U型锚固对BFRP加固混凝土梁作用效果研究

目的研究端部U型锚固和沿全梁U型锚固对玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的作用效果.方法以两种U型锚固方式的BFRP加固钢筋混凝土试验梁为研究对象,采用扩展有限元模拟混凝土裂缝扩展,利用界面粘结单元计算BFRP与混凝土之间的界面应力,分析两种U型锚固形式下BFRP加固混凝土梁的裂缝扩展、界面应力、BFRP应力以及加固梁的失效机理.结果端部U型锚固下BFRP加固梁的极限承载力高于全梁U型锚固的加固梁,随着荷载的增加,裂缝位置的局部高应力向两侧移动,界面应力和BFRP布的拉应力沿全梁分布更均匀,加固梁易产生界面剥离破坏;而全梁锚固的加固梁U型箍间裂缝位置处的BFRP局部应力增加迅速,易发生局部BFRP布拉断破坏.结论当BFRP加固混凝土梁只产生剪切裂缝时,全梁U型锚固的加固效果好于端部U型锚固方式,全梁U型锚固下BFRP加固混凝土梁的承载力更高、变形更小.     

基于Midas FEA的箱涵套管加固效果分析

以湖北省某农村公路提档升级项目中箱涵套管加固为工程背景,考虑混凝土的材料非线性,简化填土与箱涵之间的接触非线性,利用Midas FEA建立箱涵套管加固的精细化有限元模型,对比分析了箱涵套管加固前后的受力性能。计算分析表明:箱涵加固后其水平变形、竖向变形分别下降98.21%、96.53%,混凝土的第一主拉应力、第一主压应力最大值分别下降82.09%、94.95%,钢筋的拉应力、压应力最大值分别下降93.26%、85.00%,裂缝宽度最大值一定程度降低,箱涵采用套管加固效果明显;套管加固后,套管内钢筋以及填充区混凝土应力较小,考虑工程经济性,可在规范允许范围内适当降低套管配筋率、选取低强度钢筋、降低填充区混凝土标号,建议在石料充裕时采用片石混凝土代替混凝土。     

预应力混凝土连续箱梁桥裂缝病害的加固方法分析

以某高速公路上三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥作为背景工程,针对该桥墩顶和跨中出现的大量裂缝进行机理研究,根据裂缝产生机理选择体外布置预应力束的加固方法;应用空间杆系有限元精细化分析程序Wiseplus建立实桥的有限元模型,并且对体外布置预应力束进行模拟,有限元分析中荷载考虑了正应力标准组合,组合值包括恒载、车辆活载、混凝土的徐变、整体温度场、梯度温度场以及基础沉降产生的附加内力。通过有限元计算分析,对比了加固前和加固后的梁体的各项应力指标,分析表明,加固方法能够较显著的提高该桥墩顶和跨中的压应力储备,对于针对性的病害具有良好的处理效果。     

二次受力下自密实混凝土加固RC柱抗剪性能有限元分析

在6根自密实混凝土增大截面加固柱的拟静力试验基础上,采用ABAQUS建立了自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的非线性有限元模型,并将抗剪承载力计算结果与试验结果进行对比,验证有限元模型的可行性.对二次受力下自密实混凝土加固柱的抗剪承载力进行参数扩展分析,探讨初始应力水平对加固柱抗剪承载力的影响规律.结果表明,不同初始应力对加固柱的抗剪承载力影响较大,当初始轴向应力水平低于0.75时,加固柱的抗剪承载力随初始轴向应力的增大而增大,当初始轴压比达到0.75时,加固柱的抗剪承载力达到最大.初始轴向应力水平大于0.75后,抗剪承载力不再随初始轴向力的增大而增大.因此在加固工程中应根据不同初始受力来考察柱的抗剪承载力.     

自应力混凝土结构限制膨胀过程有限元法分析

在试验基础上,根据限制条件下自应力混凝土的变形相容和平衡条件,参照自由变形膨胀混凝土的变形曲线,给出了自应力值和有效自由变形的增量关系;建立了可考虑膨胀和徐变时间过程、可适应各种边界条件和配筋形式的配筋混凝土自应力发展过程的有限元分析模型,对若干配筋自应力混凝土试件的有限元数值计算表明,自应力发展过程的计算结果与试验结果吻合。     

FRP片材加固混凝土梁的计算方法

对FRP片材加固混凝土梁的破坏形态、计算方法进行了探讨,并对8根FRP加固混凝土梁的极限承载能力进行了对比分析,理论计算结果与实测值吻合较好.研究表明:粘结FRP布加固混凝土梁承载力和加固时的初始应力水平有关,相同条件下,CFRP片材加固混凝土梁承载力最大;GFRP片材加固混凝土梁承载力最小;混杂纤维加固钢筋混凝土梁的承载力介于二者之间.     

