CFRP-GFRP-钢纤维增强混凝土复合桥面体系力学性能研究

钢纤维增强混凝土克服了传统混凝土的脆性,增加了混凝土的韧性,提高了混凝土的强度,碳纤维和玻璃纤维具备重量轻、强度高、耐腐蚀性能好等优点,利用碳纤维、玻璃纤维和钢纤维混凝土建造的复合桥面体系可以充分发挥各种材料优良的力学性能,提高桥面体系的承载力,延长使用寿命,降低桥面的维护成本.本文运用有限元软件对一种CFRP-GFRP-钢纤维增强混凝土复合桥面体系进行了力学性能分析研究,得到了不同截面形式的复合桥面结构的轴向应变分布曲线,计算结果与相关文献中的试验结果分布规律基本一致.结果表明:复合桥面体系既能充分发挥碳纤维和玻璃纤维的抗拉强度,又能很好地利用纤维增强混凝土的抗压性能,有限元分析结果与试验结果基本吻合,为复合桥面体系的推广应用及研究提供了参考.     

钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善

为评价钢纤维掺入对盾构隧道混凝土管片局部力学性能的改善情况,采用通用有限元软件AD INA,分别对盾构隧道钢纤维混凝土管片在千斤顶顶力作用及管片接头在正常运营阶段的开裂荷载、应力分布及裂缝分布进行了三维有限元数值试验.结果表明:掺入钢纤维能有效改善管片表面、手孔和螺栓孔部位的局部力学性能;钢纤维混凝土管片的初裂荷载比普通混凝土管片提高13.3%～22.7%,说明管片的抗裂性能有较大提高.     

钢纤维混凝土六桩承台非线性有限元分析

将钢纤维混凝土应用于桩基承台中,有利于提高承台的受力性能.但对于钢纤维混凝土桩基承台特别是厚承台的传力机理目前国内外还没有形成统一的认识.为了探讨钢纤维混凝土六桩承台的受力机理,在已有的试验研究基础上,利用大型通用有限元软件ANSYS对钢纤维混凝土六桩承台建立数值模型,模拟计算了开裂荷载、极限荷载、裂缝分布、承台内部应力应变分布等,并将计算结果与试验结果进行了对比分析.分析结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合良好;钢纤维混凝土六桩承台的传力模型符合空间拉压杆模型.图9,表3,参12.     

钢纤维混凝土弹性模量在有限元数值模拟中的实现

运用有限元数值模拟研究了不同取向钢纤维混凝土的弹性模量.以100 mm×50 mm×100 mm钢纤维混凝土试块为例,建立有限元模型,加载得到了不同取向钢纤维混凝土的弹性模量.结果表明:无论是何种取向的钢纤维混凝土,其钢纤维的增加都能提高钢纤维混凝土的弹性模量;钢纤维含量的变化能影响层布式钢纤维混凝土的抗折强度.     

钢纤维混凝土简支墙梁力学性能试验和有限元分析

依据12个钢纤维混凝土简支墙梁试件的试验情况,研究了钢纤维混凝土简支墙梁开裂荷载、破坏荷载、裂缝和挠度的特点.确定了钢纤维的最佳掺量.运用力学的基本原理,建立了钢纤维混凝土简支墙梁的计算模型,提出了有限元分析钢纤维混凝土简支墙梁性能的方法.通过算例,验证了有限元分析钢纤维混凝土简支墙梁受力性能的方法的正确性.     

不同掺量钢纤维自密实混凝土梁的抗弯性能有限元分析

根据理论计算与试配获得了不同掺量的钢纤维自密实混凝土配合比,由混凝土力学性能试验得到各配合比下混凝土的力学性能指标,并以实测材料参数为依据,通过ANSYS有限元模型,分析不同钢纤维掺量的钢筋自密实混凝土梁的抗弯性能及裂缝分布,并找到最佳钢纤维自密实混凝土配合比,为工程实践提供参考.计算结果表明,掺钢纤维的钢筋自密实混凝土梁,其开裂荷载、屈服荷载、弯曲韧性及结构刚度与普通钢筋自密实混凝土梁相比得到提升,并且实际极限荷载也能得到相应改善.     

