土强度、非预应力筋屈服强度等对预应力混凝土梁的受弯性能的影响,建立了上述各种参数影响下的无粘结预应力砒,C简支梁的有限元模型。通过对比分析研究得出随着非预应力筋配筋率和无粘结预应力钢绞线配筋率的提高,跨中极限弯矩增大,跨中极限挠度和钢绞线应力增量降低;随着非预应力筋的屈服强度、混凝土轴心抗压强度的提高,跨中极限弯矩和挠度也缓慢增大,力筋应力增量相应增加。为实际工程预应力RPC结构的优化设计提供参考数据。     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

冻融后预应力混凝土构件受弯性能有限元模拟

为有效研究冻融后预应力混凝土构件受弯性能,利用ANSYS对《冻融后预应力混凝土受弯性能试验及数值模拟》一文中5根试验构件建立有限元模型,采用非线性本构模型,揭示冻融对预应力混凝土受弯构件力学性能影响的变化规律,得到了有限元模拟荷载-位移曲线,并给出了有限元仿真模型命令流,模拟结果能为我国北方地区混凝土结构的塑性极限分析提供参考。     

高效预应力混凝土梁受力性能试验研究

为了研究高效预应力混凝土受弯构件的受力性能，对24根预应力混凝土梁进行了试验研究，分析了混凝土强度等级、预应力比率、配筋指数、钢绞线的延伸率等参数对试件裂缝、变形、受弯承载力和破坏形态的影响，并与规范(GB50010—2002)进行了比较．研究结果表明，受拉区仅配置预应力钢绞线的高效预应力混凝土受弯构件在正常使用阶段裂缝宽度和挠度可以控制，且钢绞线延伸率大小对其破坏形态有直接影响，并建议结构设计时应考虑钢绞线的延性对破坏形态的影响．     

有粘结体外预应力加固正截面极限承载力计算

有粘结体外预应力加固方法已经成为一种较成熟的加固方法运用在桥梁维修与加固工程中。应用有限元分析软件ANSYS针对不同配筋,不同截面形式的钢筋混凝土简支梁以及有粘结体外预应力加固简支梁进行模拟分析。同时结合试验分析结果,验证了现行的预应力钢筋混凝土受弯构件正截面极限承载力的理论计算方法对有粘结体外预应力加固方法的适用性。另外通过与桥梁加固工程中常用的其他加固方法进行比较,总结出本加固方法的优势。     

预应力CFRP加固RC梁承载力的神经网络预测

基于人工神经网络的原理,建立多因数智能分析模型,对已有的数据进行反向传播(BP)神经网络的训练.利用训练成熟的神经网络,对承载力进行预测,分析混凝土强度、截面高度、配筋率、配布率,以及预应力度等参数对承载力的影响.结果表明,用训练好的网络模型可以较好地预测预应力碳纤维布(CFRP)加固后钢筋混凝土(RC)梁的受弯承载力,预测精度较高,可以处理模糊的、非线性的问题.此外,混凝土强度、梁截面高度、受拉钢筋配筋率和碳纤维布的配布率的增加,受弯承载力也相应提高,但施加的预应力提高对极限承载力并没有多大帮助,只提高构件的开裂荷载和屈服荷载.     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

三类混凝土受弯构件短期刚度通用公式

本文以双直线的弯矩-挠度曲线关系为基本计算模式,运用全过程非线性分析方法,利用计算机对有粘结、无粘结部分预应力与非预应力混凝土受弯构件进行大量的模拟计算,然后对模拟计算结果进行理论分析和数学回归分析来确定构件开裂后的平均刚度与各影响因素之间的量值关系,从而推导出适合上述三类混凝土受弯构件短期刚度的通用计算公式.对276根三类混凝土受弯试件的挠度计算结果表明,计算挠度值与试验实测挠度值吻合.     

钢筋-纤维自密实混凝土梁受弯性能与承载力分析

通过四点弯曲试验得到钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的荷载-跨中挠度曲线、荷载-纵筋应变曲线和破坏形态,对梁式构件的受弯承载力及纤维与钢筋的混杂效应进行了分析.结果表明:钢纤维的加入使钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的抗弯承载力提高了10%~42%.考虑钢纤维跨越裂缝的传力机理及分布情况提出了钢筋-纤维混凝土梁式构件受弯承载力计算公式,并与ACI 544和CECS 38:2004的公式进行了对比,计算结果表明:文中建议公式计算的受弯承载力与试验结果最为接近,可用于钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的受弯分析与设计.     