结构节点加固受力性能研究

通过节点模型和数值模拟实验,研究了碳纤维加固梁柱边节点的受力性能.经过对加固前后的节点构件进行加载实验,得到了加固前后梁表面应变和节点区的最大剪应力数据,对比分析表明,碳纤维对混凝土具有约束作用,可以减小梁端的变形.同时建立了三组钢筋混凝土有限元模型,计算结果显示,梁柱节点的尺寸、配筋率、轴压比都是影响节点受力的因素,粘贴于混凝土表面的碳纤维可有效地参与混凝土共同受力,并且承担了大部分的荷载,降低了混凝土的应力水平,节点区粘贴碳纤维片材可提高结构的承载能力.     

胶层对内贴CFRP加固圆形隧洞受力特性的影响

基于CFRP加固圆形隧洞的小比例尺模型试验,采用实体单元模拟胶层和衬砌混凝土,采用弹簧单元以及双线性界面黏结滑移关系模拟胶层和衬砌混凝土的弧形接触界面的黏结滑移行为,建立了"实体-弹簧-实体"三维有限元模型,并将有限元模型的计算结果与模型试验的实测结果以及界面应力理论计算结果进行了对比,验证了三维有限元模型的有效性.基于该有限元模型,着重分析了胶层厚度以及弹性模量的变化对混凝土应力、CFRP应力、胶层应力以及弧形接触界面复杂应力状态的影响.计算分析结果表明:胶层厚度以及弹性模量对隧洞衬砌混凝土的应力水平无明显影响,改变胶层的厚度以及弹性模量并不能明显地改善衬砌混凝土的受力状态;胶层的厚度以及弹性模量对弧形接触界面应力的影响十分显著,选择弹性模量较小的胶层,在施工过程中适当地减薄胶层的涂刷厚度,可以显著降低界面应力,从而减小内贴CFRP加固圆形隧洞结构发生剥离破坏的风险.     

多向受力状态焊钉连接件受力特性分析

 鉴于索塔锚固结构中焊钉受力状态的特殊性,对混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下焊钉连接件的受力特性进行研究。通过对单钉推出试验进行有限元分析,验证了有限元模拟方法的正确性。采用有限元方法,研究了在混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下,焊钉连接件抗剪承载力、剪切刚度以及焊钉变形、应力的变化规律。研究表明,混凝土竖向承压对焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度均产生影响;在幅值变化相同的情况下,水平拉力的变化对焊钉极限承载力的影响显著,而水平压力的变化则对焊钉剪切刚度的作用明显;两种受力状态下焊钉变形和应力分布规律相近;混凝土竖向承压和水平力共同作用下,钢板与混凝土接触状态不同,焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度的变化规律则不同。     

预应力锚下混凝土局部承压横向应力的分布规律

针对某桥预应力T梁预制过程,拟配C50混凝土制成实体模型,在压力机上对锚头进行施压试验,测出了锚下混凝土横向应力变化规律;建立有限元模型,并计算横向应力;通过试验结果与有限元计算结果的比对和拟合,得出了较为适用的求解锚下横向应力的经验公式,对其求极值可得出锚下最大横向应力及其位置.并认为在实际工程设计中,若对锚下30cm深周边混凝土进行一定约束,可有效抑制梁端横向裂缝的产生.     

框架结构中无粘结预应力筋极限应力

为了研究各种结构形式中影响无粘结预应力钢筋(UPS)应力变化的主要设计参数,通过非线性有限元分析给出能全面准确计算各种不同结构形式中UPS极限应力的计算公式。分析了影响UPS应力变化的主要参数综合配筋力比、预应力度、配箍率、跨高比、荷载形式、结构形式对框架结构中UPS极限应力的影响。结论是:对框架结构中UPS极限应力影响较大的设计参数有综合配筋力比、配箍率、跨高比、水平荷载效应比。修正了UPS极限应力的计算公式。结果表明:现有规范ACI318-89、BS8110、JGJ/T92-93计算结果存在局限性,特别是对承受较大水平荷载的无粘结预应力混凝土框架的设计存在不安全的情况。对修正公式、规范公式与试验结果进行了对比。在承受较大水平荷载的框架结构中采用修正公式计算UPS极限应力更准确、对结构使用更安全。     

混凝土薄壁筒桩水平受力机理

对混凝土薄壁筒桩的水平承载能力按规范方法进行了现场试验,并用三维非线性有限元对其在水平荷载分级作用下桩体的变形、应力,钢筋应力及土体对桩体的水平反力等的变化规律进行了分析研究,两者结果相互验证．有限元分析中考虑了不同材料的材料特性、变形特性及桩与混凝土之间的相互作用．研究结果表明混凝土薄壁筒桩在水平荷载作用下表现为受弯混凝土构件的特性,在一定的地基条件下其承载能力主要取决于混凝土和钢筋的抗拉强度;同时表明用文中的方法分析混凝土薄壁筒桩的水平承载能力是可行的．     

