地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区抗剪强度试验

针对地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区剪切破坏模式,研究了抗剪强度计算问题。进行了12根钢筋混凝土短柱桥墩拟静力试验,在试验基础上比较了各国主要桥梁抗震设计规范中的桥墩抗剪强度计算公式。辅以太平洋地震工程研究中心(PEER)钢筋混凝土柱拟静力试验数据库,对地震作用下塑性铰区混凝土抗剪强度影响因素进行了统计分析,最后参考相关规范及研究成果提出了桥墩塑性铰区抗剪强度计算公式。结果表明:满足中国现行桥梁抗震设计规范最低配箍要求的钢筋混凝土短柱桥墩仍有很大可能发生塑性铰区的剪切破坏,宜引起足够重视。     

碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁设计计算方法

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗剪加固设计理论,针对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的要求,建立了基于Schnerch有效应变模型的抗剪加固梁斜截面受剪承载力计算方法,设计参数包括混凝土强度等级、斜截面内箍筋配筋率、碳纤维布加固率、粘贴形式及碳纤维布粘贴角度等。计算值与试验值的对比结果表明,所提抗剪加固计算公式具有较强的实用性和较高的可靠性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗剪加固设计。     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

有限元极限分析法的适用性研究与应用

主要介绍有限元极限分析法的发展历程。分析了强度折减法在强度折减过程中、容重增加法在容重增加过程中屈服面的变化过程,对这两种有限元极限分析方法的适用范围进行了解释和说明。介绍了强度折减法的最新进展——拉剪强度同步折减的强度折减法,这种强度折减法能用于计算隧道的安全系数。从强度储备的角度对隧道安全系数进行了定义,并展望了安全系数在隧道工程中的应用前景。     

有限元极限分析法的进展及在隧道工程中的应用探讨

介绍有限元极限分析法的发展历程及目前的最新进展。分析强度折减法在强度折减过程中、容重增加法在容重增加过程中滑坡屈服面的变化过程,对这2种有限元极限分析方法的适用范围进行解释和说明。重点介绍一种改进的强度折减法—拉剪强度同步折减的强度折减法,通过分析指出这种改进的强度折减法适宜计算隧道的安全系数大小,并对该法在隧道工程中的应用前景进行展望。     

复杂应力状态下的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

文中以玉湛线高速路中实桥桥墩为原型建立桥墩三维有限元仿真模型,模拟地震组合荷载作用下桥墩结构响应,分析抗震性能影响因素及有效抗震措施。主要研究在双向地震作用、上部结构恒载活载等组合荷载作用下的结构响应基础上,桥墩弯、剪、扭复杂应力状态下的抗震性能及其影响因素,包括塑性铰区抗剪强度、墩顶位移、含箍率,以及轴压比对钢筋混凝土桥墩的抗震性能和延性水平的影响。结果表明,适当增加墩底抗剪区的箍筋配筋率或减小配筋间距均可有效增大墩底的抗剪强度;增加螺旋箍筋的配筋率可有效增加易损段的弯曲延性,达到减少震损和降低后期维护成本的目的;增加桥墩主纵筋配筋率会减小桥墩的弯曲延性,不建议用作桥墩的延性抗震设计措施。     

钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性分析

为了研究普通钢筋混凝土箱梁行车道板在塑性阶段的横向受力特征,得到箱梁顶板基于塑性理论的横向受力有效分布宽度的取值方法,制作了2个钢筋混凝土箱梁试验模型,对其上的2块顶板进行跨中局部加载并观测混凝土箱梁顶板从开裂到破坏的全过程,得到箱梁顶板的塑性铰线分布形式和极限荷载大小。基于2块顶板的破坏模式提出箱梁顶板的塑性分析模型;基于塑性铰线理论的极限分析推导了钢筋混凝土箱梁顶板在局部荷载作用下的极限荷载和塑性横向受力有效分布宽度的计算公式,并以试验结果验证其适用性;最后将试验结果和理论值与国内外相关桥梁设计规范的取值进行比较。研究结果表明:采用极限平衡法可以较好地确定钢筋混凝土箱梁顶板的极限承载力和塑性横向受力有效分布宽度;提出的简化破坏模式能刻化钢筋混凝土箱梁顶板在塑性阶段的横向受力特征;箱梁顶板在局部荷载作用下进入塑性阶段后,其横向受力有效分布宽度的大小与弹性阶段相比存在明显区别,极限状态下箱梁顶板基于塑性分析的横向受力有效分布宽度约为弹性解的2倍。     

无铰拱桥加固改造后的强度验算——梁拱式拱上建筑新桥型专题之二

加固改造后的无铰拱桥 ,由于恒载压力线和拱轴线相差较多 ,因而不能采用查表计算的办法 ,可以用有限元计算软件进行内力计算。本文提出在双曲拱桥加固改造后 ,当计算截面达到最小配筋率 ,按钢筋混凝土结构进行强度验算的方法。提出的方法可适用于一般无铰拱桥 ,如板拱、肋拱、箱形拱等。     

