玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的研究

通过GFRP筋混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的破坏试验,对GFRP筋混凝土梁跨中荷载挠度等受力变形规律进行了试验研究.讨论了GFRP筋混凝土梁有限元建模计算的方法,参照普通钢筋混凝土梁的有限元模型,采用线弹性本构关系模型,对不同配筋率的GFRP筋混凝土抗弯性能进行了计算研究.结果表明,GFRP筋混凝土梁的跨中荷载挠度曲线在...     

基于长期性能的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力数值分析

在外部侵蚀介质及荷载的作用下,钢筋混凝土结构或构件内的钢筋会发生锈蚀,导致结构性能劣化、承载能力降低。对其承载力的衰减程度进行数值定量分析是混凝土结构长期性能中待解决的关键问题之一。研究影响锈蚀钢筋各项参数中混凝土结构物长期性能的主要指标,基于锈蚀钢筋的退化本构模型及混凝土的时变损伤本构模型,考虑钢筋与混凝土在不同锈蚀率下的粘结强度关系,进行了锈蚀钢筋混凝土构件承载力时变衰减数值模拟,并通过回归分析建立了锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力时变模型。分析模型可应用于已有混凝土梁式构造物的锈蚀后结构承载力计算与评定工作。     

黄土地区小半径曲线梁桥地震响应规律研究

为研究黄土地区桩基-黄土动力相互作用对小半径曲线桥梁结构地震响应的影响规律,根据桩基-黄土动力相互作用机理,结合黄土动力非线性本构关系,建立了桩基-黄土动力相互作用分析模型。针对小半径曲线桥梁结构的空间质量分布特点,推导建立了小半径曲线桥梁结构的动力运动方程。结合数值仿真分析,对考虑桩基-黄土动力相互作用的小半径曲线桥梁结构进行了地震响应分析。结果表明:考虑桩基-黄土动力相互作用时小半径曲线桥梁结构自振周期增大,结构加速度、位移响应增大;曲线桥梁桥墩内力减小,主梁弯矩和剪力减小,扭矩基本不变。     

主余震序列波下钢筋混凝土墩柱的抗震性能分析

地震主震之后常常伴随着余震,可能给结构带来二次破坏。文章以普通钢筋混凝土墩柱为研究对象,基于理论分析和二维有限元非线性动力时程计算的方法,采用修正的Park-Ang损伤指标为依据,在主余震作用下对钢筋混凝土墩柱损伤分析,研究墩柱损伤指数随配筋率的变化规律。在多种工况下结构双参数损伤指数分析表明:在主震后处于完好或者轻微损伤状态的墩柱可以不计余震的影响;在主震后处于中等损伤或严重损伤的混凝土墩柱,需要考虑余震的影响。结构抗震设计时,应计入余震的作用,结构的主余震相应大小与余震的峰值加速度和频率特征有关;对主震造成中等损伤、严重损伤和倒塌的钢筋混凝土墩柱,配筋率在一定范围内增加可明显提高结构抗主震及其余震能力。本研究为提高钢筋混凝土墩柱抗余震能力提供有力支撑。     

钢箱-混凝土组合构件约束混凝土本构关系

为计算和分析一种新型的钢-混凝土组合结构——钢箱-混凝土组合构件,研究钢箱-混凝土组合构件中钢箱与钢筋共同约束下的混凝土本构关系模型,进行了一组钢箱-混凝土组合压弯构件试验,分析了在不对称约束条件下各部分混凝土的约束效应,根据各部分约束效应,将混凝土分成了强约束区、弱约束区及无约束区。对约束混凝土采用非均匀材料的直接均匀化理论,提出了析钢箱-混凝土组合构件中约束混凝土的匀质化材料本构模型,使用试验实测数据确定了本构模型中的参数。采用该本构模型的纤维模型法全过程分析结果表明,应用该本构关系计算所得的M-N曲线及荷载-应变曲线的分析结果与试验实测结果吻合良好。     

累次撞击对钢筋和钢骨混凝土桥墩撞击动力性能的影响分析

基于有限元动力分析软件LS-DYNA,通过对比有限元计算结果与试验结果验证模拟的合理性,建立了钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的有限元撞击分析模型。在此基础上,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型进行了单次撞击模拟,对比分析了累次撞击对桥墩模型撞击动力性能的影响。结果表明,相同撞击速度下,累次撞击荷载下的撞击力比单次撞击小,两者偏差随撞击速度提高而增大;钢骨混凝土桥墩模型在单次和累次撞击荷载下的峰值撞击力之差,相比钢筋混凝土墩显著减小,说明钢骨混凝土桥墩抵抗多次撞击的能力较强。     

桥墩防落石碰撞柔性设计方法及分析

基于动力学基本原理,从非线性、接触以及本构关系计算理论建立落石-桥墩防撞物柔性碰撞精细化计算模型,并对关键计算参数给出建议取值.利用钢结构柔性变形吸收落石碰撞能量,提出一种桥墩防落石碰撞柔性设计方法,并详细给出该防落石碰撞构造措施的结构组成形式.利用ANSYS/LS-DYNA动力分析计算程序,考虑几何、材料双重非线性,精细化数值仿真计算落石撞击防撞物的动态全过程,以一个偏安全的极限碰撞状态,分别从运动行为(撞击力、位移、速度、加速度)以及能量转换(系统动能、系统变形能)角度进行计算结果与数据分析,证明所提出的柔性防撞设计思路以及防撞措施的合理性与优越性.     

