钢筋混凝土梁梁在冲击作用初期的惯性力分布

冲击荷载会对钢筋混凝土梁产生严重损伤,冲击破坏往往是冲击初期造成的。冲击初期（冲击力到达支座前）冲击力完全由惯性力抵抗,不同时刻的内力分布与惯性力的分布情况密切相关。对冲击荷载下的RC梁（Reinforced Concrete Beam）进行有限元模拟（ANSYS/LS-DYNA）,分析了冲击初期RC梁的惯性力与内力分布情况。结果表明：冲击初期,冲击力以应力波的形式逐渐向支点传递,冲击力由静止点内梁的惯性力平衡;梁体的冲击力传导可分为三个阶段,即应力波沿梁高方向传导、沿梁长度方向传导与冲击力到达支座后;不同阶段的惯性力分布情况不同,且惯性力的分布影响梁体的剪力和弯矩以及梁的破坏形态。     

冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究

从分析已有冲击试验结果入手,将钢筋混凝土梁的动态响应区分为局部响应阶段和整体响应阶段.由于钢筋混凝土梁在局部响应阶段更易发生脆性剪切破坏,本文主要研究此阶段梁的瞬态响应.讨论了惯性力和负向支座反力对梁内力分布的影响;根据荷载平衡基本原理和参数分析结果建立了梁内力分布的计算方法.结果表明:惯性力和负向支座反力均会影响梁体局部响应阶段的内力分布;负向支座反力近似与梁的跨高比和碰撞力呈线性关系;将惯性力的分布简化为线性分布能够较好地反映梁的实际受力状态.     

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.     

低速冲击下纤维增强复合筋混凝土梁的动态响应

为了研究纤维增强复合筋(FRP筋)混凝土梁的动态响应特性,通过落锤冲击试验探讨了无箍筋FRP筋混凝土梁在不同冲击速度、纵向配筋和剪跨比下的破坏过程,以及能量转换与耗散问题。结果表明,FRP筋梁构件的破坏过程可分为4个阶段:冲击响应阶段、损伤起裂阶段、裂缝发展阶段和回弹阶段;在假定FRP筋混凝土梁在落锤冲击下的位移分布形式为正弦分布的基础上,利用虚功原理得到了广义惯性力的计算公式。通过对冲击力时程曲线与惯性力、支反力两者之和的时程曲线进行比较分析,验证了RC梁惯性力计算公式用于FRP筋混凝土梁的计算依然能够保证其精度。该研究对于FRP筋混凝土梁在冲击荷载下的破坏分析及设计具有参考意义。     

RC梁冲击破坏机理试验研究与残余变形预测方法探讨

进行了3根剪跨比为3.58钢筋混凝土梁的落锤冲击试验和1个静力对比试验,重点研究钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的破坏机理和冲击能量对钢筋混凝土梁残余变形的影响规律.试验结果表明,在静力下发生弯曲破坏的梁在低速冲击下的裂缝形态以弯曲裂缝、弯剪裂缝为主,在高速冲击荷载作用下以腹剪裂缝为主.试验测试了冲击力、支座反力、跨中位移和跨中纵筋应变等动态时程曲线,通过分析其动态时程曲线结果,获得了钢筋混凝土梁的冲击破坏机理,即冲击作用下梁的破坏过程分为局部响应阶段和整体响应阶段.同时,还统计了国内外相关文献冲击试验结果,通过比较分析钢筋混凝土残余变形-冲击能量关系实验数据,探讨了冲击荷载作用下钢筋混凝土梁残余变形的经验公式的适用性和存在的问题.     

爆炸荷载下高强钢筋加强混凝土梁抗弯性能

为研究爆炸荷载作用下高强钢筋混凝土梁的抗弯性能,对不同钢筋强度的钢筋混凝土简支梁进行了爆炸试验,从构件的破坏形态、受力和变形特征分析了高强钢筋对试验简支梁抗弯性能的影响.结果表明:高强钢筋强度高的优势在爆炸荷载超过普通RC梁的屈服荷载后才能充分发挥.爆炸荷载较大时,裂缝数量较多的高强RC梁比普通RC梁具有更好的变形恢复能力,损伤程度显著减小.采用高强钢筋使得RC梁裂缝分布区域增大,在塑性变形阶段形成了梁长约60%的塑性区域,改变了RC梁塑性变形阶段的振型.     