无铰拱桥加固改造后的强度验算——梁拱式拱上建筑新桥专题之二

加固改造后的无铰拱桥，由于恒载压力线和拱轴线相差较多，因而不能采用查表计算的办法，可以用有限元计算软件进行内力计算，本文提出在双曲拱桥加固改造后，当计算截面达到最小配筋率，按钢筋混凝土结构进行强度验算。提出了的方法可适用于一般无铰拱桥，如板拱，肋拱，箱形拱等。     

上承式RC箱形拱桥几个计算问题的讨论

就上承式RC拱桥计算图式、拱轴线、温度效应、腹板与顶板结合部的抗剪强度、拱圈配筋率和车道荷载正弯矩折减等问题进行讨论.     

弯矩和剪力组合作用下混凝土梁截面抗剪计算理论研究

为准确计算钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁在弯矩和剪力组合作用下的截面抗剪承载力，进行钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁截面抗剪计算理论研究。根据混凝土梁抗剪破坏特征，考虑混凝土、纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋以及预应力筋对梁抗剪性能的影响，提出一种基于楔形截面的抗剪计算模型，并对抗剪承载力的上限值和下限值进行分析。开展轻型T梁计算和足尺模型静载试验，并进行对比验证。结果表明：楔形截面抗剪计算模型解释了混凝土梁纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋的抗剪承载力贡献，并为抗剪承载力的设计提供了实用的公式；该模型的抗剪上限值为最小腹板厚度提供了理论解释，即纵向钢筋、竖向箍筋均存在一个充分配筋率下的腹板厚度；通过实例计算和足尺模型静载试验，楔形截面抗剪计算模型和计算方法相对于传统方法更为准确和合理，具有更好的理论基础。     

钢筋混凝土桥墩破坏模式识别方法

鉴于破坏模式对钢筋混凝土桥墩抗震加固和基于性能的抗震设计中性能目标量化的重要性,根据钢筋混凝土桥墩的破坏特点和破坏模式,统计分析各国钢筋混凝土桥墩抗震试验资料。基于钢筋混凝土桥墩抗剪需求和能力的关系,对混凝土强度f′c、纵筋配筋率ρl、体积配箍率ρv、规则化的纵筋配筋率、规则化的体积配箍率、轴压比、剪跨比a/h0和规则化的箍筋间距进行双参数相关分析和偏相关分析,确定各因素与桥墩塑性铰区抗剪需求与能力比值Vp/Vn的相关程度。研究结果表明:以ρl≤2.173%、a/h0≥3.880、Vp/Vn=0.7作为钢筋混凝土桥墩弯曲破坏模式的判别条件,以Vp/Vn>1.0且a/h0≤1.865作为剪切破坏模式的判别条件,以1.865≤a/h0≤3.880作为弯剪破坏模式的判别条件是合理的。     

一种新式突变判据用于三维边坡稳定性分析

利用ANSYS有限元软件,结合强度折减法原理提出一种新式突变判据,用以分析三维边坡稳定性。首先模拟整个边坡等效塑性应变全过程,得到边坡变形破坏的动态机制;再以边坡的3种整体位移和5种塑性应力应变为依据,采用最小二乘法对边坡位移值和塑性应力应变值与折减系数关系进行非线性拟合,从理论上计算出边坡极限平衡状态下的安全系数,最后与2种传统判据进行了对比分析。结果表明:随着折减系数的增大,边坡会由土质滑坡转变为岩质滑坡,该边坡使用传统判据所得安全系数为1.1～1.11,结果偏于保守。采用新式突变判据的位移指标的所得安全系数为1.238,塑性指标所得安全系数为1.129 6,均处于极限平衡状态,采用极限平衡法对比验证,结果可行。对边坡位移值和塑性应力应变值与折减系数关系进行拟合,Vigot曲线拟合效果最优。该新式判据在理论上为边坡稳定性分析提供了一种新的判断方法。     

极限平衡法与有限元强度折减法对某公路边坡挡土墙稳定性分析

针对边坡稳定性分析的极限平法和有限元强度折减法的特点进行了讨论,并结合一具体挡土墙的工程实例,采用极限平衡法和有限元强度折减法对该挡墙的整体稳定性进行了计算分析。分析结果表明：采用极限平衡法和有限元强度折减法均可以得到边坡的安全系数,且采用极限平衡法得到的安全系数值偏安全,可满足工程设计要求。采用有限元强度折减法可以得到边坡体的应力-应变,可作为极限平衡法的补充设计依据。     

空心板混凝土铰缝抗剪性能试验研究

为了研究空心板普通混凝土铰缝的抗剪性能,设计了测试铰缝抗剪性能的试验.对混凝土铰缝试件施加单调试验荷载,观察在剪力作用下试件受力全过程及破坏形态.试验表明,在试验加载作用下,设置抗剪钢筋的试件会在混凝土块和铰缝的结合面处开裂,而后抗剪钢筋屈服,试件破坏;抗剪钢筋不能提高混凝土铰缝开裂时的抗剪强度,但是试件开裂后能继续承受剪力,并提高铰缝的抗剪承载力.综合室内铰缝试件抗剪试验结果和相关文献研究成果的分析,建议了结合面光滑情况下的混凝土空心板铰缝抗剪强度和承载力的计算公式.     