装配式群钉组合梁与现浇组合梁对比试验研究

为了研究桥梁工程中装配式群钉组合梁和现浇组合梁在力学行为上的差异,分析混凝土浇注方式、栓钉布置形式对组合梁结构整体受力的影响,采用了装配式组合梁和现浇组合梁对比试验研究,分析了两组不同浇注方式及不同栓钉布置形式的试验梁在宏观本构曲线、破坏形态、钢-混凝土交界面滑移以及截面应变规律的差异;采用考虑混凝土损伤塑性模型和交界面连接差异的有限元模拟分析方法,建立试验梁精细化有限元模型,对比分析了试验梁栓钉Mises应力及栓钉附近混凝土损伤发展规律。结果表明:装配式组合梁和现浇组合梁在宏观本构曲线以及破坏形态上无明显差异;装配式群钉组合梁中钢与混凝土界面滑移初始荷载水平显著低于现浇组合梁,且相同荷载作用下的滑移值较大;现浇梁在大部分情况下近似满足平截面假设,装配式群钉组合梁不满足平截面假设,仅钢梁与混凝土板分别服从平截面假设;相同荷载作用下,装配式组合梁栓钉Mises应力较现浇组合梁提高约20%,其周边混凝土损伤区域集中分布于预留孔区域。该研究结果可为装配式群钉组合梁的设计以及计算提供理论依据。     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

基于混凝土损伤理论的混凝土榫破坏机理研究

钢-混组合结构的有限元仿真分析的关键在于材料模型的准确模拟。文章基于混凝土损伤理论建立了混凝土榫的数值仿真模型,分析了混凝土榫荷载-滑移曲线、孔中混凝土有效承压面积及破坏机理,并与试验结果进行了比较。结果表明,模拟方法是可行的。     

考虑双重约束的钢管混凝土叠合柱计算模型

在钢管混凝土叠合柱中,钢管混凝土部分与管外钢筋混凝土部分之间的双重约束显著地影响了叠合柱的轴压性能,传统钢管混凝土本构和钢筋混凝土本构难以对叠合柱的力学行为进行较好的模拟。对此考虑叠合柱中的双重约束效应,建立了叠合柱增量迭代应力应变模型,对叠合柱的轴压性能进行分析。模型基于新的反映双重约束的叠合柱横向应变模型,可以考虑双重约束的计算程序。将叠合柱增量迭代应力应变模型的计算结果与试验结果进行比较,发现该模型能较好地反映叠合柱的轴压性能,验证了该模型的合理性、有效性,适用于实际工程对桥墩的设计。     

考虑结构损伤的CFST拱桥极限承载力分析

为研究大跨度钢管混凝土拱桥在结构受到损伤情况下的极限承载力,以某特大桥为例,假定该桥在营运阶段主拱圈拱脚根部截面受到损伤,借助通用有限元程序ANSYS建立相应的空间有限元模型,研究过程中引入考虑套箍效应的钢管内混凝土本构关系,对该类桥型的拱脚关键部位损伤前后,在3种不同工况下极限承载力进行了对比分析,得出了相应的极限荷载系数、破坏模式以及荷载-位移曲线之间的关系。结果表明：在该类结构极限承载力分析过程中,非线性效应十分明显;关键部位的轻微损伤对该类结构的极限承载力有较为明显的影响,但不影响结构破坏的模式;在结构的极限承载力分析中,必须考虑几何与材料的双重非线性特性的影响。     

钢骨混凝土桥墩撞击动力性能模拟分析

为研究钢骨混凝土桥墩的撞击动力性能,运用有限元动力分析软件LS—DYNA,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的撞击动力性能进行了模拟分析。采用两种本构模型(KCC模型、CSC模型)来模拟混凝土的撞击动力强度。将模拟计算的撞击力、撞击位移、撞击头加速度和墩身测点应变与试验结果做了对比,两者吻合较好。CSC模型能够更好地模拟撞击中混凝土的动力学性能。在此模拟基础上,研究了内置钢骨形式对桥墩撞击动力性能的影响,以及配钢率对桥墩撞击承载力的影响。分析结果表明,在相同撞击能量下,内置圆钢管的混凝土墩身应力较小,抗撞击动力性能较好;钢骨混凝土桥墩的抗撞击承载力随着配钢率增大而提高,但配钢率增大至一定程度后抗撞能力几乎不再提高。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

