预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能．本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理．分析结果表明：随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高．     

锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模拟

锈蚀钢筋混凝土桥墩处于抗震不利状态,因而其抗震滞回性能研究尤为重要。笔者从钢筋截面积减小、屈服强度降低以及钢筋和混凝土黏结性能退化等方面,进行了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化机理分析,通过建立锈蚀钢筋混凝土桥墩有限元模型,分析了桥墩在反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线和耗能性能随锈蚀率的变化,结果与试验吻合较好,证明了模拟锈蚀钢筋混凝土桥墩滞回性能的有效性。     

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。     

基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.     

四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算方法

提出了四肢变截面钢管混凝土格构柱抗震性能有限元分析方法, 应用OpenSEES通用程序对试件进行建模, 计算了格构柱荷载-位移滞回曲线与水平峰值荷载; 以柱肢坡度、轴压比、长细比、支主管面积比、柱肢钢材强度、混凝土强度、缀管布置形式等为拓展参数, 研究了各参数对变截面平缀管式和斜缀管式钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线统一算法的计算框架, 采用等效长度法, 拟合得到四肢变截面钢管混凝土格构柱骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移与下降段刚度) 的计算公式; 结合骨架曲线计算模型, 推导了恢复力模型的计算公式, 并进行了实例验证。研究结果表明: 轴压比、长细比、柱肢坡度、支主管面积比和材料参数是影响变截面格构柱抗震性能的关键参数, 且与等截面格构柱影响规律具有共性, 数值相差不超过20%;各试件特征值计算结果与有限元分析结果均吻合良好, 两者之比为0.990~1.029, 均方差为0.105~0.153, 误差基本控制在15%内; 四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算误差小于12%, 计算结果可靠。      

江南地区传统木构建筑透榫节点受力性能研究

为研究江南传统木构建筑中的主要榫卯节点透榫的结构性能及其影响因素,通过缩尺模型试验对该种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和转角刚度进行了分析,综合考虑节点的接触非线性和木材的材料非线性,采用ANSYS非线性有限元方法对其受力性能进行理论分析,并与试验结果进行比较分析,结果表明:该种榫卯节点的弯矩-转角滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性。该种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,其最终破坏形态均为榫头根部断裂破坏,极限转角为0.11~0.14rad;ANSYS非线性有限元分析的结果和试验结果较为吻合,通过理论分析获取了该种透榫节点的平面内（竖向）转角刚度KV、平面外（水平）转角刚度KH和扭转刚度KR的相互关系,可近似归纳为2.5∶1∶1。      

面向纤维单元的钢筋混凝土材料滞回本构模型开发

采用纤维单元模型进行工程结构地震非线性分析,建立精确的材料单轴滞回本构关系,并开发有效的数值计算工具.采用Hoshikuma提出的考虑箍筋约束效应的骨架曲线,通过修正Yassin加卸载滞回规则、引入损伤变量和压-拉转换刚度退化因子建立混凝土材料的滞回本构模型;钢筋材料采用经典的Menegotto-Pinto模型.利用FORTRAN语言开发了混凝土和钢筋单轴本构模型隐式算法子程序.以NSCP程序为平台,通过材料子程序接口,将其植入到主程序中.在材料及结构层次上分别进行数值模拟,并与试验结果进行对比.结果表明,所提出的材料本构模型适用于模拟分析钢筋混凝土结构进入弹塑性状态后的非线性行为,所开发的材料模型子程序具有满足工程需要的计算精度.     

钢管混凝土外加强环节点抗震性能有限元分析

钢管混凝土结构节点的抗震性能的研究一直受到人们的重视,低周反复加载试验结果指出,加强环式节点滞回曲线饱满且稳定,但同时也发现,在节点域会出现鼓胀现象.为了解释这一现象,对加强环式节点进行了低周反复加载非线性模拟分析.分析内容包括节点的滞回耗能指标、节点域变形及节点域塑性扩展三部分.研究指出:(1)节点的滞回曲线饱满稳定,耗散系数都在2.0以上,表明节点整体延性很好;(2)腹板焊缝孔开孔过大,节点滞回曲线有不重合现象,可见腹板焊缝孔尺寸需要控制;(3)节点域柱壁有明显的变形,规律与滞回曲线相似,表明节点滞回曲线主要是由柱壁变形而非梁端塑性变形贡献的;(4)在反复荷载作用初期,环板就出现了贯穿的塑性带,而在相隔相当长的荷载循环之后,梁面上才有塑性出现.由于在反复荷载作用下,节点域发生了明显的变形,且在环板上形成贯穿的塑性带.     

碳纤维加固对钢筋混凝土梁结构效应影响分析

为了研究碳纤维加固对钢筋混凝土梁结构效应的影响,以某钢筋混凝土现浇桥梁为依托,采用有限元软件Midas Civil建模。应用弹性力学理论,对桥梁结构整体进行控制计算。分析研究采用碳纤维加固钢筋混凝土梁后,对该桥梁的受力性能的影响。     

Punching Shear Behavior of RC Slab-Column Connections with Nonrectangular Columns

This paper present an experimental study on the RC slab-colunm connections with nonrectangular colunms, namely cross-shaped column, T-shaped column and L-shaped column. The punching shear deformation and strength characteristics of slab-column connections with nonrectangular columns under punching shear load are investigated. Nine specimens with the three kinds of nonrectangular columns and two reference specimens with square columns are tested. The tested ultimate loads, deformations, and failur emodes of specimens are presented and discussed. Test results reveal that the punching shear strength and ductility of the connections with nonrectangular columns are higher than those of the corresponding connections with square columns, and also prove that the application of nonrectangular columns to flat-plate structure was feasible. Based on the test results, one method of calculating punching shear strength of connections with nonrectangular columns is proposed, which conforms with the current design practice of China. The test results on the punching shear strength are compared with the predictions of the formulas proposed by codes of several different countrie; and the predictions given by ACI code and China code are found to be conservative as the reinforcement ratio is increased.     

