等围压约束下超高性能混凝土本构模型

基于损伤力学进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)在围压约束下本构模型的推导,并建立其损伤演化方程;采用UHPC三轴压试验结果对该本构模型进行检验,得到不同围压下UHPC损伤演化曲线.推导的UHPC损伤本构模型,可很好模拟其应力-应变曲线.从损伤整个演变过程可看出, UHPC总损伤劣化程度随着围压提高不断降低,表明围压抑制了损伤的发展并改善UHPC受力状态,使其宏观平均强度增大;与此同时,累积损伤随应变增长趋势减缓, UHPC延性得到增强.     

超高性能混凝土混凝土组合梁抗剪承载力计算方法

基于极限平衡理论,并考虑尺寸效应,采用简化的混凝土破坏准则和超高性能混凝土(UHPC)层破坏理论得到了超高性能混凝土-混凝土(UHPC-NC)矩形截面组合梁斜截面抗剪承载能力计算方法.设计了相应的组合梁抗剪试验.试验数据与理论计算结果的对比分析表明,该计算方法既能准确计算组合梁的抗剪承载力,又能有效反映UHPC层、UHPC层内配筋、尺寸效应等各个参数对于UHPC-NC组合梁抗剪承载力的影响.试验结果反映出UHPC层可以大幅提高整体结构的抗剪承载力和延性.     

UHPC加固混凝土桥墩抗震性能研究

目的 评估UHPC加固混凝土桥墩在拟静力荷载作用下的抗震性能。方法 基于OPENSEES软件,选用Concrete02模型拟合UHPC材料本构曲线,结合Reinforcing Steel材料本构、非线性染粒单元和零长度单元,通过修正约束增大系数K来综合考虑钢纤维和箍筋对材料的约束效应,构建并验证了UHPC加固混凝土桥墩滞回分析模型;在此基础上,分析了轴压比、UHPC加固厚度和高度、UHPC单轴抗压强度对加固桥墩位移延性系数的影响。结果 加固桥墩位移延性系数随轴压比的增加而减小,随UHPC加固厚度、加固高度和单轴抗压强度的增加均表现出先增大后减小的趋势。结论 UHPC加固厚度不宜过大,UHPC加固高度不宜大于桥墩宽度,UHPC单轴抗压强度不宜超过130 MPa。     

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete, UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明：试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。     

圆钢管UHPC短柱轴压承载力与变形能力计算模型

根据力的平衡和变形协调,推导出钢管折减系数和核心混凝土增强系数的解析表达式,研究圆钢管约束对超高性能混凝土(UHPC)轴压强度的增强作用和环向应力对圆钢管轴压强度的折减作用;建立圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算模型,并与已有的规范方法进行比较;基于Mander模型,根据横向约束等效原则,建立圆钢管约束UHPC单轴受压本构模型,并利用理想弹塑性模型建立能够考虑环向应力影响的圆钢管单轴受压本构模型,实现对圆钢管UHPC短柱轴压受力全过程的模拟,并与试验结果进行比较。研究结果表明:与规范方法相比,承载力模型能够更好地兼顾计算精度和可靠度;利用变形能力计算模型得到的全过程荷载-位移曲线与试验结果较吻合。     

SRC柱-RC梁混合节点非线性有限元分析

在SRC柱-RC梁混合节点试验的基础上,采用通用有限元分析软件Ansys,建立考虑材料非线性的有限元分析模型.在单调加载作用下,对6个SRC柱-RC梁混合节点进行非线性数值模拟.改变梁纵筋配筋率和节点核心区配箍率,通过对荷载-位移曲线的分析,并与试验结果的对比,研究强节点系数对SRC柱-RC梁混合节点的破坏形式、承载力、延性等影响.结果表明,有限元模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,从而验证采用有限元数值模拟开展SRC柱-RC梁混合节点研究的可行性.     