双层钢筋混凝土路面温度应力有限元分析

结合山西省运煤专线实例,通过对钢筋和混凝土进行分离式建模,建立双层钢筋混凝土路面三维有限元模型,计算钢筋混凝土路面的温度应力,并对配筋率、温度梯度等参数进行敏感性分析。结果表明:配筋率对钢筋混凝土路面应力和位移的影响最大,板厚的增加,使得混凝土的应力显著降低。     

配筋对混凝土长期收缩应变影响的试验研究

通过对素混凝土柱和钢筋混凝土柱进行800 d的收缩对比试验,研究钢筋混凝土柱收缩特性,探讨了钢筋对混凝土收缩应变影响系数,并在考虑配筋的情况下对CEB-FIP模型和中国建科院模型进行了修正.通过国内外收缩应变预测模型对比得出,GZ (1993)模型整体预测效果较好,ACI-209模型预测效果最差.结合CEB-FIP模型和中国建科院模型对实测数据进行拟合回归分析,计算出钢筋对混凝土收缩应变的影响系数,与时变函数采用CEB-FIP模型和中国建科院模型的Trost方法进行对比,发现Trost方法中钢筋对混凝土收缩应变影响系数考虑偏低,因此在计算钢筋对收缩应变影响系数公式时仅考虑配筋率是不够的.     

考虑应变率效应的碳纤维增强复合材料发动机罩行人保护分析

利用高速拉伸试验机在0.01～500 s-1的应变率范围内获取了某碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板发动机罩的应力-应变曲线并讨论了应变率对其力学性能的影响,结果表明CFRP层合板是应变率相关材料。利用获取的试验数据与广义Maxwell模型拟合,得到考虑应变率效应的广义Maxwell材料本构模型,将该模型引入分析软件LS-DYNA,对某CFRP发动机罩进行了行人保护性能仿真与试验对标,结果表明,考虑模量的应变率效应可以提升CFRP发动机罩头部损伤值的分析准确度。     

预应力高强混凝土梁极限承载力分析

针对高强混凝土材料力学行为的特殊性，考虑材料非线性的影响，通过将普通钢筋均匀“涂抹”于混凝土中，建立综合本构关系矩阵，将由此形成的普通钢筋与混凝土匀质材料整体离散为实体单元，并将预应力钢筋离散为独立的一维单元，用有限元法对预应力高强混凝土T型梁进行了极限承载力分析研究，给出了梁受力全过程矿．厂曲线，分析了其受力变形和破坏特点。为方便结构工程师参考，还对影响预应力高强混凝土梁极限承载力的主要结构参数（配筋率、高跨比等）进行了分析计算，推荐了这些参数的合理取值范围。     

滚石撞击桥墩动力响应试验

为正确估计滚石撞击山区桥梁结构的动力响应,以中国西部山区中广泛采用的矩形桥墩为对象,利用45°,90°,135°不同高度重力摆锤下落,对3种不同截面尺寸(20cm×20cm,30cm×30cm,40cm×40cm)矩形墩柱进行冲击试验,从动态损伤扩展、墩柱撞击力及墩顶动力响应等方面研究矩形墩柱的冲击响应过程和破坏机理,并将墩柱撞击力时程曲线与中国《公路路基设计规范》(JTG D10—2016)及日本道路公团给出的等效静力撞击力计算公式进行对比和讨论。研究结果表明:冲击荷载作用下,墩柱可能出现整体损伤及局部损伤2种损伤形态,其中局部损伤出现在墩柱撞击区域,主要为剪切裂缝,整体损伤出现在墩底,主要为弯曲裂缝;墩柱整体刚度的提高对撞击区域混凝土局部损伤影响不大,但能减小墩顶位移,增大撞击力峰值;随着重力摆锤下落高度的提高,撞击初始动能越大,墩柱的墩顶位移及撞击力峰值都将增大;中国《公路路基设计规范》撞击力计算公式与试验平均撞击力接近,计算结果偏小,设计不安全,日本道路公团公式的分析结果与实测墩柱撞击力峰值吻合良好,建议工程设计予以采用。     

连续配筋混凝土路面温度应力分析

基于钢筋混凝土间粘结滑移的线性和非线性本构关系,建立了连续配筋混凝土路面(CRCP)在温度荷载作用下的力学模型以及按接触理论推导的有限元刚度矩阵。得出了考虑粘结滑移线性和非线性本构关系的有限单元数值解,据此分析了降温荷载作用下路面应力、位移的分布规律。同时讨论了裂缝间距和配筋率、配筋方式对裂缝宽度的影响。结果表明,在相同的降温荷载作用下,随着裂缝间距的增大,钢筋和混凝土的应力呈现非线性增加;采用不同配筋方式对裂缝宽度的影响较大,建议设计时尽量采用小直径多根数的配筋方式。按接触有限元法进行温度应力的非线性分析,为今后的科研和设计提供了很好的理论依据。