钢筋混凝土柱壳的非线性分析

混凝土受拉开裂及多向压力作用下混凝土的非线性应力－应变关系是产生钢筋混凝土结构非线性反应的两个主要原因，据此建立混凝土破坏的一般准则，用这些准则建立非线性有限元分析的应力－应变增量关系，对于钢筋混凝土构件的有限元分析，文中介绍的方法可以直接考虑钢筋的作用，钢筋和混凝土两种不同材料的应力－应变关系可以分别考虑，便于有限元计算程序的编制。     

钢筋混凝土梁疲劳累积损伤过程的等效静力分析方法

为了实现对钢筋混凝土梁疲劳性能的全过程分析和剩余承载力评估,提出一种混凝土构件疲劳累积损伤过程的等效静力分析方法。通过对材料疲劳刚度、强度退化和疲劳残余变形累积发展规律进行分析研究,建立混凝土和钢筋任意加载次数后的疲劳本构模型;基于混凝土材料在静态荷载与疲劳荷载作用下破坏的相似性,构建疲劳荷载与静载作用的等效关系,提出钢筋混凝土构件疲劳性能的等效静力分析方法。采用该方法对某混凝土试验梁进行疲劳性能分析。研究结果表明:所获得的数值模拟结果与实验值变化规律一致,吻合程度良好,验证了该方法的有效性和实用性。     

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．     

混凝土疲劳损伤累积神经网络模型

针对混凝土疲劳累积损伤的发展受荷载、材料性质等多种因素影响、很难用显式的数学函数表达的难题，基于神经网络方法提出了一个考虑变幅疲劳的级数和加载顺序影响的混凝土疲劳损伤累积模型，采用神经网络技术描述了其与材料性能、荷载应力间复杂的非线性映射关系，准确反映了混凝土疲劳损伤演变的真实过程，并运用离散系统仿真原理构造了退凝土变幅疲劳寿命预测的智能化仿真系统．该系统可用于结构抗疲劳设计和疲劳可靠性分析、有损结构损伤评估及维修决策．     

钢筋混凝土杆单元的切线刚度矩阵

应用非线性有限元原理，在正确考虑钢筋和混凝土材料特性的基础上，推导了钢筋混凝土杆单元的切线刚度矩阵．该矩阵考虑了杆单元的材料非线性、几何非线性、轴力二次矩、加载历史、钢筋的粘结滑移和混凝土的裂面效应等因素．编制了相应的结构非线性滞回全过程分析程序，运用该程序对两榀混凝土试验门架在水平反复荷载下的试验结果进行模拟计算，计算值与试验结果吻合良好．本文程序实现了混凝土杆系结构包括下降段在内的非线性滞回全过程分析，为该类结构在低周反复荷载下的抗震性能研究提供一个准确、实用的工具     

钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳性能数值模拟

为了分析钢筋混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下正截面力学性能随着时间不断变化的过程,用条带法数值模拟疲劳破坏的整个过程.在已有的钢筋和混凝土轴心疲劳本构关系基础上,根据粘结应力分布规律推导出平均截面的材料本构关系,运用条带法分析钢筋混凝土受弯构件的疲劳性能,编制程序进行计算,程序计算结果与疲劳试验结果进行比较.数值模拟和试验结果表明:受压区高度及混凝土和钢筋的应变发展呈现两阶段规律,随着疲劳荷载次数的增加混凝土和钢筋的应力、应变发生重分布现象;程序和试验结果吻合较好.用编制的程序分析钢筋混凝土受弯构件的疲劳性能具有一定的精度,可部分代替冗长、昂贵的疲劳试验.     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。     

二次积分迭代法的钢筋混凝土框架非线性全过程分析

在分析了钢筋混凝土框架受弯构件，压弯构件显示非线性特征的主要原因的基础上，提出了对钢筋混凝土框架进行非线性全过程分析的二只分迭代法，此法充分考虑了钢筋混凝土材料的非线性特征，通过构件截面的应力应变关系，力和力矩的平衡，推导出一系列的迭代公式，迭代整体可以模拟裂缝开展，钢筋屈服，混凝土压碎，塑性铰产生，内力重分布等全部过程，将模拟模型引入框架的非线性分析的单元劲度矩阵，编写了框架非线性全过程的分析程序，对两层两跨受集中荷载的框架进行计算比较，所得结果与实测吻合较好。     

