任意截面钢筋混凝土构件配筋计算方法

钢筋混凝土构件在工程结构中广泛应用,复杂异形截面多向受力状态下,弯矩作用平面与弯曲平面不重合,截面的强度与配筋计算极为复杂,没有较好的解决方案。本文以平截面假定为依据,基于容许应力法推导出了任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算公式,将复杂截面的配筋计算问题转化为复杂截面几何特性的求解,利用格林积分变换公式精确高效地实现了任意截面的特性求解,解决了任意截面钢筋混凝土构件单向以及多向受力状态下配筋验算问题,并编制了相应的任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算程序。通过大量对比验算表明,本文的计算方法和程序计算结果精确可靠,计算效率高。     

钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法及工程应用

《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式较为繁琐,迭代计算步骤较多,在进行铁路隧道衬砌混凝土结构配筋计算时,工作量大且容易出现错误。在构件裂缝宽度计算公式基础上,综合考虑多种因素影响,根据规范要求的裂缝宽度限值,分别逆向推导出钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式,简化了配筋的计算过程。以偏心受压构件为例,将采用裂缝反算配筋计算方法得到的计算结果与现有规范配筋计算方法得到的计算结果相比较,基本吻合。钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法简单实用,目前已成功应用于隧道专业安全系数法向极限状态法转轨工作中,为钢筋混凝土结构的配筋计算提供参考和借鉴。     

高强钢薄壁箱形截面梁稳定性研究

基于薄板的弹塑性大挠度有限元理论和弧长法,综合考虑了各种缺陷的影响,分别研究了梁的长细比、翼缘宽厚比和截面边长比对梁的稳定性的影响。最后在考虑了高强钢薄壁箱形截面梁的局部和整体的相关屈曲的基础上,提出了以翼缘宽厚比和截面边长比为参数的高强钢薄壁箱形截面梁的极限承载能力计算公式,并证实了公式的有效性。为有关高强度薄壁箱形截面梁的稳定性设计提供参考。     

任意截面任意布筋的配筋计算

研究目的:复杂截面复杂布筋的钢筋混凝土结构的配筋计算一直是困扰工程界的一个难题,对于非对称非均匀布筋的复杂截面,一直没有给出合理的解决方案.本文以AutoCAD为二次开发平台,基于ObjectARX和VC+ +采用解析法、迭代法和图解法相结合的方式,解决钢筋混凝土任意截面任意布筋的配筋计算问题(允许应力法),并编制相应的允许应力法任意配筋程序AFPA(Arbitrary Fabrication Program for Allowable stress).研究结论:AFPA对任意钢筋混凝土截面进行配筋计算是可行和可靠的;AFPA对任意混凝土截面进行应力重分布计算是可行和可靠的;双向受力的空心截面通过中间设置隔板来控制截面钢筋拉应力和裂缝宽度作用不大.     

钢筋混凝土矩形截面梁的优化设计及钢筋代换计算

研究目的:以钢筋混凝土单筋矩形截面梁的造价为目标函数,截面高度和配筋率作为自变量,以挠度作为控制条件,建立约束条件,可得非线性优化数学模型,并利用Matlab优化工具箱通过编程进行求解.在考虑钢筋代换相关规定的基础上,给出矩形截面梁等强度代换、等挠度代换及等裂缝宽度代换的实用计算方法,并分析不同情况下起控制作用的因素,从而使钢筋代换计算过程简捷且结果可靠.研究结论:大截面尺寸受弯构件采用考虑正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计,避免了因盲目加大截面尺寸和配筋量而造成浪费;运用Matlab 软件能简便、快捷地实现单筋矩形截面梁正截面优化设计,从而得到截面高度及配筋率的初始值,再考虑梁的自重及尺寸模数要求稍作调整即可确定最终设计结果;对于矩形截面梁,在其常用配筋率ρ∈[0.6%,1.6%]范围内,根据本文给出的钢筋代换原则及具体计算方法,能简便地得到满足截面承载力、挠度控制及裂缝宽度验算要求的代换结果.算例表明,该优化设计方法经济效益显著,可推广应用于工程实际.     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力分析

