SIMP拓扑优化的拉压杆模型研究

采用SIMP应变能最小化的优化准则方法,对基于拓扑优化技术建立拉压杆模型的设计流程进行了深入研究.并对基于SIMP法拓扑优化建立拉压杆模型的影响因素进行了系统研究,总结出将最优拓扑转化为构件拉压杆模型的原则.为验证其最优性,对一简支开洞深梁建立了多种拉压杆模型,并与基于SIMP法的拓扑优化建立的拉压杆模型,通过承载能力和有效系数进行方案的比选.研究结果表明基于SIMP拓扑优化的拉压杆模型应变能和钢筋体积比最小,而承载能力较大.     

开洞深梁的拉压杆模型设计方法研究

引入拉压杆理论建立开洞深梁实用设计方法,提出利用承载能力和有效系数进行拉压杆模型方案的比选,并根据最优的拉压杆模型进行配筋设计．为验证其有效性,对一简支开洞深梁实例建立了多种拉压杆模型,详细对比了计算结果和试验结果．研究表明拉压杆模型预测的承载力比实验结果偏安全,能满足工程可靠度的要求;拉压杆模型计算承载力与配筋试件实验值大小变化趋势一致．根据拉压杆模型的计算分析结果,可以看出洞口附近沿主拉应力方向配置斜向钢筋对提高承载力最有效,如不明确构件内主应力分布,在洞口上下部同时配置水平纵筋和竖向钢筋也能达到提高承载能力的目的．     

拉压杆模型在混凝土梁桥中应用与研究进展

在介绍拉压杆模型的概念和构形的基础上，讨论了混凝土梁桥中的常见D区和拉压杆模型的应用原理和构建准则，给出了应用该方法进行结构D区设计的一般步骤，作为示例，应用拉压杆模型方法并参照美国AASHTO LRFD(2004)规范，对一较典型的预应力齿板锚固区进行了配筋设计。阐述了拉压杆模型的起源、研究现状与进展，概括分析了当前国际上的研究动态和有待深化研究的方向。     

后张锚固区抗劈裂配筋设计方法研究

根据主应力迹线构建出后张锚固区的拉压杆模型,在此基础上,利用拉压杆模型中节点力的平衡条件计算劈裂力大小,通过对比拉压杆模型法、美国AASHTO规范公式、以及有限元结果,表明拉压杆模型法考虑的影响因素更为全面,计算精度更高。最后,通过实例示范了抗劈裂钢筋的配筋设计方法。     

小剪跨比RC梁受剪分析的优化拉压杆模型

基于多层次最小应变能分析,提出了确定混凝土结构D区拉压杆模型构形的一种优化方法.该方法首先借助结构拓扑优化分析拟定拉压杆模型的基本构形,并利用最小应变能参数分析确定模型的最优构形几何参数.针对小剪跨比钢筋混凝土梁,利用多层次的最小应变能分析,推导得到了其受剪分析的最优参数化拉压杆模型.研究发现:当梁的剪跨比小于1时,最优模型为"直接压杆模型";当梁的剪跨比在1.0~2.0之间时,最优模型为"带斜拉杆的桁架模型".依据该优化拉压杆模型,并以混凝土斜向拉杆断裂作为梁体劈裂破坏的条件,进一步推导得到了无腹筋小剪跨比梁的抗剪承载力简化计算公式.最后,通过与既有试验结果对比,表明该公式能够较好地反映剪跨比对抗剪承载力的影响.     

显式拓扑优化的拉压杆模型自动提取方法

为了实现从显式拓扑优化到拉压杆模型的自然过渡,同时保持拓扑优化结构与拉压杆模型的拓扑一致性,以可移动变形组件拓扑优化为例,建立了显式拓扑优化拉压杆模型自动提取方法。该方法是计算机图形学和结构优化的结合,采用Voronoi骨架提取和形状优化,由骨架提取、框架提取和形状优化3部分构成。结果表明,该方法自动构建了受力合理且几何规则的拉压杆模型;Voronoi骨架提取从显式拓扑优化结构提取了光滑的中轴骨架;以类桁架指标为约束的形状优化实现了拉压杆模型从框架结构到桁架结构的质变。     

不同预应力度简支梁拉压杆模型

为研究预应力混凝土简支梁的传力路径及其拉压杆模型设计方法,提出一种改进的双向渐进结构优化算法.按照Von Mises应力准则,以单元应变能为结构性能指标,自行编制了单元生死并行的双向渐进结构拓扑优化程序,实现了混凝土结构拉压杆模型的自动构形.优化程序中引入单元生长与删除加速度因子,有效防止了无效拓扑的出现.通过把预应力等效为外部荷载,将寻找预应力混凝土梁拉压杆模型的问题转化为连续结构的拓扑优化问题.在此基础上讨论了不同预应力度下混凝土简支梁的受力行为并揭示了其合理的力学模型:钢筋混凝土梁可采用桁架模型,部分预应力梁可采用桁架-拱叠合模型,全预应力梁可采用拱模型或拱-桁叠合模型.     

