FRP加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析

在GFRP布加固钢筋混凝土梁受弯试验的基础上,考虑钢筋、混凝土的材料非线性行为,采用有限元法对FRP加固钢筋混凝土梁的受弯力学性能进行了数值模拟和分析,并与试验结果进行了比较.根据计算结果,分析了FRP加固钢筋混凝土梁的极限荷载、剥离荷载、FRP的应变分布、FRP端部区应力分布情况及受力机理.分析结果表明,非线性有限元法可以很好地模拟FRP加固钢筋混凝土梁的受力性能,并能预测FRP加固钢筋混凝土梁发生剥离破坏的荷载.     

加载过程中钢筋混凝土梁弯曲变形的随机分析

为研究钢筋混凝土梁在服役期间变形随机性的变化规律,利用蒙特卡洛抽样与钢筋混凝土非线性有限元法,建立了钢筋混凝土梁非线性变形的随机分析模型.利用该模型对经典试验梁进行受力过程弯曲变形的随机分析,并对钢筋混凝土截面配筋率进行了参数分析,结果表明:在加载过程中,梁体变形的变异性是变化的;当荷载在开裂荷载高概率区间内时,梁体变形的变异性最大;不同配筋率的梁体变形的变异性有明显差异,配筋率越低,变异性越高.随着荷载的增大,梁体变形的变异性逐渐减小;当荷载接近正常使用极限时,变异性趋于稳定,此时不同配筋率的梁体变形的变异性也基本一致.      

基于混合壳单元法预应力混凝土T梁的受力性能

为了准确预测与评估预应力混凝土T梁的力学性能,利用混合壳单元建立了T梁有限元计算模型,对T梁从完好状态至破坏状态的力学行为进行了非线性分析。T梁中弯曲预应力钢筋采用组合壳单元模型,应用虚功原理推导了其对组合壳单元刚度矩阵的贡献,梁底平直预应力钢筋采用分层壳单元模型;利用Owen双参数屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土材料非线性特性,采用双折线本构模型模拟钢筋材料。分析结果表明:混合壳单元法计算结果与试验结果吻合良好,弹性阶段的T梁刚度折减不明显,非线性阶段刚度发生明显折减,跨中预应力钢筋应力增长幅度最大,因此,混合壳单元法对预应力混凝土T梁力学行为分析是有效的。     

碳纤维加固混凝土梁的数值模拟计算

本文采用ANSYS对碳纤维加固的钢筋混凝土梁进行数值建模计算,介绍了非线性有限元模拟碳纤维加固混凝土梁的方法,解决了采用有限元求解碳纤维加固混凝土梁非线性数值不容易收敛的问题。结果表明所建立的有限元模型是合理的,该模型能准确地模拟出实际工程中碳纤维布加固混凝土梁的受力状态,并可对该种结构进行准确预测,为以后的数值研究工作奠定了基础,方便了日后的设计工作。     

受火后钢筋混凝土连续T形梁承载力试验研究

为探讨受火冷却作用对混凝土连续梁承载力的影响,对3根钢筋混凝土连续T形梁的承载力进行了试验研究,并用有限元法对试验结果进行了参数分析,提出了受火冷却后钢筋混凝土连续梁极限荷载的简化计算方法.结果表明:受火冷却后,钢筋混凝土连续T形梁的跨中屈服荷载、极限荷载和刚度均下降,承载力降幅明显低于刚度降幅;在受火120 min内,配筋率对受火冷却后钢筋混凝土连续T形梁的承载力有显著影响,而受火时间和混凝土强度的影响有限;按照简化计算方法计算的钢筋混凝土连续T形梁的极限荷载与试验值吻合较好.     