常温养护型超高性能混凝土的弯曲性能表征方法

采用4点弯曲试验方法对常温养护超高性能混凝土的弯曲性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上讨论了适于超高性能混凝土UHPC弯曲性能的评价方法.试验结果表明,UHPC没有明显的初裂点,但有明显的"挠度硬化"行为.结合不同钢纤维掺量下UHPC荷载-挠度关系曲线,分析总结了三种国外常用的弯曲性能评价方法(ASTM C1018法、JSCE SF4法和ASTM C1609法)的优点和不足.通过比较分析,ASTM C1609规定的不同挠度及其对应的弯曲强度给予了UHPC结构设计更为准确的指标,能满足UHPC结构设计的多种需求.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

钢纤维混凝土桥墩抗震性能数值模拟与试验对比

基于纤维模型的有限元分析技术,采用考虑钢纤维影响的混凝土材料模型和考虑黏结-滑移效应的钢筋材料模型,建立了在反复荷载作用下普通混凝土和钢纤维增强混凝土桥墩的非线性有限元模型.采用数值分析方法得到钢纤维体积分数、配箍率和钢纤维混凝土区高度对钢纤维混凝土桥墩模型滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震能力的影响规律,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟与拟静力试验结果基本一致,呈现出相似的规律性;钢纤维可部分代替箍筋的抗震作用,在一定范围内随着钢纤维体积分数的增加,桥墩试件的抗震性能增强;在桥墩局部采用钢纤维混凝土,可达到与整体采用钢纤维混凝土相近的抗震能力.     

方钢管约束钢筋混凝土柱拟静力有限元分析

采用ABAQUS软件建立5根方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型并进行拟静力分析,模型考虑了混凝土的塑性损伤性质和钢材的弹塑性混合强化性质以及钢管、钢筋对核心混凝土的约束作用.在破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线和刚度退化-位移曲线的有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好的基础上,进一步分析了各部件的应力-应变和塑性耗能特征.结果表明:①高轴压比0.8作用下,钢管的约束作用可显著减小核心混凝土、纵筋和箍筋的应变峰值,提高柱的总塑性耗能值而降低核心混凝土的塑性耗能占比,延缓核心混凝土压碎破坏,提高承载力和延性;②当轴压比由0.34增大为0.65、0.8,各部件的压应变峰值以及总塑性耗能值都增大,核心混凝土的耗能占比增大而更易压碎;③当混凝土强度等级降低,钢管作为延性材料承担了更大比例的塑性耗能,提高了柱的延性.     

无筋超高性能混凝土板的受弯性能及承载力计算

为明确无筋超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,UHPC）单向板和周边支承方板的受弯性能,分别对其进行了跨中局部荷载作用下受弯性能的破坏性试验. 基于本文及其他文献的试验结果,考虑钢纤维特征参数的影响,建立了UHPC材料的受拉本构. 通过数值分析,提出了无筋UHPC板截面受拉区等效均布应力折减系数k的计算公式. 根据试验和分析结果,建立了无筋UHPC单向板和周边支承方板抗弯承载能力的简化计算方法. 结果表明：无筋UHPC单向板和周边支承方板均发生由UHPC抗拉性能所控制的受拉破坏. 由于UHPC内钢纤维的增强作用,无筋UHPC板的抗弯承载能力和极限变形分别较相应的开裂荷载和开裂变形明显提高且表现出一定的延性破坏特征,但UHPC的受拉塑性尚不足以保证周边支承方板中完全塑性铰线机构的形成,塑性铰线法的上限解不适于预测周边支承方板的极限荷载,而静力法的下限解却能给出精度较高且偏于安全的预测结果;试验结果验证了所提无筋UHPC单向板和周边支承方板极限承载能力简化计算方法的适用性.     

短焊钉布置对超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能影响

为考察短焊钉连接件布置对钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板抗弯性能的影响,进行了焊钉间距分别为200与300 mm的2种足尺节段桥面板试件弯曲荷载试验和基于UHPC塑性损伤模型的有限元参数化分析.试验结果表明:在部分组合桥面板中,焊钉间距由200 mm变为300 mm,UHPC开裂达0.05 mm宽时对应的荷载等...     

UHPC梁开裂弯矩适用计算方法研究

为探究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)梁抗开裂性能,通过4点弯曲试验研究了不同纤维类型、掺量及配筋率对梁受弯抗开裂性能的影响.基于试验结果,结合理论分析及数值模拟,对比了不同开裂弯矩计算方法结果,并探究了多种UHPC受拉本构对开裂荷载计算值的影响.分析了不同方法所得结果的差异及原因,提出了一种超高性能混凝土梁开裂弯矩计算方法.结果表明：UHPC抗拉强度是影响梁开裂弯矩的最直接因素,提高梁配筋率、增大纤维掺量、改变纤维形状有利于提高梁的抗开裂性能,但作用有限;截面平衡法、等效截面法计算结果偏大,美国FHWA规范的计算结果与试验值较为吻合,但相关性不好;收集相关文献数据验证表明,本文方法能准确预测超高性能混凝土梁开裂弯矩.     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