锤头曲率半径对RC梁抗冲击性能影响

为了研究锤头曲率半径对钢筋混凝土(RC)梁的抗冲击性能影响,对Kazunori Fujikake等人完成的RC梁冲击试验建立精细化有限元模型,并与试验结果进行对比验证有限元模型的准确性。并基于已验证的有限元模型开展拓展参数分析。有限元分析表明:所建立的精细化有限元模型能够较好地模拟混凝土梁在冲击荷载作用下的动力响应;随着锤头曲率半径的提高,落锤与RC梁之间接触刚度提高;冲击加载速率越高,冲击力峰值越大;在不同的落锤初始倾斜角下,当锤头具有一定曲率时,冲击力峰值更加稳定;随着锤头曲率半径的提高,冲击力峰值随着冲击速度增长更快;锤头曲率半径越小,局部破坏越明显。     

脉冲荷载作用下柔性边界RC梁的动力计算方法

基于Euler,Bernoulli梁理论,推导了柔性边界RC梁在脉冲荷载作用下的动力响应计算方法,结合钢筋混凝土构件的动态极限抗力判别方法,分析了动荷载特征、支座刚度及支座阻尼对柔性边界RC梁破坏模式的影响规律．结果表明：在脉冲荷载作用下,柔性边界Rc梁的破坏模式不仅与动载特性有关,还取决于边界条件;柔性边界可使RC梁的破坏时间明显延迟,动荷载加载速率越高、爆炸冲量越大,超压峰值越大,梁就越容易发生剪切破坏．     

落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动态响应

为研究钢筋混凝土梁在不同冲击速度下的动态变形规律,利用落锤冲击试验装置和二维数字图像相关系统,对12根钢筋混凝土梁的冲击力时程、平均跨中位移变化过程、跨中钢筋的平均应变时程以及裂缝的形成与扩展过程进行分析,重点讨论了梁的变形破坏模式及动态响应过程。研究发现：不同于静态三点弯曲试验的弯曲型破坏,钢筋混凝土梁的动态破坏形态主要表现为弯剪型破坏;冲击力峰值明显大于静态加载的承载力峰值,在恒定冲击质量的条件下与冲击高度正相关;钢筋混凝土梁的位移响应过程明显滞后于冲击力的响应时程,挠曲变形所持续的时长约为冲击力作用时长的40~60倍,位移响应表现出明显的滞后性;钢筋是否进入屈服阶段以及维持时长显著影响梁的最大位移以及残余位移。     

二次受力钢筋混凝土连续叠合梁的非线性分析

对钢筋混凝土连续叠合梁的截面受力性能进行非线性分析,得出叠合梁跨中截面的受力钢筋应力超前值比简支叠合梁的大,后浇混凝土受压应力滞后值比简支叠合梁的小,造成第1阶段的曲率、挠度增长过快,裂缝出现过早.利用有限元分析,发现连续叠合梁具有跨中截面弯矩超前,支座负钢筋应力滞后的特征,促使跨中和支座之间不断发生塑性内力重分布,从而提高了连续叠合梁的塑性变形能力、承载力、抗裂性.     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

BFRP加固钢筋混凝土梁受弯开裂荷载试验及计算分析

为了研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)加固单筋矩形截面钢筋混凝土(RC)梁的开裂荷载,设置5根加固RC梁和1根普通RC梁进行开裂荷载试验,对开裂荷载、跨中挠度、钢筋及纤维布的应变、跨中截面沿高度方向的应变分布等进行分析;考虑BFRP、受拉钢筋及混凝土的协同受力作用,通过建立力学模型,提出一种BFRP加固单筋矩形截面RC梁受弯开裂荷载的计算方法,并将计算值与试验结果进行对比。结果表明:采用不同BFRP布层数和不同加固方式对RC梁加固,可以使其抗裂性能得到一定程度的改善,开裂荷载平均增幅在10%以上;加固RC梁和基准梁在达到开裂荷载时,跨中挠度不超过净跨度的0.05%,荷载-挠度曲线的变化规律也基本相同;钢筋的应变在开裂后增大较快,而纤维布的荷载-应变曲线在开裂前、后的变化规律差异不明显;加固前、后和开裂前、后的RC梁跨中截面沿高度方向的应变分布近似满足平截面假定;根据提出的BFRP加固单筋矩形截面RC梁受弯开裂荷载的计算方法所得计算值与试验结果吻合良好。     

高温下/后钢筋混凝土梁抗冲击性能:细观分析

冲击(或爆炸)和火灾往往伴随发生并威胁工程结构的使用安全,高温和高应变率对钢筋混凝土(RC)结构的耦合作用引起了研究者的广泛关注.本文结合混凝土细观非均质性,考虑钢筋和混凝土材料的应变率增强效应及高温退化效应,同时考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移行为,建立了RC梁抗火抗冲击性能研究的细观数值模型.与室温下落锤冲击试验结果对比,验证了细观数值模型的合理性,进而比较分析了高温下及高温后RC梁在冲击作用下的力学响应,揭示了RC梁的破坏模式与失效机制.结果表明:建立的细观数值模型能够有效描述RC梁在高温和冲击荷载联合作用下的破坏模式;相同受火时间,高温下RC梁表现出比高温后RC梁更为严重的破坏,且随受火时间的增加,差异逐渐扩大.     