预应力混凝土梁超载能力分析

为了验证利用有限元法分析预应力混凝土梁极限承载能力的准确性,对T形预应力混凝土模型梁进行了极限承载力加载破坏试验,采用ANSYS有限元程序,建立了T梁的分离式有限元模型,分析了模型梁从加载到破坏全过程的受力和变形。发现利用实验与有限元法得到T梁的荷载-挠度曲线与荷载-应变曲线的变化趋势一致,并呈现良好的非线性,但是通过荷载试验得到T梁的超载能力为9.07 kN.m,按照有限元分析得到的超载能力为12.48 kN.m,偏差较大,原因是分析模型偏于理想化。分析结果表明:利用有限元法在总体上能够有效地模拟钢筋混凝土梁受力全过程中各个量的非线性变化,对超载能力的求解是可行的。     

基于黄金分割率模型的钢筋混凝土梁桥裂缝模式研究

从新的视角出发,引入黄金分割率来评价钢筋混凝土梁桥的裂缝分布模式。基于混凝土"单筋张拉模型"并编写程序来预测混凝土开裂后裂缝宽度和间距,结合模型实验和数值模拟验证了参数的准确性。研究结果表明:采用黄金分割率来剖析钢筋混凝土梁的裂缝分布具有深刻的物理意义,研究结果也揭示了混凝土梁裂缝间距具有尺寸效应,该方法的重要意义在于可以通过缩尺模型来预测大型桥梁的裂缝分布模式,对于评价混凝土梁桥的安全性有指导作用。     

钢板加固持荷RC梁承载力数值分析方法

在钢筋混凝土梁粘贴钢板加固数值分析中,为了解决初始荷载及钢板-混凝土界面传力问题,以8片钢筋混凝土梁室内缩尺模型试验为基础,采用面-面接触分析方法及单元"生死"分析方法,对试验梁进行了全过程数值分析,提出了一种粘贴钢板加固具有初应力钢筋混凝土梁的数值分析方法。研究结果表明:钢筋混凝土梁预测挠度变化规律与实测值吻合较好,极限荷载偏差在11.5%以内。可见,运用数值分析方法能有效解决持荷情况下,待加固结构与钢板不同时参与工作及钢板-混凝土界面的传力难点。     

钢筋混凝土拱桥极限承载力的参数研究

采用压溃理论和三维仿真模型，分析了钢筋混凝土拱肋在几何非线性、材料非线性、几何缺陷以及混凝土压碎、开裂、骨料嵌锁等因素耦合作用下的极限承载力，以使它的确定更符合实际．重点研究了初始几何缺陷、截面形式、荷载形式和矢跨比等对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响．研究结果表明：混凝土材料的力学特性对大跨径钢筋混凝土拱桥的极限承载力有明显影响；大跨径钢筋混凝土拱肋的极限承载力随初始几何缺陷的增加按分段二次曲线规律减小，与拱肋长细比遵循三次曲线关系规律．     

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系．试验结果表明：随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小．     

聚丙烯纤维增强混凝土梁变形性能的试验研究

为探究PP-ECC梁与RC梁变形发展规律的区别,通过逐级加载和循环加载两种加载制度对4根PP-ECC梁和4根RC梁进行抗弯试验;同时,基于有效惯性矩法推导出适用于短期荷载作用下PP-ECC梁的最大变形计算公式.?研究结果表明:逐级加载下,PP-ECC梁呈现出更为明显的塑性变形阶段,与RC梁相比,PP-ECC梁经过5次循...     

锈蚀率对同类型RC梁抗弯刚度影响

专门针对相同钢筋类型(保护层厚度、钢筋类型、钢筋直径以及配筋率)的钢筋混凝土梁,开展锈蚀率对其抗弯刚度影响研究,通过对相同类型但不同锈蚀率的钢筋混凝土梁静载试验,得到了挠度与曲率的关系,进而分析了锈蚀率对梁曲率的影响,推导出跨中弯矩与曲率之间的关系,进一步考虑不同锈蚀率下弯矩增长与抗弯刚度之间的关系,建立了考虑锈蚀率的梁的抗弯刚度退化系数计算公式.可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据.     

体外预应力高强混凝土两跨连续梁模型试验

为研究预应力和混凝土材料对高强度混凝土体外预应力连续梁的力学行为的影响，设计并完成了4片体外预应力高强度混凝土连续梁模型的静载试验，试验结果表明；体外预应力连续梁的裂缝分布和发展规律与无粘结预应力梁相似，采用钢纤维提高负弯矩区的开裂载荷是有效的，而且利用钢纤维增强可在一定程度上限制裂缝发展并在卸载后使裂缝闭合，普通钢筋对分散裂缝和限制裂缝发展有利。     

焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力简化计算方法

为预测界面焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力, 考虑了焊钉锈蚀后其抗剪强度与混凝土黏结强度和有效面积降低对焊钉抗剪承载力的劣化影响, 提出焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度和锈蚀焊钉抗剪承载力系数的概念及其计算公式; 基于塑性简化计算假定, 采用焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度对其抗弯承载力进行折减, 建立了焊钉锈蚀后组合梁正负弯矩区抗弯承载力计算模型, 分析了23根组合梁抗弯承载力试验结果, 验证了计算模型的有效性。试验结果表明: 在焊钉锈蚀率低于10%时, 试验梁正负弯矩区抗弯承载力的试验值与提出公式的理论计算值非常接近, 其中正弯矩区试验值与计算值的平均比值为1.00, 变异系数为0.04, 负弯矩区二者平均比值为1.01, 变异系数为0, 由此可见, 计算结果与试验结果吻合较好。简化计算方法可用作界面焊钉锈蚀率较小情况下钢-混组合梁抗弯承载力定量和定性分析。      

Structural Behavior of Continuous Prestressed Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete Beam

The flexural behaviors of continuous fully and partially prestressed steel fiber reinforced high strength concrete beams are studied by experiment and nonlinear finite element analysis. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and three pairs of two-span continuous beams with box sections varying in size are designed. The major parameters involved in the study include the PPR and the fiber location. It is concluded that the prestressed high strength concrete beam exhibits satisfactory ductility; the influences of steel fiber on the crack behaviors for partially prestressed beams are not as obvious as those for fully prestressed ones; steel fibers can improve the structural stiffness after cracking for fully prestressed high strength concrete beams; the moment redistribution from mid-span to intermediate support in the first stage should be mainly considered in practical design.     

预应力超高强混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究预应力超高强混凝土梁的受弯性能,对4根后张法有粘结预应力超高强混凝土梁进行了试验研究,分析了预应力筋高度和预应力筋配筋率对其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况的影响,并通过大型通用有限元程序ANSYS对预应力超高强混凝土梁承载力进行了模拟计算。结果表明：预应力筋高度和预应力筋配筋率对超高强混凝土梁的承载力和裂缝开展情况均有一定的影响; ANSYS模拟计算所得的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载与试验结果较吻合。研究结果可为超高强混凝土梁的设计及研究提供一定的基础依据。     

GFRP筋混凝土梁正截面受弯性能试验研究

为深入研究GFRP筋混凝土梁弯曲性能及设计方法,通过36根混凝土梁(其中GFRP筋混凝土梁21根,钢筋混凝土梁15根)的四点弯曲试验,对GFRP筋混凝土梁正截面的受弯性能进行了研究.在配筋率、几何尺寸、混凝土强度相同的条件下,对比分析了GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的挠度及承载力特性;推导了GFRP筋混凝土梁受弯承载力、界限受压区高度的计算公式,并用试验数据验证了公式的正确性.结果表明:GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的最大挠度之比为1.5～2.5;初裂承载力之比为0.53～0.69,极限承载力较接近,比值为0.75～1.02;GFRP筋混凝土梁界限相对受压区高度为0.17～0.20.建议取配筋率为1.4倍平衡配筋率,以使构件具有足够的承载力储备.     

应用简化的软化桁架模型设计钢筋混凝土短牛腿

阐述了简化的软化桁架模型的传力途径、设计步骤.用简化的软化桁架模型对钢筋混凝土短牛腿进行抗剪强度分析和设计,考虑的参数包括混凝土强度、剪跨比和水平箍筋的数量.通过对一个钢筋混凝土短牛腿的实例进行了验算,与混凝土结构设计规范(GB50010-2002)规定方法的计算结果是一致的,证明了所提出的简化的软化桁架模型的有效性、实用性.     

火灾高温下RC简支梁极限弯矩计算模型研究

通过截面力学平衡原理,引人火灾高温下混凝土和钢筋强度折减系数,给出截面有效分布宽度,推导得有效力矩法及相应力矩时效系数计算方法,建立火灾高温下钢筋混凝土简支梁极限弯矩的实用计算模型,与有限元分析数据进行对比,结果吻合．研究表明：保护层厚度对钢筋混凝土简支梁极限弯矩影响较大,钢筋混凝土简支梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系,该计算方法可行．