钢纤维混凝土桥墩抗震性能数值模拟与试验对比

基于纤维模型的有限元分析技术,采用考虑钢纤维影响的混凝土材料模型和考虑黏结-滑移效应的钢筋材料模型,建立了在反复荷载作用下普通混凝土和钢纤维增强混凝土桥墩的非线性有限元模型.采用数值分析方法得到钢纤维体积分数、配箍率和钢纤维混凝土区高度对钢纤维混凝土桥墩模型滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震能力的影响规律,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟与拟静力试验结果基本一致,呈现出相似的规律性;钢纤维可部分代替箍筋的抗震作用,在一定范围内随着钢纤维体积分数的增加,桥墩试件的抗震性能增强;在桥墩局部采用钢纤维混凝土,可达到与整体采用钢纤维混凝土相近的抗震能力.     

边框钢纤维混凝土剪力墙抗震性能研究

针对剪力墙约束边缘构件受力复杂、施工困难的特点,提出了在剪力墙约束边缘构件中采用钢纤维局部增强的方法来改进其抗震性能,并将其命名为边框钢纤维混凝土剪力墙.结合试验结果和有限元数值模拟,研究了钢纤维体积率和剪跨比对边框钢纤维混凝土剪力墙承载力、位移和延性的影响,并与整体钢纤维混凝土剪力墙相应的抗震性能进行了对比分析.结果表明,在剪力墙约束边缘构件内掺加钢纤维对于剪力墙结构的承载力和延性均具有一定的提升效果,其中位移延性最大可提升约102.8%.相对于整体钢纤维混凝土剪力墙,采用边框钢纤维混凝土剪力墙具有较大的经济优势,而且并未牺牲整体钢纤维剪力墙太大承载力和位移延性.     

钢纤维轻骨料混凝土抗冲击性能试验研究与统计分析

对5组钢纤维体积掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的钢纤维轻骨料混凝土圆饼试件进行了自由落锤冲击试验.试验结果表明:钢纤维的掺入可以提高轻骨料混凝土的抗冲击性能,而且钢纤维的体积掺量越多,提高效果越明显.由于试验结果具有较大的离散性,借助数理统计的方法对试验结果进行分析,研究随着钢纤维掺量的改变,铜纤维轻骨料混凝土抗冲击性能的变化规律.采用对数正态分布和两参数的威布尔分布分别对5组钢纤维轻骨科混凝土的抗冲击性能进行概率分布拟合,拟合结果表明,对数正态分布和两参数威布尔分布均能很好地描述不同掺量钢纤维轻骨科混凝土的抗冲击性能.最后,采用两种分布拟合了钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能方程.     

湿喷钢纤维混凝土钢纤维方向效能系数研究

在普通钢纤维混凝土平面、空间乱向分布钢纤维的方向效能系数的理论基础上 ,根据喷射钢纤维混凝土的特点 ,分析了喷射钢纤维混凝土中钢纤维的方向效能系数     

纤维梯度分布对混凝土力学性能的影响

初步研究了纤维梯度分布对纤维增强混凝土及砂浆力学性能的影响。结果表明 ,采用分层成型、纤维梯度分布、使纤维的分布更符合受力状态 ,与纤维均匀分布相比可以明显提高混凝土与砂浆的抗折和抗压强度 ,并可节约纤维的用量     

混凝土箱梁桥日照温度场的实测与仿真分析

通过对某大型混凝土箱梁桥温度场的观测,分析了混凝土箱梁在日照辐射作用下的温度变化情况和竖向温度梯度的分布规律,发现日照辐射作用下混凝土箱梁竖向温度梯度模式近似服从指数分布。建立了基于气象参数的混凝土箱梁日照温度场有限元模型,并验证了该模型的准确性。最后,计算了50年一遇气象参数条件下混凝土箱梁竖向温度梯度分布情况,结果表明,极端条件下混凝土箱梁竖向最大温差可达18.5℃。     

考虑温度影响的集成凸窗结构力学性能分析

夹心保温墙板集成凸窗结构广泛应用于预制装配式建筑结构中,在环境温度作用下,夹心保温墙板由于不锈钢连接件的存在,导致线膨胀系数不同的两种材质即连接件和混凝土协同变形,使凸窗结构内产生内力.利用有限元软件ABAQUS对某典型尺寸的预制夹心保温墙板集成凸窗结构进行重力荷载及温度作用下内力分析,得到了中间保温层温度变化梯度及连接件处应力分布情况,分析了考虑温度影响的凸窗结构力学性能.分析结果表明,在室内外温差较大时,夹心保温墙板连接件的应力均小于材料屈服强度,附近混凝土拉应力均小于对应强度设计值,凸窗整体结构不会出现明显损伤.     