AFRP-钢混合配筋对混凝土构件抗弯性能的影响研究

为了研究AFRP—钢混合配筋混凝土构件的极限抗弯承载力及抗裂性能,基于平截面假定以及变形协调条件,通过建立内力平衡方程,推导了AFRP—钢混合配筋混凝土构件适筋破坏的极限抗弯承载力及开裂弯矩的计算公式,利用推导的计算公式对七组具有相同整体配筋率、不同AFRP筋与钢筋面积比的混合配筋构件的抗弯承载力及开裂弯矩进行了分析,并进行了试验验证。研究表明:用AFRP筋代替部分普通钢筋,对混合配筋混凝土构件的抗弯极限承载力以及开裂弯矩都会有影响,当混凝土中配置的筋材整体配筋率相同时,构件的极限抗弯承载力随着AFRP筋与钢筋的配筋比的增加而逐渐提高,但是开裂弯矩随着其配筋比的增大而呈减小的趋势。混合配筋混凝土构件能有效的提高构件的极限抗弯承载力,但是对构件的抗裂性能没有提高。混合配筋构件可应用于对构件抗裂性能要求不高,但对极限抗弯承载力要求较高的结构中。     

预应力筋应力腐蚀后预应力混凝土梁受力性能研究

为研究预应力筋应力腐蚀对预应力混凝土梁承载力和耐久性的影响,设计制作了7根用人工坑蚀模拟预应力筋受应力腐蚀的预应力混凝土梁,进行静力受力性能试验。试验结果表明:预应力筋坑蚀后的预应力混凝土梁的开裂荷载、极限荷载低于普通预应力混凝土梁,并随坑蚀深度的增大而下降;增大预应力度可提高应力腐蚀预应力筋混凝土梁的开裂荷载;增大非预应力钢筋的配筋率可提高预应力混凝土梁的开裂荷载、极限荷载;随着坑蚀的增大,构件抗弯刚度迅速下降;提高预应力度可减缓构件抗弯刚度的下降,而增大非预应力钢筋的配筋率对抗弯刚度的影响则较小。根据该文预应力筋坑蚀后的预应力混凝土梁极限承载力计算公式得到的理论值与实测值相吻合,可供工程实践参考。     

大尺度预应力型钢-混凝土梁承载力性能模拟

目的研究大尺度预应力型钢-混凝土梁构件受力性能,进一步扩展大尺度预应力型钢-混凝土梁构件工程应用范围.方法通过对已有试验的预应力型钢-混凝土梁建模分析,验证建模分析可靠性.设计7根大尺度预应力型钢-混凝土梁构件,考虑到型钢翼缘对混凝土的约束效应的影响,将混凝土分为"核心"区与"非核心"区,采用不同的本构关系模型,以综合配筋率β、型钢含钢量α、混凝土强度等级为参数变量,分析加载过程中预应力型钢-混凝土梁的力学特性.结果综合配筋率为1. 34%的梁构件比综合配筋率为1. 04%的梁构件承载力提高19. 3%;型钢含钢量为2. 36%梁构件相比为1. 93%梁构件承载力提高11. 3%;混凝土强度等级的改变对大尺度预应力型钢-混凝土梁承载力影响不大.结论预应力型钢-混凝土梁构件建模分析中,采用考虑核心约束作用的新型建模分析方法,模拟结果更为精确,为工程实践提供依据的同时,也为大尺度预应力型钢-混凝土梁更广泛的技术应用提供设计参考.     

在役预应力混凝土简支梁现存预应力的有限元模拟研究

以大型有限元分析软件ANSYS建立预应力混凝土简支梁的有限元模型. 分别采用实体单元模拟梁和用杆单元模拟预应力筋模拟预应力效应,获得梁张拉预应力和结构挠度之间的关系. 分别建立梁的挠度、静刚度与预应力的回归关系,推导在竖向荷载一定的情况下梁的挠度与现存预应力之间的统计回归公式,借以预测梁的永存预应力,为结构中预应力损失的研究提供一定参考.     

截面配筋对混凝土框架结构刚度的影响

截面配筋对混凝土构件的轴向和抗弯刚度有提高作用,然而一般混凝土框架结构的内力分析未考虑钢筋的影响,从而低估了结构刚度。基于平截面等假设分析了截面配筋对混凝土构件轴向和抗弯刚度影响原理以及配筋率、混凝土强度等级与轴向、抗弯刚度的关系。再基于纤维梁单元模型,用ANSYS有限元软件对比分析了混凝土框架结构中未考虑钢筋作用、不同配筋率、不同混凝土强度等级的框架结构自振频率,得出以下结果:(1)截面配筋率对抗弯刚度影响大于对轴向刚度影响;(2)截面配筋对以平动为主振型的频率影响大于对以扭转为主振型的频率影响;(3)配筋率越大、混凝土强度等级越低,配筋率对结构刚度影响越敏感。     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。