基于软化拉-压杆模型钢骨超高强混凝土框架节点抗剪承载力计算

钢骨超高强混凝土框架节点是一种新型组合结构.为计算钢骨超高强混凝土框架节点的抗剪承载力,基于钢筋混凝土框架节点软化拉-压杆模型,以钢骨和超高强混凝土为压杆,以钢骨、纵筋、箍筋为拉杆,建立了钢骨超高强混凝土框架节点软化拉-压杆模型,进行了框架节点抗剪承载力计算,并与试验值进行了比较,分析了轴压比和配箍率对计算值的影响.结果表明,抗剪承载力试验值与计算值的比在1.2左右,吻合较好,且计算值偏于安全;随着轴压比的增大,计算值增大;随着配箍率的增大,计算值亦增大.所提出的钢骨超高强混凝土框架节点软化拉-压杆模型很好地反映出轴压比和配箍率对抗剪承载力的影响.     

轻骨料混凝土深受弯构件压杆隔离体开裂软化性能试验研究

完成了11个不同参数的轻骨料混凝土深受弯构件斜压杆隔离体试件轴压性能试验,系统研究了其破坏过程、荷载-位移曲线、破坏形态以及钢筋混凝土应变等;深入分析了压杆腹筋配筋率、高厚比对该类构件有效抗压强度系数及破坏形态的影响;评估了EC2规范、ACI 318-19规范、M odel Code 2010规范等的拉-压杆模型及学者...     

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

在简化拉-压杆模型（Simplified softened strut-and-tie model， SSSTM）基础上，考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响，修正斜压杆倾角计算公式，并基于剪滞模型，考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性，建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式，从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型（Modified simplified softened strut-and-tie model， MSSSTM）.采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明：MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05，变异系数分别为0.04、0.09；按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好，离散性较小，且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.     

基于软化拉-压杆模型的对角斜筋ECC连梁恢复力骨架曲线

为了模拟对角斜筋超高韧性水泥基复合材料(ECC)连梁在低周反复荷载下的受力性能,提出了一种计算对角斜筋ECC连梁恢复力骨架曲线的理论模型.该模型基于软化拉-压杆模型,由ECC主拉-压杆、对角斜筋和次杆组成,并考虑了箍筋对ECC受压性能的约束影响以及ECC受压和受拉时的软化效应.基于此理论模型,提出了对角斜筋ECC连梁受剪承载力计算公式.选取11根对角斜筋ECC连梁实验数据进行验证,得到受剪承载力计算值与实验值之比的平均值为0.94,变异系数为0.09,说明计算结果与实验结果符合较好.在小跨高比连梁中,随着连梁跨高比的增大,对角斜筋和次杆抵抗的剪力逐渐增加,而ECC主拉-压杆抵抗的剪力则逐渐减小.     

跨高比l/h≤1.5钢筋钢纤维混凝土连梁受剪性能分析

小跨高比连梁在地震作用下易于发生剪切破坏,为了研究小跨高比钢筋钢纤维混凝土连梁的受剪性能,对低周水平反复荷载作用下的跨高比l/h≤1.5钢筋钢纤维混凝土连梁的试验结果进行了分析.运用拉压杆模型理论,分析了跨高比l/h≤1.5钢筋钢纤维混凝土连梁的受剪机理,提出了受剪承载力的计算模型和计算方法.研究结果表明:跨高比l/h≤1.5的钢筋钢纤维混凝土连梁主要通过对角混凝土主斜压杆机制与竖向拉压杆机制传递梁端剪力,其中竖向拉压杆机制由钢筋钢纤维拉杆与混凝土次斜压杆组成.基于拉压杆模型计算方法得到的受剪承载力计算值与试验值吻合较好,采用该计算方法能够较为准确的预测跨高比l/h≤1.5的钢筋钢纤维混凝土连梁的受剪承载力.     

桩基承台挡土墙中承台的优化设计

为了优化桩基承台挡土墙的设计和工程应用,引入“拉压杆模型”对桩基承台进行承载力计算和配筋设计.计算及分析结果表明,当承台下面外排桩中心与挡土墙边缘比较靠近时,承台的受力更符合“拉压杆模型”,“拉压杆模型”能够较好反映承台短边方向的受力状态和构造特点,可有效应用于承台的设计计算.且承台两个受力方向的受拉钢筋用量可按受弯承...     