新型五螺箍矩形短柱轴压承载力计算分析

螺旋箍筋应用于钢筋混凝土柱能明显提高柱的承载力及延性,为了研究五螺箍矩形混凝土短柱在轴心受压荷载作用下的力学性能和轴压承载力计算方法,首先,结合已有文献中的试验建立有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,以验证有限元模型的正确性;其次,基于材料用量相等的原则,设计了4种不同配箍形式的矩形截面柱,基于已验证了的有限元模型开展了不同混凝土强度对上述4种柱的轴压承载力和延性的影响研究;最后,通过对五螺箍柱进行参数分析,提出了基于体积配箍率的轴压承载力计算方法. 研究结果表明:五螺箍较五环箍、矩形箍和矩形螺旋箍柱构件承载力均值分别提高0.78%、6.70%和13.73%,延性系数均值分别提高2.00%、10.32%和10.41%,说明五螺箍柱有较高的承载力和延性;与各国规范提出的公式进行对比,本文建议的轴压承载力计算方法较为简便,且与试验值的误差均值仅为2.83%.      

Effects of length and location of steel corrosion on the behavior and load capacity of reinforced concrete columns

The effects of length and location of the steel corrosion on the structural behavior and load capacity of reinforced concrete (RC) columns have been investigated. Results of the accelerated corrosion process and eccentric load test are presented in detail. Effects of the location of the partial length, the corrosion level within partial length and the asymmetrical deterioration of the concrete section on the mechanical behavior and load capacity of corroded RC columns are discussed. It is found that the mechanical behavior and load carrying capacity of corroded RC columns are simultaneously affected by the above mentioned factors. For the corroded RC columns with large eccentricity, a higher corrosion level in the tensile corroded length and a greater asymmetrical deterioration of the concrete section can result in less ductile behavior and larger load reduction of the column; while for the corroded RC columns with small eccentricity, the less ductile behavior and the larger load reduction of the column may result from the higher corrosion level in the compressive corroded length and the greater asymmetrical deterioration of the concrete section.     

预应力撑杆加固柱弯矩与轴力的关系

在预应力撑杆加固普通钢筋混凝土柱极限承载能力基本计算公式的基础上，讨论了加固柱的弯矩M和轴力N的关系，获得了M-N关系曲线，将其与未加固柱的M-N关系曲线进行比较，结果表明，对普通钢筋混凝土柱进行预应力撑杆加固有一定适用范围．     

含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

通过分析混凝土试块浸泡在水中和不同浓度腐蚀溶液中力学性能变化的试验结果,回归出混凝土抗压强度和弹性模量随含水率或腐蚀时间变化的计算模型,并通过纤维模型有限元程序OpenSees,对不同含水率或不同腐蚀程度的钢筋混凝土模型柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行了模拟.结果表明：随着含水率的增加,两种养护条件下,构件抗震性能降低的程度较小,但随着腐蚀程度的增大,构件耗能能力和延性的降低及承载力和刚度的衰减比较显著.     

CFRP加固局部薄弱混凝土桥墩非线性分析

环境或施工等因素导致的钢筋混凝土桥墩局部混凝土劣化会削弱桥墩的抗振承载能力亟待加固.进行了CFRP加固局部薄弱桥墩的压弯性能试验研究,并分别采用FRP约束混凝土轴压偏压应力-应变关系对CFRP加固局部薄弱桥墩进行了非线性分析.结果表明,采用偏压模型预测的方法比传统预测方法更接近试验结果,采用FRP约束混凝土偏压本构关系进行非线性分析比传统预测适用性更强.讨论了传统采用轴压模型对CFRP加固局部薄弱桥墩进行非线性分析的局限性.     

Finite Element Calculation of the Flexural Stiffness of Corroded RC Eccentric Compressive Members

A finite element calculation model of corroded RC eccentric compressive members was build using finite element software ANSYS. The model considers the decline of mechanical properties and the effective section of a corroded steel bar, as well as the deterioration of bond character between corroded reinforcement and concrete. The reliability of the finite element model was evaluated by comparing the results of the finite element calculation with the data from experiments. Based on the finite element analysis results, the influence of corrosion degree, the diameter change of the longitudinal reinforcing bars and the spacing change of stirrups on the flexural stiffness were calculated and analyzed.     

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能，基于试验研究结果，对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型；然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能；其次分析了装配式柱变形形态及受力机理；最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比，装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能，钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强，轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%；增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效，提高幅度达59.15%，增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小，减小幅度为2.91%；钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大，钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大，在钢套管装配处也较大；所提装配式柱轴压承载力公式计算值（N_uc）与有限元值（N_uf）、试验值（N_ut）的比值均值分别为0.964、1.014，方差分别为0.003 5、0.002 9.