预应力受弯截面的统一设计法

在ACI 318-95的附录B中,加入了把钢筋混凝土和预应力混凝土受弯、受压构件进行统一设计的条款.根据它们在极限状态下的特性,该条款试图把二者的强度设计统一起来.新条款影响到挠曲构件的最大配筋率,强度折减系数φ和弯矩重分配.新的设计方法将通过设计实例加以说明.新的方法规定了一个过渡区间,在这段区间内,用于强度计算的强度折减系数与最外层受拉钢筋的应变呈线性变化.当所设计截面属于这个区间时,则需采用迭代法.另外,还给出了一些辅助方法以简化设计.     

新型可拆卸开孔钢管连接件抗剪性能

为适用预制钢-混凝土组合桥梁快速装配化施工需求,提出一种新型可拆卸的开孔钢管连接件。通过设计不同钢管壁厚、开孔板条宽度与高度等参数的开孔方钢管连接构造试件,开展水平推出试验,研究其抗剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式及相对滑移特征。考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型及钢-混凝土界面非线性接触,建立可拆卸连接件抗剪分析的高效精细有限元模型,并通过试验结果验证。采用验证的有限元模型,进行与方钢管具有相同用钢量、板厚、开孔形式的圆钢管连接件抗剪性能对比分析。研究结果表明：可拆卸钢管连接件不仅具有开孔板连接件相当的抗剪承载力,而且比焊钉连接件具有更好的延性;增加钢管壁厚能有效提高其抗剪刚度与强度,改变底部开孔形状对连接件的抗剪刚度影响较小,但对强度影响较大;圆管与方管连接件具有相当的剪切屈服强度,但方管连接件的极限抗剪强度更高,而圆管连接件的延性更好;塑性理论推导可拆卸连接件剪切屈服强度计算结果同试验、有限元结果吻合良好,证明该计算式准确、有效;建议荷载作用下,混凝土板不发生开裂和压溃,可拆卸连接件可屈服进入塑性状态,实现混凝土板、钢梁易更换、修复或重复利用。     

钢纤维混凝土路面板极限承载力的有限元分析

本文根据钢纤维混凝土良好的塑性性质，以考虑横向剪切变形的ＭＩＮＤＬＩＮ板和弹塑性理论为基础，对ＷＩＮＫＬＥＲ地质上路面板的极限承载力进行了弹塑性有限元分析和计算。给出了路面板板中，板边、板角部位极限破坏时的裂缝开裂状态和极限承载力，并将有限元结果和塑性铰线理论结果进行比较和分析。     

强度折减法在边坡稳定分析中的应用

系统介绍了有限差分强度折减法的基本原理,指出了在数值分析过程中,判定边坡达到极限平衡状态的标准之——边坡滑动带塑性区的完全贯通。对一有特定滑动面的边坡实例(Zhang Xing提供的椭球体滑面)进行了有限差分强度折减法数值模拟,对比分析了此边坡在达到极限状态前和极限状态时滑动带的塑性区发展和贯通情况,由滑动带塑性区完全贯通这一标准得到了此边坡的安全系数,与Zhang Xing提供的安全系数相近,说明有限差分强度折减法计算的安全系数具有一定准确性。通过变换边坡岩体的物理力学参数,再次用有限差分强度折减法分析了Zhang Xing提供的椭球体滑面,得到不同安全系数,由此可知有限差分强度折减法计算的边坡安全系数是一个与岩体物理力学参数有关的量,说明此方法计算的安全系数有一定的局限性,需要进一步改进。     

预应力受弯截面的统一设计法

在ACI318-95的附录B中，加入了把钢筋混凝土和预应力混凝土受弯、受压构件进行统一设计的条款。根据它们在极限状态下的特性，该条款试图把二者的强度设计统一起来。新条款影响到挠曲构件的最大配筋率，强度折减系数φ和弯矩重分配。新的设计方法将通过设计实例加以说明。新的方法规定了一个过渡区间，在这段区间内，用于强度计算的强度折减系数与最外层受拉钢筋的应变呈线性变化。当所设计截面属于这个区间时，则需采用迭代法。另外，还给出了一些辅助方法以简化设计。