焊接锚垫板锚固区拉压杆模型及配筋设计

针对焊接锚垫板齿板锚固区配筋,提出了一种锚固区新型拉压杆模型。首先对齿板锚固区 6 种典型效应、主应力迹线以及力流平衡关系进行分析并建立新型拉压杆模型,其次通过美国国家公路与运输官员协会(American Association of StateHighway and Transportation Officials,AASHTO) Load-and-resistance Factor Design Bridge Design Specifications、Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary(ACI 318-19)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 ( JTG 3362—2018)和欧洲设计建议 Practical Design of Structural Concrete 进行拉压杆模型参数定量化设计,根据拉压杆几何关系推导出焊接锚垫板齿板锚固区劈裂力计算式,利用有限元分析,拟合出焊接锚垫板下齿板锚固区劈裂力合力重心计算式。 最后通过算例分析,按本文建议的拉压杆方法进行焊接锚垫板齿板锚固区结构配筋设计,能较好地控制锚下典型效应问题,相比《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)给出的设计方法,拉压杆模型法能较好地反映结构传力机制且具备可行性和可应用性,可为焊接锚垫板齿板锚固区配筋设计提供参考。     

四边连接组合钢板剪力墙简化模型

在纯钢板墙条带模型的基础上,提出一种适用于组合墙计算的等效拉-压杆模型.拉杆考虑钢板的受拉条带区的作用,组合压杆考虑钢板在混凝土板约束作用下的受压条带区的作用.对初始缺陷和压杆的刚度系数进行参数分析,并推导理论计算公式,由计算公式和试验数据分别确立模型的骨架曲线和滞回规则.将提出的简化计算模型用于自编的FORTRAN程序中,得到简化模型的计算滞回曲线.对单跨单层的组合墙试验进行滞回曲线的计算,计算结果与实测数据符合良好,说明提出的简化计算模型以及推导的计算公式适用于组合钢板剪力墙.     

钢筋混凝土牛腿抗剪承载力设计修正系数研究

为了研究钢筋混凝土牛腿的抗剪承载力,并评估我国和欧美规范牛腿设计方法的准确性和安全性,基于收集的209组牛腿竖向受剪试验数据对ACI 318-19、EC2、CSA A23.3-04和其他主要的牛腿抗剪承载力计算方法进行评估,发现欧美规范拉压杆模型方法较为保守,而软化拉压杆模型(softened strut-and-tie model,SSTM)能够较好地预测牛腿的抗剪承载力.在此基础上,设计了一系列满足我国规范要求的钢筋混凝土牛腿,主要变化的参数包括剪切跨度、混凝土强度、钢筋强度等,通过将牛腿的设计剪力与软化拉压杆模型计算得到的抗剪承载力进行对比,分析了不同设计参数下我国规范方法的准确性和安全性.并根据参数分析结果拟合了牛腿承载力修正系数的简化公式,并通过试验数据验证了简化公式的准确性和合理性.最后对牛腿在剪力作用下的设计方法提出了改进建议,可供钢筋混凝土牛腿设计参考.     

荷载工况多目标下钢筋混凝土深梁的拓扑拉压杆模型设计

为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。     

预应力混凝土T梁桥端部锚固区拉压杆模型及配筋设计

根据有限元应力分析结果,抽象出力流传递路径,提出了T梁端部锚固区拉压杆模型的构形方法.通过对劈裂应力的数值积分,计算合力作用点位置,并将其作为拉杆位置确定的依据.分析表明,由于T梁端部锚固力的合力对截面形心的偏心距不大,劈裂应力合力作用点至锚固端的距离与梁高的比值,基本不受锚下预加力大小、梁高以及翼板宽度变化的影响,大小稳定在0.67~0.69之内.最后,应用该构形方法,得到了跨度为20~50m的T梁端部锚固区拉压杆模型,将由拉压杆模型计算出的劈裂力大小与精细化有限元分析结果进行了比较,其比值分布在1.16~1.34范围之内,由此可见,由拉压杆模型给出的劈裂力计算值与有限元分析结果之间相差不大,且偏于安全.     

体外预应力桥梁转向结构分析及配筋研究

运用有限元技术结合拉压杆模型方法，对转向结构的受力特性进行详细的分析和配筋计算．通过对不同类型结构力流传递形式及应力分布情况的了解，总结了相应类型结构的受力特点，给出相应的计算方法和拉压杆配筋计算模型，并提出了相关的设计建议．     

高导无氧铜材料动态本构关系的确定

金属材料的动态拉伸和压缩性质备受人们的关注,而金属材料动态拉压性质的同、异性更是人们所关注的。该文章通过经典Hopkinson杆实验,对国产高导无氧铜（OFHC）材料动态拉、压性质进行了对比研究,且利用已有经验动态本构关系模型,对国产高导无氧铜材料动态拉、压本构关系进行了拟合确定。