BFRP模壳不排水加固混凝土墩柱 轴压性能试验研究

为实现不排水快速加固桥梁水下混凝土墩柱目的,基于水下自应力不分散混凝土及“装配式”理念,提出一种BFRP（Basalt Fiber Reinforced Polymer）模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱的加固方法. 为研究采用该方法加固的混凝土墩柱的轴压性能,共设计、制作了8个试件进行轴心受压试验,研究了BFRP模壳加固、填充混凝土性能、填充层厚度、养护环境等因素对试件的轴压破坏模式、承载力、延性等的影响. 试验结果表明：BFRP模壳加固可有效提高试件的承载能力与延性;采用水下自应力不分散混凝土作为填充层,掺入适量的膨胀剂,同时控制填充层的加固厚度,有利于获得更好的加固效果;淡水环境下,BFRP模壳加固试件的极限承载力要优于海水环境下的试件等. 根据试验结论及现有的一些约束混凝土柱轴压承载力公式,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

玄武岩FRP模壳不排水加固混凝土墩柱轴压性能有限元研究

玄武岩FRP模壳(简称BFRP模壳)可用于桥梁水下桩基、桥墩等混凝土墩柱的不排水快速加固。本文在BFRP模壳加固混凝土墩柱轴压试验研究基础上,通过ABAQUS有限元软件建立了相应的有限元分析模型,并与试验结果进行比较分析,验证了该有限元模型是可靠有效的。然后在此模型基础上,分析了混凝土填充量、填充混凝土强度、BFRP模壳约束强度及尺寸效应等参数对BFRP不排水加固混凝土墩柱轴压性能的影响。结果表明：增加混凝土填充量能提高试件的承载力,但承载力提高幅度并非随着填充量的增加而增加,而是趋于稳定;填充层混凝土强度等级越高,加固试件承载能力越高,但提高幅度随填充混凝土强度等级的提高而不断减小,填充层混凝土强度等级的变化对加固试件的延性性能影响相对较弱;增强BFRP模壳连接部分的约束强度能提高加固试件的承载力,当连接部分的强度接近非连接部分的强度时,承载力的提高幅度最大;BFRP模壳加固轴心受压柱的峰值荷载存在尺寸效应,轴压峰值荷载提高系数随墩柱尺寸的增加而减小。最后,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果及模拟结果吻合良好。     

BFRP管约束再生混凝土圆柱轴压试验

为研究玄武岩纤维复合材料(BFRP)对再生混凝土力学性能的提升作用,对BFRP管约束再生混凝土圆柱进行了轴压试验,分析了BFRP层数对圆柱轴压性能的影响。试验结果表明：BFRP管约束再生混凝土圆柱的失效模式表现为BFRP断裂引起的圆柱受压破坏,BFRP管约束可以显著提高再生混凝土圆柱的承载力和变形能力,轴压应力-应变曲线表现出明显的强化段。随着BFRP层数的增加,约束再生混凝土的轴压强度比未约束再生混凝土提高了78%～281%,极限轴压应变提高了6.16～18.10倍,均显著高于对应的未约束普通混凝土的轴压强度和极限轴压应变。结合试验数据,评估了典型纤维复合材料(FRP)约束混凝土圆柱轴压强度和极限轴压应变模型在BFRP约束再生混凝土中的适用性,发现所评估的典型模型不能精确地预测试件的轴压强度和极限轴压应变。     

BFRP螺旋条带内约束海水海砂混凝土圆柱的轴压性能

为研究以BFRP筋作为纵向增强筋、连续BFRP螺旋条带作为约束元件且带保护层的新型海水海砂混凝土圆柱的轴心受压性能,对8根短柱试件进行轴压试验,研究了BFRP纵筋配筋率和BFRP条带的宽度、间距对其轴压性能的影响;并基于试验数据推导了该类受压构件轴压承载力的计算表达式。研究结果表明：有条带约束试件的破坏过程和机理为试件高度中部混凝土保护层先剥落,然后螺旋条带断裂,随后核心混凝土压碎、纵筋屈曲,保护层剥落范围小于无条带约束试件;BFRP螺旋条带能对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应,可提高BFRP纵筋抗压强度利用率;试件抗压承载力随BFRP纵筋配筋率增大而提高;条带约束可使试件承载力提高0.9%～10.4%,极限位移增大16.39%～130.82%;减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力;试件位移延性系数总体不高;采用文中推导的轴压承载力计算表达式得到的计算值与试验值吻合较好。     