钢筋混凝土构件非线性有限单元法分析

本文选取了适于混凝土材料的非线性本构关系，考虑了钢筋与混凝土之间的粘结滑移及混凝土开裂后骨料的咬合力作用，编制了计算机程序。该程序可用于分析钢筋混凝土构件在多种荷载工况下，由加荷、开裂直到破坏的全过程分析。为节省计算时间，本文提出对三角形混凝土元隔单元进行强度判断的方法。程序中，还对钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系及不同的裂缝模型对计算结果的影响进行了分析；应用该程序计算了三十一根试验梁，结果是比较满意的。     

钢筋与混凝土间粘结应力－滑移关系的应力变分模型

在分析试验资料的基础上，应用应力变分法建立了钢筋混凝土梁在集中荷载作用下钢筋与混凝土间的粘结滑移模型．该模型既能圆满地满足边界条件，又综合考虑了材料特性、保护层厚度等因素的影响及粘结滑移关系沿钢筋位置的变化，且与试验结果符合较好，为研究钢筋混凝土构件的刚度、变形和裂缝宽度及应用有限单元法分析钢筋混凝土结构的非线性性能提供了一个较实用的模型．     

热轧钢筋的疲劳行为

本文叙述了应用 MTS 电液伺服试验机和高频疲劳试验机测定45SiMnV热轧钢筋材料的 S—N 曲线和25MnSi 热轧钢筋在固定应力范围上的寿命分布,通过分析求得钢筋50%和95%存活率的 S—N 曲线,在进行有关变幅疲劳的累积损伤试验的基础上,验证了 Miner 论对热轧钢筋的适用性。分析了钢筋材料的循环应力应变曲线及其非线性弹性行为。结论有助于钢筋混凝土结构的疲劳设计,可靠性分析和寿命估算等。     

混凝土随机损伤本构关系工程参数标定与应用

介绍了混凝土随机损伤本构关系.利用我国混凝土设计规范规定的混凝土本构关系,标定了混凝土随机损伤本构模型的基本参数.通过考虑钢筋与混凝土之间相互作用,对素混凝土随机损伤本构模型进行了合理修正,使之可以应用于钢筋混凝土结构分析.通过自主研发,将混凝土随机损伤模型嵌入到结构分析软件ABAQUS以及OpenSees之中,对不同类型的结构试验进行了模拟.结果表明:混凝土随机损伤本构模型可以理想地模拟混凝土结构和钢筋混凝土结构的受力力学行为,为工程结构的非线性分析提供有效的手段.     

重轴载交通下斜向预应力混凝土路面应用研究

针对重轴载交通下普通水泥混凝土路面抗疲劳性能较差、容易产生裂纹的问题,提出将斜向预应力混凝土路面引入重轴载交通中,并结合已有定测下混凝土疲劳试验结果对其抗疲劳机理进行深入分析.同时,根据混凝土疲劳破坏发展的历程,提出此种路面结构中预应力筋的分步张拉方法:当混凝土浇筑完成24h后,预应力筋第一次张拉到30%的设计轴力,以控制混凝土路面初期裂纹;当混凝土达到设计龄期后,张拉至设计轴力用以抵消温度应力和部分重轴载引起的路面拉应力,保证路面结构在正常使用情况下处于三维压缩状态,从而防止混凝土裂纹的出现和扩展,达到提高混凝土第二阶段抗疲劳强度的目的.实例验证了斜向预应力混凝土路面结构适用于重轴载交通.     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

体外预应力钢筋混凝土梁非线性静力分析

为了研究体外预应力结构的非线性性能,在截面条带法的基础上,将体外钢筋对梁的作用力看作是梁的外力,分析了体外钢筋应变和应力增量与梁体挠度之间的关系,建立了一种新的体外预应力钢筋混凝土梁非线性分析方法,避免了变形不协调和二次效应的影响,计算结果与有限元模拟结果和试验数据进行了比对分析。结果表明,该方法能较好地模拟外预应力钢筋混凝土梁从加载至破坏的全过程,并指出非预应力筋配筋率、初始预应力大小和高跨比等对梁承载力都有重要的影响。     

