考虑不同失效模式的索杆结构构件面积缺损限值研究

索杆结构长期服役过程中的锈蚀会造成构件截面损失,导致结构内力的重新分配,影响结构的安全性能。文中基于可靠度理论与结构极限状态分别建立了构件强度失效、钢索松弛失效及节点变形失效3种失效模式,并得到了不同失效模式临界状态下的可靠度限值控制不等式;通过力学推导,给出了以缺损面积为变量的杆件内力与节点位移变化公式,依据该公式可计算出可靠度限值控制不等式中的影响系数矩阵;引入钢材的锈蚀模型并结合非线性规划,提出了一种确定索杆结构构件面积缺损限值的方法。对一Levy型索穹顶的构件面积缺损限值进行了算例分析,并与规范限值进行对比。结果表明：索杆结构中的多数构件在强度失效与变形失效模式下的面积缺损限值高于耐久性限值,但松弛失效模式下的构件面积缺损限值小于耐久性限值,如按该限值要求对结构进行设计及维护将有可能发生钢索松弛失效;而安全性限值对于钢索构件较为严格,对于钢杆构件则与耐久性限值相同。因此,需综合考虑3种失效模式与规范限值,并按最严格的结果进行控制。     

锈蚀钢筋混凝土大偏心压弯构件承载力模型

基于锈蚀钢筋混凝土大偏心压弯构件承载能力退化的性能,考虑锈胀力引起的钢筋周围双向应力状态,建立了锈蚀开裂前钢筋混凝土大偏心压弯构件承载力计算模型;考虑截面锈胀后几何尺寸损失,又建立了锈蚀开裂后钢筋混凝土大偏心压弯构件承载力计算模型.试验结果显示:试验值与计算值符合较好,模型可用于锈蚀钢筋混凝土大偏心压弯构件承载力计算分析.     

复杂环境下钢筋混凝土桥梁损伤概率模型及可靠度分析

综合考虑氯离子的结合作用、水灰比、温度和湿度因素对钢筋锈蚀的初始时间的影响,对Fick第二定律进行改进,建立了初锈时间模型.并通过Monte Carlo数值模拟技术,对钢筋混凝土桥梁的保护层厚度、表面氯离子浓度、扩散系数和临界氯离子浓度进行随机抽样,进行了正常使用极限状态下的可靠度计算.研究结果表明,钢筋对锈蚀的敏感程度依次为:保护层厚度、临界氯离子浓度、扩散系数、表面氯离子浓度;随着锈蚀率的增加,桥梁在使用年限达到65年之后,失效概率达到1,同时使用年限下降27%.     

钢筋混凝土桥梁构件的时变可靠度分析

桥梁蜕化降低了桥梁的抗力 ,增加其不定性 ,降低了桥梁的可靠度。该文根据混凝土中氯离子扩散及其引起的钢筋锈蚀的机理 ,建立了钢筋混凝土构件的蜕化模型 ,并运用 Monte Carlo方法计算了锈蚀钢筋混凝土构件在和平稳二项活荷载过程和随机恒荷载联合作用下的时变失效概率。结果表明 :活荷载变异系数影响最大 ,活荷载变化次数其次 ,活荷载的出现概率也有一定影响。恒荷载变异系数和抗力初始值的变异系数的影响很小。     

具有多失效模式机械构件的失效概率计算

将线性变换与统计试验法结合起来，考虑构件失效模式的相关性，采用相关抽样的方法计算机械构件的失效概率。     

碳纤维包裹条件下的钢筋锈蚀与混凝土保护层开裂

裂缝对钢筋混凝土构件在氯离子侵蚀条件下的耐久性影响较大,积极有效的控制构件裂缝可以提高构件的耐久性.通过理论分析探讨碳纤维约束条件下混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀量、锈蚀率等之间的关系;讨论碳纤维约束下混凝土构件裂缝开展的形态.对混凝土保护层锈蚀胀裂破坏的弹性力学模型进行修正,建立碳纤维约束条件下混凝土保护层锈蚀胀裂时钢筋锈蚀量的计算模型,结果证明合理的碳纤维加固方式可以有效约束混凝土构件纵向裂缝的开展.     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力评估

考虑锈胀力引起的钢筋周围混凝土双向应力状态,建立了锈蚀开裂前钢筋混凝土受弯构件承载力评估模型;应用无粘结预应力钢筋应力计算方法,又建立了锈蚀开裂后钢筋混凝土受弯构件承载力评估模型。试验结果表明：建立的承载力评估模型与试验结果吻合较好,可用于锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力评估。     

锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度有限元计算

采用有限元程序ANSYS,建立了同时考虑锈后钢筋力学性能下降、有效截面减少以及钢筋与混凝土粘结性能退化的锈蚀混凝土偏压构件有限元计算模型.将该模型与已有锈蚀钢筋混凝土偏压构件的试验研究资料进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性.利用有限元模型,计算分析了纵筋锈蚀程度、纵筋直径以及箍筋间距对抗弯刚度的影响规律.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前,多数锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法均建立在试验基础上,部分理论计算方法尚未考虑锈蚀钢筋本构关系。为提出一种实用的理论计算方法,拟基于经典层合板理论推导锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算公式,得到锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度关系。经试验验证,在屈服荷载附近,理论值与试验结果吻合较好,平均误差为6.6%;构件进入屈服阶段前,采用理论方法所求跨中挠度值大于相同荷载条件下的试验结果,理论计算值相对可靠,对构件失效具有预警作用。     

氯盐环境下修正钢筋腐蚀速率的混凝土桥梁抗弯可靠性

在氯离子侵蚀环境下,钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的衰减,主要是由于钢筋腐蚀造成的,因而引起了结构在设计基准期内的可靠性下降.本文分析了影响钢筋锈蚀速率的因素,建立了修正的钢筋腐蚀速率模型,计算了不同水灰比、不同保护层厚度等对桥梁构件可靠性发展的影响.     

考虑多失效模式老龄平台结构可靠性分析

针对老龄平台结构存在的多种退化失效因素,综合考虑疲劳失效、腐蚀失效和静强度失效这3种失效模式,建立每种失效模式的可靠度模型,并相应给出可靠度计算方法.通过相关系数研究任意两种失效模式之间的相互影响,进而提出两种计算3种退化失效模式全耦合作用下可靠度的方法:一是根据O. Detlevsen窄界限理论计算可靠度指标上、下限,二是通过将疲劳裂纹扩展和腐蚀退化引起的总抗力衰减引入静强度退化失效模型中,得到3种失效模式的耦合失效概率.实际算例结果表明:在不同服役阶段构件具有不同的主导失效模式;任意两种失效模式的耦合可靠度均低于单一失效模式的可靠度,3种失效模式耦合可靠度最低.     

强震作用下城市连续高架桥倒塌失效模式

高烈度地震区内城市高架桥梁结构是城市交通的命脉,但当其遭遇强震导致失效时会造成不可预估的社会后果.高架桥或者其构件发生损伤导致自身不能发挥正常的使用功能时认为桥梁失效.以某六跨连续梁高架桥为工程背景,采用OpenSees软件建立了三维非线性有限元计算模型,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法和加权秩和比法来判别在强震作用下该高架桥在的连续倒塌失效模式.计算过程中考虑支座的摩擦滑移,根据损伤值的变化来判断构件的状态,对连续梁桥各个构件的失效次序进行统计,给出具有统计意义的地震倒塌失效模式和最弱失效模式.结果表明:根据加权秩和比法得到的倒塌失效规律和最弱失效模式基本一致,首先是起到摩擦减震的滑动支座失效,其次是固定墩和固定支座失效,最后非固定墩失效.研究结果可为类似连续梁高架桥的抗震分析和地震失效倒塌模拟提供一定的参考和借鉴.     

整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁失效行为对比

为探究整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁的失效机理差异,设计9片H形Q460D高性能钢梁,对比研究整体锈蚀与局部锈蚀高性能钢梁的抗弯力学性能。首先,通过电化学加速锈蚀方法得到不同锈蚀水平的上述2类锈蚀钢梁,基于3D扫描技术重现锈蚀钢梁的空间形态。接着,开展了钢梁的四点弯曲加载试验,讨论2种钢梁的截面离散性、各部件的长细比以明确锈蚀对几何特性的影响,对比分析荷载-变形响应、腹板与翼缘的应变发展规律以及失效行为。最后,考虑材料力学性能退化和几何初始缺陷等因素,基于ANSYS软件建立有限元模型,详细探究锈蚀长度以及锈蚀水平等因素对钢梁退化性能的影响。结果表明：锈蚀会降低截面的离散性,并促使受压翼缘均变为纤细型;锈蚀程度低于临界锈蚀水平10%时,2组梁强度和刚度退化不大;进一步锈蚀时,会导致整体锈蚀梁提前发生侧向扭转变形和局部屈曲,剪跨段局部锈蚀梁则由局部屈曲失效转变为腹板屈曲失效;数值分析发现受压翼缘或者受拉翼缘的锈损对于整体锈蚀试验梁的力学行为影响较小,加劲肋与腹板对钢梁的抗弯性能影响较大;锈损大于30%后,剪跨段锈蚀梁的力学性能退化明显,锈蚀长度进入到近跨中侧的腹板中部附近时,失效位置将会由...     