双向荷载作用下钢筋混凝土箱型墩滞回性能有限元分析

为了模拟钢筋混凝土箱型墩双向拟静力试验非线性响应过程,利用大型通用有限元软件ANSYS的实体单元建立了箱型墩非线性有限元计算模型;然后对其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线等进行了分析,并将计算结果与试验结果进行比较.最后,进行单双向加载,分析壁厚和混凝土强度对箱型墩滞回性能参数的影响.结果表明:实体单元有限元模型可以较好地模拟钢筋混凝土箱型墩在双向反复荷载作用下的非线性响应和破坏形态,双向荷载作用下箱型墩抗震性能明显下降.     

32m高速铁路简支箱梁模型非线性有限元分析

以高速铁路预应力混凝土简支梁为研究对象,采用纤维模型和平面有限元模型分析方法进行重复荷载下简支梁模型的非线性有限元分析,详细介绍了数值模型建立中的关键问题并给出了合理取值,同时对静力非线性和频率衰减规律进行了初步探讨.结果表明:纤维模型和平面有限元分析方法分析得到的预应力混凝土箱梁模型的荷载位移骨架曲线与试验测试结果吻合较好,纤维模型可以较好地模拟加卸载规律,平面有限元方法可以进行静力非线性和损伤衰减规律的分析,两种方法结合可以较好地预测高速铁路预应力混凝土箱梁整个加载历史的非线性响应.     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

预应力超高性能混凝土工字形梁抗剪性能试验

为了研究预应力超高性能混凝土(UHPC)工字形梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,本文设计并完成了3片预应力UHPC工字形梁的单点加载试验,获得了试验梁的荷载-位移曲线、破坏模式和裂缝分布特征等关键结果;基于试验结果、瑞士和法国UHPC规范、我国公路桥梁规范及公路桥涵超高性能混凝土应用规范意见稿计算了试验梁的抗剪承载力,分析了各个规范的适用性。此外,基于修正压力场理论(MCFT),分别采用Mohr-Coulomb准则和Rankine准则的计算了试验梁的抗剪承载力,并进行了分析讨论。研究表明：预应力UHPC工字梁的抗剪承载力随着剪跨比的增加而减小,箍筋对于抗剪承载力影响较大;各国规范对UHPC梁的抗剪承载能力的计算较为保守。采用Mohr-Coulomb准则的计算结果较Rankine准则的计算结果与试验值更为接近;特别是小剪跨比的试验梁,处于弯剪复合状态,Mohr-Coulomb准则考虑了受压区UHPC法向和切向应力的影响,更为接近实际状况。     

钢筋混凝土双连梁短肢剪力墙结构试验研究

为了研究混凝土材料随机性对结构反应的影响,进行了4片相同的4层1∶3缩尺模型的双连梁短肢剪力墙结构非线性全过程试验研究.为了使各试件彼此相同,消除其他不确定因素的影响,在结构设计、材料配制、模型施工以及加载制度等方面进行了严格的控制.试验获得了荷载-位移曲线、混凝土和钢筋的应变曲线以及墙体局部相对位移曲线.从水平承载力、侧向刚度、位移延性3个方面对比分析了各片墙体的反应,研究了结构应变、位移的变异性特征,给出了典型横截面受力状态的变化过程,分析了各试件在破坏特征上的差异性.研究结果表明,混凝土随机性与非线性的耦合效应对结构反应所造成的影响不可忽视.     

考虑混凝土损伤塑性的CFST柱轴压力学性能数值模拟

目的将混凝土损伤塑性模型应用于钢管混凝土柱弹塑性全过程受力分析,验证模型的可行性.方法在总结相关文献的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对方钢管混凝土短柱进行有限元模拟,并与试验结果进行对比.结果考虑混凝土损伤塑性模型的极限承载力数值模拟结果与试验结果更接近,荷载-平均纵向应变数值模拟曲线与试验曲线吻合更好,柱中部破坏面的混凝土应力分布更均匀.说明在钢管混凝土结构有限元模拟中考虑混凝土损伤塑性是提高其分析精度的重要保证.结论数值模拟结果与试验结果一致性较好,说明有限元模型和相关参数设置是合理的.