基于XFEM的混凝土保护层锈胀裂纹分析

采用扩展有限元法(XFEM)和过盈装配的方式,建立了混凝土保护层非均匀锈胀开裂有限元模型。计算结果表明:首先在与钢筋接触的左右两侧10°~30°范围内形成包含数条微裂纹的裂纹带,对称于钢筋的中轴线背向发展,随着锈蚀程度的加深,在裂纹带形成一条斜向的主裂纹,从而导致保护层产生"楔形"破坏。通过对ABAQUS进行二次开发,提取了锈胀裂纹长度,发现裂纹长度与钢筋锈蚀率之间呈指数关系,指出裂纹发展可分为3个阶段(萌生区、扩展区和平缓区),应以裂纹进入平缓区的钢筋锈蚀率对结构进行评估,并给出了界限判据。与广惠高速公路沿线桥梁保护层剥落病害对比分析,验证了计算结果的精确性。     

混凝土梁侧锚固钢板受压屈曲特性的数值模拟

采用ABAQUS软件进行参数分析,研究了梁侧锚固钢板加固混凝土梁中钢板屈曲特性受不同屈曲限制措施的影响及其变化规律.结果表明:受压钢板屈曲特性对初始几何缺陷不敏感;增大钢板厚度能提高试件屈曲承载力;减小钢板受压区螺栓间距和配置截面更大的纵向加劲肋不仅能有效提高屈曲承载力,还能有效约束侧向起拱;配置横向加劲肋对提高屈曲承载力无明显效果;纵向加劲肋对屈曲承载力的加强效果可分解为加劲肋自身屈服承载力及其对受压钢板的屈曲约束两部分,并可通过拟合公式较准确地进行计算.     

配置组合封闭箍筋叠合框架梁端抗震性能试验

通过6个试件的低周反复加载试验,研究了配置HRB500纵筋和组合封闭箍筋的叠合混凝土框架梁端的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能以及极限承载能力.结果表明:叠合试件的叠合面和根部结合面出现开裂和滑移,其滞回曲线捏拢,耗能、极限承载力和位移延性系数均小于整浇试件;叠合试件的位移延性系数为3.6~4.5;叠合试件与整浇试件的极限承载力之比平均为0.90,但与按规范GB 50010—2010得到的计算值之比平均为1.31;达到极限承载力前,各试件的高强纵筋和斜拉破坏试件的箍筋均能受拉屈服;配箍形式和根部结合面类型对叠合试件的抗震性能和极限承载力影响不大.     

预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计方法研究

针对预应力混凝土框架梁设计方法的特殊性,本文以8度区(0.2g)抗震等级为二级的多层多跨预应力混凝土框架结构为例,研究规范对预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数取值的合理性,提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法进行预应力混凝土框架结构设计.分别以梁端地震组合弯矩和梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计8榀预应力混凝土框架,在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型,并对其进行静力弹塑性分析与动力时程分析.研究表明:按现行规范设计的预应力混凝土框架结构,在罕遇地震下底层柱端出铰严重,提高其柱端弯矩增大系数,可以有效地改善结构屈服机制;04规程中柱端弯矩增大系数的取值偏小,规程修订时应给予适当提高,对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构,其柱端弯矩增大系数的取值≥2.0;本文建议二级PC框架按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩,其取值为1.4.     

雨天公路水膜厚度模型验证及行车安全性分析

针对雨天行车道路表面产生水膜,易使车辆打滑发生交通事故的问题,采用人工模拟降雨试验,获得了水泥混凝土路表水膜厚度回归方程,验证了国内外现有水膜厚度计算模型。结果表明：路表水膜厚度随降雨强度和排水长度的增大而增大,随路面坡度的增大而减小;相同条件下,水泥混凝土路表水膜厚度值高于沥青路面水膜厚度值,其原因主要是水泥混凝土的亲水性导致路表水分子流动阻力增大,水分子积聚增多,使水膜厚度增大。对西安地区不同暴雨重现期下高速公路水膜厚度值进行计算,结果表明在五年重现期暴雨强度1.954 mm?min-1下,路表水膜厚度值不超过滑水速度发生时的临界水膜厚度值2.35mm,设计时速80 km.h-1可保证雨天行车安全。     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

再生骨料混凝土耐久性能影响因素研究

简单破碎再生骨料混凝土的需水量很大,导致混凝土的收缩大、氯离子渗透系数大、碳化速度快以及抗冻性差等弱点.骨料颗粒整形技术可以除去骨料表面粘附的水泥石,减少表面微裂缝使得再生骨料变得圆滑,显著降低需水量,混凝土的收缩性能、抗氯离子渗透性、抗碳化性能和抗冻性能均显著改善,改善了再生骨料混凝土的耐久性能.     

亚健康公路混凝土梁式桥的限载方法研究

 为合理适度地利用亚健康公路梁式桥的通行能力,引入了亚健康公路梁式桥的使用承载能力的概念,基于工程可靠度的分析方法,结合实际现役亚健康公路梁式桥的外观检查、荷载试验及有限元分析结果,以混凝土梁式桥的裂缝宽度作为广义抗力,综合考虑了运营荷载、钢筋锈蚀等随机因素,探讨了亚健康公路混凝土桥梁使用承载能力的可靠度分析方法,结合工程实例提出了亚健康桥梁的限载方法,为现役亚健康公路桥梁的科学限载及合理使用提供了理论依据。     

带裂纹碾压混凝土层面强度尺寸和边界效应

研究了碾压混凝土层面中带不同削弱度裂纹时远场强度的尺寸和边界效应,指出对强度影响的不仅仅是试件尺寸,也包括试件边界、裂纹长度和裂纹数量等因素.应用界面断裂力学理论和混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则,对Hu和Wittmann的强度效应律做了理论上的扩展,使之符合碾压层面抗拉强度的断裂特性;最后建立了碾压混凝土层面强度的尺寸与边界效应回归曲线.     

考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.