钢筋与 FRP 筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic, FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能, 运用有限元软件 ABAQUS 对已有混杂 FRP 筋试验梁进行建模和非线性分析, 研究了 FRP 筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响. 基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂 FRP 筋梁的 FRP 筋应力表达式和承载力计算公式, 并运用已有试验数据验证其正确性. 结果表明: 等效配筋率对混杂 FRP 筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著, 其次为 FRP 筋种类; 混凝土强度对承载力有一定的影响, 但对刚度影响较为有限;     

连续配筋水泥混凝土路面的温度翘曲应力研究

通过素混凝土板温度翘曲应力的Westergaard理论解和有限元数值解的对比,论证了素混凝土板计算模型的适用性,得到了板体自重对板的温度翘曲应力不产生影响这一重要结论.以三向弹簧模拟钢筋和混凝土之间的粘结,对素混凝土板中加入钢筋前后板体特征点位的温度翘曲应力变化情况作了计算分析,认为配筋层位、粘结刚度系数、温度梯度、板长、板厚及配筋率等参数对板中加入钢筋前后温度翘曲应力变化值的影响可以忽略.结果表明,Winkler地基模式下连续配筋路面单独板的温度翘曲应力可以沿用与其尺寸一致的普通水泥混凝土板的温度翘曲应力计算方法.     

双重环筋加强式梁柱节点区非线性有限元分析

为了深入研究用双重环筋加强的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-梁节点的力学性能,采用TNODIANA软件对其进行参数化非线性有限元分析,并与试验结果进行了对比研究.结果表明,当节点高度不太低时,非线性有限元分析可以较好地模拟节点区的受力变形、极限承载力、裂缝开展及钢筋应变分布规律.混凝土强度、钢筋配筋率及环梁宽度的提高均会使得节点的轴压承载力提高,其中混凝土强度的影响程度最大,钢筋配筋率次之,环梁宽度更次之.     

路堤高度和加筋对软土地基累积塑性变形的影响

运用有限单元法对交通荷载作用下软土地基进行隐式动力分析,基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,研究路堤高度对交通荷载引起的软土地基累积塑性变形的影响,在此基础上,从地基中动偏应力分布的角度,揭示了土工格栅加筋对于减小交通荷载引起的软土地基累积塑性变形的意义和机理.分析结果表明:当路堤高度1 m左右时,在交通荷载作用下,地基中会产生显著的累积塑性变形;随着路堤高度的增加,地基中由交通荷载引起的累积塑性变形迅速减小.对于受交通荷载影响显著的软土地基,土工格栅加筋改善地基表面的压应力分布,减小传递到地基表面的剪应力,加筋后地基土累积塑性变形明显减小,主要是由于加筋减小了地基土的上部由交通荷载引起的动偏应力.     

钢筋混凝土板式楼梯的非线性有限元分析

采用ABAQUS软件建立了某混凝土板式楼梯的精细化三维有限元模型,并对其进行了竖向载荷和水平载荷作用下的非线性分析.结果表明,通过简化计算设计的混凝土板式楼梯完全满足结构的承载力和变形要求;在竖向载荷和水平载荷共同作用下,休息平台处的梯柱形成了短柱,其受力明显大于楼层处的梯柱,钢筋极易进入屈服状态;设计中应加强楼梯结构的抗震计算和分析.     

斜向索力下钢-混凝土组合索塔锚固区荷载传递与分配关系分析

为了研究斜拉桥钢混凝土组合索塔锚固区在斜向索力作用下的特殊传力形式,利用变形协调原理分别讨论了水平分项索力和竖向分项索力在索塔锚固区的传力过程和分配关系.在此基础上推导了水平分项索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配计算公式.并通过算例比较荷载分配计算公式和有限元模拟分析的结果,验证公式的准确性和适用性.研究结果表明,水平分项索力通过钢锚箱侧板和混凝土侧壁的拉伸以及混凝土端壁的弯曲三者变形协调进行索力传递和分配,钢锚箱侧板承担大部分的水平索力,而混凝土塔壁只分担其余少部分.另一方面竖向分项索力的传递需考虑钢锚箱端板,剪力钉和混凝土端壁的变形协调.可见通过变形协调原理可以有效地分析斜向索力在组合索塔中的传力机理和传递过程,并且根据有限元结果的对比证明荷载分配计算公式能够满足较高的精度.     

下套拱加固石拱桥复合拱圈极限承载力研究

下套拱加固石拱桥形成的复合拱圈由石块、砂浆、混凝土和钢筋四种材料组成,而且属于二次受力结构,受力复杂.采用分离模型和整体连续体模型相结合的方法,提出复合拱圈的极限承载力有限元计算方法.有限元计算结果与试验结果吻合良好,表明有限元计算方法能够反映复合拱圈的受力性能.应用该方法,对某实桥进行了分析,结果表明,复合拱圈在半跨均布活载和L/4集中活载联合作用下的破坏模式为四铰破坏,第二个铰出现时荷载已达极限荷载的77.9%.复合拱圈的极限承载力随着集中活载占总活载的比例的增大而减小,随加固层厚度和配筋率的增大而增大.加固层混凝土的强度对复合拱圈的极限承载力影响较小,因此,加固层不必采用高强混凝土.