竹筋混凝土的热湿应力分析

根据热应力的基本原理,对竹筋混凝土在热、湿变化作用下的热湿应力变化与破坏进行了试验与分析.结果显示,竹材横向热湿膨胀系数大于纵向热湿膨胀系数,且大于混凝土的热湿膨胀系数.热湿同时增大在竹筋内产生的压应力超过竹材料抗压强度时,竹筋内部损坏而降低其抗拉强度,热湿同时减小产生的拉应力大于竹筋与混凝土的表面结合应力时,降低竹筋对构件的加强筋作用.其中温湿度降低是竹筋混凝土在设计工况下运行中产生破坏的重要原因之一.     

基于改进损伤算法及MCMC车流模拟的 混凝土桥梁疲劳寿命预测

基于改进损伤算法及多车道精细车流模拟,提出一种新的混凝土桥梁疲劳寿命的预测方法.改进损伤算法将每一次循环造成的损伤计入S-N曲线,对疲劳荷载作用下材料的S-N曲线进行了修正,使得材料疲劳寿命预测结果更贴近真实状况.采用马氏链蒙特卡洛模拟法(Markov Chain Monte-Carlo,MCMC),考虑车流中相邻车型及车道的相关性,生成多车道精细车流.分别通过一组钢筋混凝土梁及一组预应力混凝土梁多级变幅疲劳试验对改进损伤算法的准确性进行了验证.介绍MCMC多车道随机车流模拟的具体流程,并提出基于改进损伤算法及多车道随机车流模拟的混凝土桥梁疲劳寿命预测方法.最后,以某高速公路实测交通流数据与一座跨径为20 m的简支T梁桥为例进行分析.结果表明:5组试件预测误差较常规损伤算法均有明显降低,除两根预应力混凝土梁预测误差较大(53％～56％)外,其余3组试件误差较小(小于8％),表明改进损伤算法可用来预测混凝土桥梁的疲劳寿命;实例分析中,简支T梁桥各主梁应力幅谱呈现多峰分布的特征,与车辆荷载分布特征相似,验证了模拟的合理性;根据改进损伤算法预测,当年交通量增长率(Average Annual Growth Rate,AAGR)为0时,该T梁桥的疲劳寿命为77.50年,不满足设计使用年限要求.AAGR为3％时,疲劳寿命为52.49年,较AAGR为0时下降32.27％.     

基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析

应用能力谱方法和增量动力分析方法分别建立了用于评价地震作用下桥梁结构性能的桥梁结构易损性曲线。通过对用两种方法建立的易损性曲线的对比分析表明：对于保护层混凝土剥落破坏状态,两种方法分析的结果相差不大;对于纵筋屈曲和倒塌破坏状态,能力谱方法给出的桥梁结构在给定地面运动强度下的失效概率偏低。用能力谱方法建立结构的易损性曲线避免了对结构进行非线性动力时程分析,分析方便快速,但对于严重破坏状态分析精度较低;非线性动力分析方法需要对结构进行大量的动力时程分析,但结果更为精确可靠。     

混凝土高频疲劳加速寿命试验

车载循环作用下的混凝土疲劳强度问题越来越受到人们的重视,而针对混凝土高频疲劳性能的研究不是很多,将高频疲劳试验方法引入到岩石类非金属材料的试验中,针对混凝土圆柱试件进行高频疲劳加速寿命试验研究.通过分析疲劳频率变化曲线的规律,解释混凝土高频疲劳的破坏机理,建立混凝土的轴向压缩非线性疲劳损伤累积模型.同时考虑到存活率,得出混凝土疲劳加速寿命失效概率的P-lgS-lgN双对数疲劳方程.     

冻融环境下引气剂对钢筋与混凝土黏结性能影响的试验研究

针对冻融环境下钢筋与混凝土结构黏结性能劣化的问题开展试验研究。以引气剂掺入量和冻融循环次数为变动因素制作了3批共9组钢筋混凝土试件,采用快速冻融试验和钢筋中心拔出试验方法,研究了冻融环境下不同掺量引气混凝土与钢筋之间的黏结应力、滑移量,对比分析了引气剂对冻融环境下钢筋与混凝土黏结性能的影响规律。试验结果表明,掺入一定量引气剂可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的黏结性能得到明显改善。