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。     

斜腹杆体外预应力对砼简支梁加固后结构性能规律

用有限元软件ABAQUS对1根原梁和18根索梁进行了加固前后的非线性模拟.与原梁相比,索梁在施加体外预应力阶段,均出现微量反拱;在施加使用荷载时,索-斜腹杆-梁的组合受力体系在体外预应力作用下内力重分布现象显著,改变了梁混凝土截面的应力分布规律,提高了梁的开裂荷载和极限荷载,增强了梁的变形能力,梁两端靠近支座处出现了特有的低应力区.分析结果有力地验证了斜腹杆体外预应力加固方法的有效性,为技术应用提供了参考.     

隔震加固用钢-砌体组合托换梁的墙梁效应有限元分析

提出一种用于既有砌体结构隔震加固的钢-砌体组合托换梁.针对托换梁的特殊支撑形式和梁构造形式,采用ABAQUS有限元软件分析支撑形式和托梁构造形式对托梁及墙体受力的影响.结果发现:与一般固定支座的钢筋混凝土墙梁相比,采用隔震支座作为支撑的钢-砌体组合墙梁,上部墙体除可能发生局部受压破坏外,还可能发生斜拉破坏;托梁与上部墙体的共同工作的效应会有明显减弱;托梁的构造形式对墙梁效应的影响比支座形式更显著.同样的墙体荷载作用下,隔震支座上的钢-砖砌体组合托换梁的弯矩增加约30%～35%,轴力减小约20%～25%.因此,此类梁不能直接按一般钢筋混凝土墙梁进行内力计算.     

弹性支座连续墙梁的有限元分析研究

针对连续墙梁编制了专用的有限元法分析程序。通过大量的计算分析，得到了系列结果，研究表明，支座刚度对墙梁的应力分布影响很大，对于支座刚度较柔的墙梁，会明显出现荷载向边支座转移的跨越作用。     

基于无网格法的钢筋混凝土梁静动力应力变形响应

 非线性大变形问题一直是钢筋混凝土梁数值分析中的难点,有限元方法中的网格畸变会大大降低其求解精度,而无网格方法由于不受网格的束缚,能很好地处理钢筋混凝土的大变形问题。为准确求解非线性大变形问题,本研究发挥无网格法的优点,利用无网格法建立钢筋混凝土梁数值计算模型,对模型分别施加恒定静荷载和动荷载,以探讨无网格伽辽金算法求解情况下钢筋混凝土梁的应力变形情况及破坏模式。结果表明,动、静加载下,梁最大应力值随着加载的变化而呈现不同的变化趋势,钢筋混凝土梁的应力变形均符合实际规律,无网格法可以用于解决钢筋混凝土梁的大变形求解问题。     

考虑支座失效的基础隔震结构振动台试验研究

为研究隔震结构在多向动力耦合激励下的动力响应和荷载传递路径,进行了一个缩尺比例为1∶4的三层平面不规则RC隔震框架结构振动台试验. 通过研究结构的加速度响应、位移响应、隔震支座内力响应、损伤跨梁混凝土和钢筋应变等,揭示了多向动力耦合激励下的抗倒塌性能. 进一步利用OpenSees有限元软件,分析了损伤跨梁内力和支座损伤指数分布规律. 研究结果表明：在双向水平地震和单个隔震支座突然失效引起的竖向不平衡荷载耦合激励下,失效点位置处结构的竖向动力响应显著增大,并发生明显的竖向变形;支座瞬时失效产生的动力效应对各支座内力均有影响,特别是对相邻支座的内力影响更加明显;支座瞬时失效产生的竖向不平衡荷载由空腹效应和梁端弯矩共同抵抗;支座瞬时失效对相邻支座损伤指数影响最大;在多向动力耦合激励下失效区域的动力响应比仅考虑竖向不平衡荷载下更显著,隔震层损伤指数分布相比地震单独作用下更加离散.     

大跨连续梁桥纵向减震机理和减震效果分析

基于一座实际大跨度连续梁桥,分析比较了采用动力锁定装置、黏滞阻尼器和双曲面减隔震支座的减震机理和减震效果,讨论了这些减震装置的适用范围.结果表明:动力锁定装置不耗散地震能量,在活动墩处设置该装置,可以合理分配梁体的地震惯性力,但同时结构周期减小,可能增加梁体总的惯性力;黏滞阻尼器不改变结构的周期、振型等动力特性,主要通过阻尼力消耗地震能量,减小结构动力反应;采用双曲面减隔震支座后结构的周期延长,阻尼耗能能力增加,相对于基准模型,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了活动墩墩梁相对位移.