研究目的:通过引入经济配筋率,分析配筋率、梁截面尺寸与抗弯承载力之间的关系,推导出按正截面承载力要求进行梁高估算的直接公式,并提出综合考虑抗弯承载力及挠度验算的方法来进行单筋矩形梁正截面优化设计,从而町简便地确定合理的截面尺寸及纵向配筋量.并探讨纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响,以及配筋率与极限弯矩、荷载效应标准组合弯矩值之间的关系.研究结论:利用正截面承载力估算梁高的直接估算式,能在满足梁正截面承载力要求及经济配筋的同时,结合满足挠度控制要求的跨高比限值进行截面设计.又可对某些大截面尺寸受弯构件采用正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计.对常用的配筋率范围ρ∈[0.6%,1.5%],在梁截面尺寸、材料强度等级不变的情况下,当荷载增加时,按极限承载力设计的配筋率随之增加,此时尽管梁的刚度有所提高,但其跨中挠度值也增大.因此,在进行最大裂缝宽度计算时,虽由于荷载的增大会导致相关参数变化,但配筋率的增大能较好地控制裂缝宽度.     

弯、剪、轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承载能力试验研究

对弯、剪、轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承载能力进行试验研究。试验中主要考虑轴向拉力、最小抗剪配筋、配筋率、混凝土强度等级等因素对弯、剪、轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承载能力的影响。试验实测表明,欧洲规范2第1部分中用于计算弯、剪、轴拉复合受力钢筋混凝土梁承载能力的公式过于保守,有必要进行修正。     

GFRP—钢混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能研究

为了研究GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能,以混凝土碳化深度到达钢筋表面为标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析6组不同配筋布置的GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性。推导GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板适筋破坏的正截面受弯承载力计算公式,利用推导的受弯承载力计算公式对7组具有相同整体配筋率、不同GFRP筋与钢筋面积比的混合配筋板的抗弯承载力进行计算。研究结果表明:GFRP筋与钢筋合理混合布置,可较大程度地提高混凝土结构的耐久性和抗弯承载力。将钢筋布置于远离迎风面、角区的中间位置时,构件耐久寿命比传统的截面单一钢筋配筋方式延长1.19倍,耐久性达到最佳效果;随GFRP筋与钢筋面积比的增加,构件抗弯承载力提高的百分比最大可达到52.7%,且抗弯承载力随面积比的增加而增大。     

圆截面玄武岩纤维复合筋混凝土构件受弯性能试验研究

制作了不同配筋率的长1.5 m、直径0.2 m的圆截面玄武岩纤维复合筋(Basalt Fiber Reinforced Plastic,BFRP)混凝土受弯构件,监测构件在受弯过程中BFRP筋的力学特征,分析构件的破坏特征及承载能力。结果表明:圆截面BFRP筋混凝土构件的正截面应力沿高度呈较好的线性分布,满足平截面假定;构件开裂阶段较短,正常使用阶段开裂荷载为正常使用极限荷载的51%～67%;配筋率越高构件的承载力越高,当配筋率高于1.6%时单纯地提高配筋率对承载力的贡献不大; BFRP筋受到的力随外加荷载的增大而增大,受拉区的BFRP筋无突变,受压区有突变。此外,修正了圆截面BFRP筋混凝土结构承载力计算公式,根据试验确定待定系数β=2.60。     

预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

超高性能混凝土梁正截面承载力

对超高性能混凝土(UHPC)的单轴受压应力一应变全曲线和UHPC梁的受力性能进行试验研究及理论分析.试验结果表明:UHPC具有良好的受压变形性能,其应力峰值点应变达0.0035,极限应变可达0.004 5;UHPC梁具有良好的受拉变形能力及裂缝分布,其极限变形达梁跨径的1/30.1～1/71.8,梁体的混凝土应变基本符合平截面假定.基于UHPC的初裂抗拉强度得到的UHPC梁截面塑性影响系数为1.53.并据此建立UHPC受弯构件的开裂弯矩计算公式和极限承载能力计算公式,预测UHPC梁的破坏模式、开裂弯矩以及极限弯矩.计算结果具有较高的精度.     