FRP约束普通和高强混凝土柱轴压性能的有限元分析

现有的大多数纤维复合材料(FRP)约束混凝土轴压本构模型只适用于普通强度的混凝土,对高强混凝土的适用性还有待研究。基于ABAQUS和OpenSees模型,采用有限元方法研究FRP约束混凝土的轴压性能。其中ABAQUS模型采用全尺寸模型和薄片模型两种形式,并采用混凝土破坏塑性模型(CDPM)来模拟被约束的混凝土,通过修改混凝土的压缩硬化曲线来考虑FRP提供的围压。OpenSees模型则通过动态链接库文件引入5个不同的分析型FRP约束混凝土轴压本构模型。最终与相关实验结果进行对比,并相互对比各个有限元模型可以发现,ABAQUS中的薄片模型能最好地模拟FRP约束普通和高强混凝土的轴压性能。     

碳纤维布加固钢管轴压短柱有限元分析

以碳纤维布加固圆形钢管短柱轴压试验为依托,综合考虑纤维布的力学性能,提出一种新的轴压CFRP钢管的数值模拟方法。对纤维束沿环向和双向粘贴的加固试件进行有限元模拟,进而针对试验及有限元结果,对CFRP钢管的加固机理进行力学分析。结果表明,环向纤维通过拉力提供环向约束以限制钢管屈曲变形的发展;轴向纤维在加载之初为受压状态,并可承担部分压力,随着屈曲变形发展,部分轴向纤维转变为受拉状态,进而对试件变形起到限制作用,提高了构件的延性。     

碳纤维布加固混凝土结构有限元分析

用碳纤维布（CFRP）加固混凝土结构后，应力发生了重分布，存在二次受力问题，国内外很多的学者对其进行了大量的研究。总结了这些方法，分析了它们各自的优劣。在此基础上，提出了一种新的,不是基于大型通用商业有限元软件Ansys上进行二次开发。通过加入相应的新单元、本构关系、破坏准则等。所得结果与实验值比较吻合。     

设置耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能数值分析

为探讨设置低屈服点加劲耗能壁板对箱形钢墩柱受力性能的影响机理,采用有限元法对3类设置加劲耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能进行数值分析,并探讨设置加劲耗能壁板对箱形钢墩柱的荷载-位移曲线、位移延性系数及承载能力的影响规律.结果表明:耗能壁板高度及宽度对箱形钢墩柱的承载能力和延性影响较大;构件承载能力随耗能壁板高度增大而增大,但随耗能壁板宽度增大而减小;构件延性随耗能壁板高度及宽度增大而增大;加劲肋的厚度、宽度及设置数量均对箱形钢墩柱的承载能力和延性有一定影响.     

钢管RPC轴压短柱的有限元分析

在建立钢管超高强混凝土有限元模型的基础上,通过对22根圆钢管RPC轴压短柱进行模拟分析,并与试验结果作对比,验证     

钢套管混凝土加固RC柱轴压受力全过程分析

对9个钢套管混凝土加固RC方柱和1个RC对比柱进行轴心受压试验,试验结果表明采用钢管混凝土加固后,RC柱的承载力平均提高3.65～5.39倍,破坏形态呈延性破坏,破坏后荷载仍然可以保持在较高水平.基于钢套管混凝土加固RC方柱轴压试验的研究结果,合理选择材料本构关系、钢-混凝土界面接触关系和混凝土单元破坏的准则,采用有限元软件ANSYS建立加固柱轴心受压力学模型,对轴压作用下加固柱的受力全过程进行计算分析.通过对比试验测得的和计算的试件承载力和荷载-纵向变形全过程曲线,发现二者吻合良好,最大误差仅为5%.在此基础上,利用被验证的有限元计算模型,对试件各个组成部分的应力分布和应力发展规律进行分析.结果表明,试件各个组成部分在加载初期持荷比例基本不变;随着荷载的继续增加,钢管对原RC方柱和后浇筑混凝土产生明显的约束作用,使其峰值应力明显超过单轴抗压强度,钢管持荷比例小幅度减小,而混凝土持荷比例小幅度增大;当试件达到承载力之后,由于钢管的硬化和混凝土被压碎,钢管持荷百分比增大.     

具有可恢复性的BFRP约束混合配筋混凝土轴压短柱力学性能研究

为实现结构构件既具有较高承载力,同时具有较小的残余位移,提高震后的可修复性,提出具有可恢复性的BFRP管约束混合配筋混凝土构件.根据纤维体积包裹率、截面尺寸和混合配筋率三个参数,设计制作了4根BFRP管约束混合配筋混凝土短柱和3根不同对比柱,对其进行轴压试验.结果表明:试件的破坏属于强度破坏;纤维体积含量和截面尺寸的增加可以提高试件的承载力和刚度,而混合配筋对其提高幅度有限;该构件具有稳定的二次刚度;试件的应力-应变曲线可分为弹性段、弹塑性阶段和强化段,构件达到极限承载力后,荷载突降,达到无约束钢筋混凝土短柱承载力后稳定下降.最后提出该组合轴压短柱的承载力计算公式,计算结果和试验值吻合良好.     