考虑约束效应的概率断裂失效分析

针对试样几何、加载方式会在裂纹尖端产生不同的约束效应,对存在缺陷的构件进行安全性评定、寿命评估和失效概率计算时考虑约束效应,在R6失效评定曲线基础上,采用T-应力作为约束参量,建立与约束相关的失效评定曲线.在单向和双向载荷情况下,利用Mont-carlo法对存在半椭圆形表面裂纹的构件进行概率断裂力学分析,并与由传统R6失效评定曲线得到的结果进行比较.在不同的双向载荷比和裂纹几何情况下,讨论约束效应对裂纹失效概率和失效点位置预测结果的影响程度.结果表明,裂纹尖端的约束效应对构件断裂失效概率和起裂点位置均具有较大的影响;载荷比越大,由两种评定曲线计算得到的失效概率越接近.     

氯离子侵蚀环境下的RC梁退化概率模型

基于现有规范的抗力计算公式,采用Monte Carlo数值模拟方法建立了由氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀下的RC梁抗力时变退化概率模型.模型考虑了混凝土、箍筋、斜筋和主筋对结构抗力的贡献,以及钢筋锈蚀过程对结构性能的影响,其对分析和评定服役混凝土结构的可靠性提供了一定借鉴意义.研究表明：保护层厚度对钢筋锈蚀初始时间影响显著,构件在65年以前受剪抗力退化更快,而在65年之后受弯抗力退化更快.     

基于吊杆损伤失效的飞燕式拱桥鲁棒性研究

鲁棒性反映了结构对局部破坏的不敏感性,目前该方法在高层建筑中有一定应用。文章将结构鲁棒性分析应用于桥梁结构中,通过分析桥梁重要构件及易损构件失效时结构整体能量变化值,确定结构各个构件的重要性系数,并基于此确定结构的最不利损伤模型;通过冗余技术,讨论结构在特定构件失效后的安全储备;最后,通过一个中承式系杆拱桥吊杆损伤失效实例说明该计算方法在桥梁鲁棒性分析中的应用。     

往复荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结滑移劣化模型

基于已有往复荷载下未锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,考虑了钢筋锈蚀的影响,从细观的角度对粘结滑移外包线、粘结强度衰减系数、摩擦粘结强度衰减系数、反向粘结强度以及残余粘结强度和其所对应的滑移值进行了理论上的推导和修正,提出了低周往复荷载下考虑循环劣化的锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,将理论所得的数据和已有实验数据进行对比,结果吻合较好.研究结果对考虑钢筋锈蚀条件下混凝土构件的抗震性能有参考价值.     

冻融和锈蚀环境下混凝土受弯构件的刚度计算模式研究

针对东北寒冷地区混凝土结构耐久性问题开展试验研究,分析了冻融循环和钢筋锈蚀共同作用下钢筋混凝土受弯构件的受力性能,揭示了冻胀现象和钢筋锈蚀对钢筋混凝土受弯构件抗变形能力的影响规律,并建立了冻融和锈蚀环境下混凝土受弯构件的刚度计算模型,经试验验证、分析对比结果表明,计算模型合理可行.     

钢筋砼构件抗裂失效不定性及其可靠度模糊概率分析

本文利用概率论和模糊数学．分析影响结构构件抗裂失效的不定性因素．将构件抗裂失效认为是一复杂模糊随机事件．并提出了相应的可靠度模糊概率分析模型．最后本文结合算例介绍了用此模型计算抗裂失效概率Ｐ或可靠指标β的具体方法和步骤，其结果满足工程设计要求．     

氯离子侵蚀下钢筋初锈时间的计算模型

基于钢筋锈蚀的机理,综合考虑影响钢筋锈蚀的各种主要因素,提出钢筋初锈时间的概念,建立相应的计算模型．经实例验证,该模型可行、有效。计算结果能反映实际工程情况．结果有利预测混凝土中钢筋的初锈时间,以便及时对混凝土结构进行健康诊断、防止耐久性失效．