CFRP预应力筋混凝土梁在重复荷载作用下的受力性能

碳纤维增强聚合物(CFRP)筋的线弹性力学性能使采用CFRP配筋的混凝土结构延性较差,因而CFRP配筋混凝土结构的延性已成为其应用中最受关注的问题之一。通过对纤维增强聚合物(FRP)配筋混凝土结构延性指标的回顾,本文基于能量耗散的观点引入了反映FRP配筋混凝土梁延性特性的延性指标,并提出了梁荷载-挠度曲线下降段的修正公式,通过试验验证了其可靠性。在此基础上对T梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:翼缘宽度对提高梁的延性和极限变形的有效性要大于预应力筋无粘结长度对提高梁的延性和极限变形的有效性。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

不锈钢钢筋混凝土在地铁设计中的应用

从钢筋腐蚀寿命的角度出发说明不锈钢钢筋应用于地铁混凝土结构所具有的优势;利用现有的8根不锈钢钢筋混凝土梁的正截面承载力试验数据进行计算对比,结果表明《混凝土结构设计规范》关于梁正截面承载力的计算公式同样也适用于不锈钢钢筋混凝土梁,且计算偏于安全,同时还给出不锈钢钢筋与普通钢筋的对换表,方便不锈钢钢筋混凝土构件的设计;比较分析纵向受拉钢筋在不同应力比下不锈钢筋与普通钢筋混凝土构件最大裂缝宽度,得出在钢筋应力水平小于0.6的情况下,可以按照普通钢筋混凝土构件进行裂缝计算;针对地铁顶纵梁设计的耐腐蚀和造价两个方面提出不锈钢钢筋与普通钢筋混合使用的经济型构造措施,同时给出不锈钢钢筋建议使用的地下环境标准,为不锈钢钢筋混凝土在地铁设计中的实际应用提供参考。     

端锚有粘结预应力纤维片材加固混凝土梁的受弯承载力

以现有的试验结果为基础,研究预张纤维片材在钢筋混凝土梁上的锚固方式及其加固梁的有效预应力取值。关于在片材两端进行机械锚固并沿其全长粘贴于梁底的纤维增强聚合材料与混凝土构成的复合截面,基于界面无滑移假定、平截面假定和材料应力—应变关系,分析了截面压区顶部混凝土纤维应变不同时对应的可能应变组合下的受弯极限状态。根据破坏时钢筋是否受拉屈服,分别给出了由片材拉断、混凝土压碎所引发的两大弯曲破坏类型的极限承载力表达式和界限破坏判别条件。通过分析19根矩形截面梁的试验数据及对这些试件进行的受弯承载力计算,得出承载力计算值与试验值之比的平均值为0.979,变异系数是0.064,说明承载力及破坏形态的计算值与试验结果吻合较好。只要考虑相应的材料参数,给出的公式还可用于预应力混合纤维片材加固的计算。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

根据规范中组合梁截面在正弯矩作用下塑性极限承载力计算方法,提出新的塑性阶段有效宽度定义,根据混凝土翼缘中合力和合力作用点同时等效来计算有效宽度。采用试验研究和非线性有限元方法,分析简支组合梁在极限状态下跨中截面混凝土翼缘内应变和应力分布规律,给出简化表达公式。针对各种参数情况下的组合梁,计算塑性极限阶段混凝土翼缘有效宽度和矩形应力块高度,根据简化的取值结果,提出塑性承载力的计算方法。     

FRP片材加固钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

采用纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土梁可以大幅度提高其抗弯承载力,但其抗变形能力改善却并不显著。基于平截面假定,将FRP片材换算为受拉钢筋,推导换算后的截面有效高度增大系数表达式,通过有效惯性矩法分析得到FRP片材应变与实配受拉钢筋应变比值的变化规律。按照刚度解析法的思路,建立FRP片材加固的钢筋混凝土梁的抗弯挠度计算方法,得到的刚度计算公式在FRP加固量为零时可退化为GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中普通钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度计算式。通过国内外相关试验梁数据验证表明,对于FRP加固的钢筋混凝土梁,采用本文计算方法得到的挠度计算值与试验值吻合较好,可供实际工程设计参考。     

箱形截面钢桥在我国铁路上的发展

本文从设计、制造、施工、运营等方面,概述了我国铁路上箱形截面钢桥的发展状况,并对发展的现状及前景提出了初步的评价和认识。由此认为,在我国铁路上,有必要发展箱形截面钢桥,但需要进一步完善箱形结构的设计理论和结构设计,研究箱形截面钢桥的施工、制造工艺,改进设备,推动我国箱形截面钢桥在铁路上的新发辰。     

配筋钢丝网混凝土T形梁抗弯承载力试验研究

通过时配筋钢丝网混凝土T形梁的抗弯承栽力试验,研究钢丝网混凝土T形梁正截面抗弯承载力的计算,并对影响钢丝网混凝土受弯构件抗弯性能的因素进行了分析.试验结果及研究表明,钢丝网能有效地提高混凝土受弯构件的抗裂性能和抗弯承载力.