腐蚀后高强钢管混凝土柱轴压性能

为研究不同腐蚀率下钢材力学性能的变化规律,以Q235、Q355和Q460钢材为研究对象,对12组共38个钢材试样进行了中性盐雾腐蚀试验和单轴拉伸试验,并对腐蚀后钢材性能退化规律进行了总结,提出了适用于不同强度等级的腐蚀后钢材强度预测公式。基于提出的腐蚀后钢材强度预测公式和腐蚀后实际壁厚,建立了腐蚀后高强钢管混凝土柱精细化数值分析模型,在与试验结果对比验证的基础上,分析了不同腐蚀率、混凝土强度和长细比等参数对承载力的影响规律,并依据不同规范采用不同计算方法对腐蚀后的高强钢管混凝土柱的承载力公式进行了预测。结果表明：腐蚀率的增大,钢材弹性模量基本保持不变,屈服平台逐渐缩短甚至消失。随着腐蚀率增加,方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载下降速率略大于圆形截面。混凝土强度等级越高,腐蚀后峰值荷载下降幅度越小。长细比增加,腐蚀后方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载对应的位移增加速率略大于圆形截面。使用钢材强度折减叠加壁厚折减的方法,三种规范对腐蚀后高强钢管混凝土柱承载力的预测更为准确,离散性也更小。     

基于有限元的无保护层钢结构柱抗火分析

采用大型有限元软件M SC.M ARC.M en tat,对具有轴向约束且无保护层的钢结构柱进行了非线性有限元分析,研究了不同轴向约束对钢结构柱抗火能力的影响,给出了典型约束钢结构柱的有限元网格划分和受压后的变形图,以及不同温度、不同约束刚度情况下的荷载-位移曲线,有限元数值模拟结果与试验进行对比,吻合较好.研究表明:室温下,轴向约束有利于提高柱子的极限承载能力,但在高温情况下,约束刚度的大小对柱子的抗火承载力却具有负面影响,轴向约束的提高降低了高温下柱子的极限承载力,并降低了柱子的极限温度承载力;在温度达到450℃之前,由于钢材的弹性模量改变与构件热膨胀而导致承载力的降低,温度超过450℃之后,弹性模量与屈服极限的折减,以及构件热膨胀所导致的约束反力共同作用使得构件更早失效.     

水电站泄水闸闸墩的有限元分析

水利水电工程中广泛采用的弧形泄水闸墩应力状况复杂,某些部位拉应力远超过混凝土受拉极限.应用ANSYS软件对典型的此类结构作了有限元分析.在建立有限元网格模型中,应用了映射网格、自由网格及金字塔型过渡网格的混合模型.应用约束方程和虚拟的质点单元,解决了复杂荷载的合理加载问题.有限元模型减去了弧形闸门、闸门支架等非主要部件,使模型规模减小,避免了因荷载不恰当引起的应力异常.     

带圆钢管劲性高强混凝土轴压短柱试验研究

介绍了包括带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱、钢管高强混凝土短柱以及普通高强混凝土短柱在内共13个试件的轴心受压试验,主要研究了带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的破坏特征、延性和极限承载力.研究结果表明,核心圆钢管的存在,改善了高强混凝土短柱的轴压性能;短柱中的混凝土与钢管能够共同工作直到破坏,其极限强度可以用叠加原理计算.     

钢管混凝土桥墩地震响应有限元分析

基于柔度法有限元分析了钢管混凝土桥墩的地震响应规律,探讨了轴压比、长细比、含钢率、混凝土强度等参数对地震力、墩顶位移、墩顶加速度等的影响.结果显示：①随着轴压比、钢管厚度和混凝土强度的增加墩底地震力增加,随着桥墩高度的增加地震力降低;②随着轴压比、桥墩高度的增加,墩顶地震位移增大,随着钢管厚度和混凝土强度的增加地震位移降低;③随着轴压比的增加,墩顶地震加速度减小,随着桥墩高度的增加,墩顶加速度先减小后略增加,随着钢管厚度和混凝土强度的增加,墩顶地震加速度增加.相关成果可为钢管混凝土桥墩抗震设计和施工提供借鉴和指导.     

分布式排水边界下均质地基固结有限元分析

针对地基固结前期排水量大而固结后期排水量小的特点,提出了一个分布式排水的边界条件。在Terzaghi一维固结理论的基础上,利用ABAQUS有限元软件实现了分布式排水边界下的固结模拟计算,分析了排水口间距和排水口大小对地基固结的影响规律,设计出最佳的分布式排水边界布设,进而探讨土体渗透系数和土体厚度对分布式排水边界下均质地基固结的影响。研究结果表明,相比完全排水边界,分布式排水边界虽不能完全满足固结前期的排水需求,但能够很好地满足固结中后期的排水要求,同时对于土体整体固结影响较小,为减少砂垫层的铺设提供了理论依据。     

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.