结构参数变化下梯度结构混凝土的抗压性能

为了分析梯度结构混凝土的保护层厚度、界面取向性及施工工艺对其抗压强度、破坏形式的影响规律, 进行了多组梯度结构混凝土试件的抗压强度试验。试验结果表明: 梯度结构混凝土抗压强度随保护层厚度的增加而增大; 与串联形式的梯度结构试件相比, 并联形式的抗压强度较小, 且失效始发于界面处;在界面处插捣可提高抗压强度, 并改变其破坏形式, 然而插捣过多及插捣时间延滞时, 提高幅度会降低。最后基于试验数据拟合,建立了保护层厚度与抗压性能之间的表达式,并从机理上解释界面处适当插捣增强层间结合的有效性。     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段；螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度；提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

大体积混凝土施工期冷却水管埋设形式的优化

采用冷却水管通水冷却是大体积混凝土坝施工期主要温控措施,而冷却水管埋设布置形式对混凝土内部温度和应力的影响较为显著.利用有限元热流耦合精细算法,考虑了冷却水管中水流与混凝土之间的相互对流热交换机制,真实反映冷却水管附近温度梯度,对冷却水管在仓面上采用不同的布置方式时混凝土内部的温度和应力分布进行详细计算分析.结果表明:相比传统的水管埋设布置方式,采用冷却水管双循环的布置方式更能充分发挥水管冷却作用,且能有效改善混凝土内部的温度和应力分布,降低混凝土内部的温度梯度,对大体积混凝土温控防裂有较为积极的意义.     

水泥道面传力杆裹附混凝土应力响应模拟分析

通过数值模拟分析了温度和荷载单独和叠加作用条件下的机场道面传力杆裹附混凝土的应力响应.使用Westergaard的温度梯度理论公式对有限元模型进行了准确性验证.模拟计算结果表明:在温度单独作用下,传力杆对道面板的挠曲有约15%的约束作用;荷载单独作用在板角传力杆滑动端上方时,混凝土内产生的应力最大;荷载作用下的最大应力仅在传力杆滑动端裹附的混凝土中产生.负温度梯度不利于降低受荷板的传力杆裹覆混凝土的应力集中,正温度梯度对其有利.     

混凝土厚壁箱形墩温度场观测与数值模拟

在现场实测温度资料的基础上,分析了某混凝土厚壁箱形墩在日照温差作用下的温度分布,并参照国内外规范及经验公式,用指数函数形式拟合出了最大温差时刻的温度梯度模式,分析结果对研究贵州地区混凝土墩柱结构的温度分布规律及同类型桥梁的设计和施工有一定的参考价值.采用有限元程序ANSYS对箱墩温度场进行了数值模拟分析,其理论计算结果与实测值吻合较好,从而证明了用ANSYS模拟温度场的可行性.该方法同样适用于同类型混凝土结构的温度场模拟.     

单面干燥条件下受约束高强混凝土早期开裂研究

摘 要：本文在单面干燥条件下应用自行研制混凝土早期收缩应力测试仪及非接触式混凝土收缩变形测试仪测试了水灰比为0.26、0.40高强混凝土早期弹性模量、自由收缩变形,通过改进环向约束试验观测了受约束试件内部的收缩应力及应力梯度,并在上述试验基础上研究了单面干燥条件下受约束高强混凝土早期开裂趋势。结果表明,高强混凝土水灰比越小,单面干燥条件下早期自由收缩变形、弹性模量、受约束状态下内部收缩应力增长越快,干燥表面越易发生塑性收缩开裂,早期开裂趋势越明显。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.