高强混凝土与钢筋粘结-滑移的数值模拟

在梁的非线性有限元分析中,钢筋与混凝土界面的粘结-滑移是十分复杂的问题.为研究粘结长度对梁力学性能的影响,以粘结长度为变化参数构造了三根模型梁.基于模型梁几何参数,利用以前学者由试验得到的粘结滑移曲线,采用非线性弹簧单元COMBIN39模拟了钢筋和混凝土之间的粘结滑移,建立了粘结滑移关系曲线与弹簧单元F-D曲线的转换技术.基于ANSYS强大的后处理功能对考虑粘结滑移问题的混凝土模型梁进行了细致的研究,在一定程度上丰富了梁式构件的数值仿真理论.     

预应力组合梁变形的解析计算

预应力组合梁结构是对组合梁施加预应力,其特点是可以节省钢材,减轻自重,降低结构高度,增大承载力,提高构件的屈服荷载,增大了截面刚度,在相同荷载作用下减小了变形。由于预应力组合梁具有的预应力效应,引起组合梁的偏心受压;同时组合梁界面存在相对滑移,预应力等效荷载作用必定产生初始剪切滑移现象。因此预应力组合梁受力全过程存在一定挠曲-滑移非线性问题。     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

考虑粘结滑移的锈蚀梁非线性解析解及其应用

通过将锈蚀钢筋混凝土梁视为由锈蚀钢筋和混凝土组成的存在粘结滑移的组合梁,以锈蚀钢筋与混凝土之间的变形协调条件为依据,引入反映锈蚀钢筋混凝土力学性能的本构关系和锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结-滑移本构关系,推导出以纵向受拉钢筋拉力N表达的锈蚀钢筋混凝土梁非线性微分方程.通过求解该微分方程,给出了考虑粘结滑移的锈蚀钢筋混凝土梁非线性解析解,以该解析解为基础,给出了以锈蚀钢筋混凝土梁特征值～λ表达的截面协同工作系数理论表达式,通过对影响截面协同工作系数几个因素的讨论,获得了截面协同工作系数随～λ变化的规律及取值范围,得出了一些有益结论.     

钢筋混凝土框架小震时程可靠度参数敏度分析

采用时程可靠度算法，对小震作用下影响钢筋混凝土框架抗侧向变形能力时程可靠度及其梁、柱单元承载能力时程可靠度的结构参数随机变量进行了敏度分析，并讨论了地震地面运动加速度切口随机变量相关系数的影响，结果表明，构件截面尺寸、层质量、配筋率和钢筋强度变异对框架梁、柱承载能力时程可取指标影响较大；钢筋混凝土弹性模量、构件截面尺寸和阻尼比变异对框架抗侧向变形能力时程可靠指标有较大影响．     

碳纤维布-钢筋混凝土组合方柱的轴压试验

对纤维约束圆形截面混凝土柱的性能已有较多的研究,但我国大多数是使用方形柱或矩形截面柱,而对碳纤维布一钢筋混凝土组合方柱承压性能的研究相对较少。通过对该组合方柱的轴压试验,考虑碳纤维布间距和箍筋间距的变化对组合方柱破坏形态以及加固效果的影响,并绘制了荷载-应变试验曲线。结果表明：组合方柱的承载力提高效果明显;延性有较显著的改善;除个别柱外,碳纤维、混凝土和钢筋3者具有良好的变形协调性     

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析

深入研究方中空夹层钢管混凝土构件的力学性能是该类结构的基础.文章结合已有文献中方中空夹层钢管混凝土柱的轴压试验,采用ANSYS软件分析钢管混凝土轴压构件,混凝土采用考虑钢管约束效应的本构关系,钢材采用双线形随动强化模型,采用ANSYS(APDL)编制命令流,并结合数值方法对方中空夹层钢管混凝土轴压柱的荷载-变形关系的分析.显示ANSYS计算结果和试验结果以及数值计算吻合较好.     

双轴对称不锈钢受弯构件变形性能的非线性分析

为了研究不锈钢材料的非线性对其受弯构件变形的影响,采用有限元方法对不锈钢受弯构件荷载-挠度关系进行分析,并对其影响因素进行了研究.以主要因素为参数,计算了180根梁的荷载-挠度曲线.以有限元计算结果为基础,基于弯矩-曲率关系,提出了一种计算荷载-挠度关系的方法,并用非线性拟合的方法给出了荷载-挠度公式.结果表明：计算不锈钢受弯构件的变形时需要考虑材料非线性的影响,建议的计算方法与有限元结果较为吻合.     

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

侧向荷载下钢筋混凝土圆形桥墩抗裂性能研究

在分析钢筋混凝土构件抗裂性能材料力学原理的基础上,对比研究了截面抵抗矩塑性影响系数γ的计算方法和取值;考虑混凝土截面开裂时截面高度对其塑化系数α影响,根据圆形截面上力和力矩的平衡原理,推导了圆形钢筋混凝土桥墩在横向静载作用下的压弯模型开裂荷载计算公式;基于撞击荷载作用下材料动态本构关系,提出桥墩动态抗裂性能分析模型与开裂荷载计算方法;通过钢筋混凝土圆形桥墩模型的侧向静载及撞击试验对该方法和计算公式进行了验证,并讨论了轴向力对钢筋混凝土圆形截面抗裂性能的影响。     

RC柱弯曲破坏骨架曲线简化算法及试验验证

为了满足基于性能的抗震设计和非线性动力分析的需要,有必要研究弯曲破坏钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱弯矩-转角骨架曲线的简化计算方法.首先,将其骨架曲线简化为以屈服点、峰值点、开裂点为特征点的三折线弯矩-转角骨架曲线;其次,在考虑弯曲、剪力及钢筋黏结滑移对柱转角影响的基础上,基于RC柱弯曲理论和平截面假定,用迭代方法求出截面应力与应变的分布,并根据截面弯矩-曲率关系求得各特征点的弯矩和转角,进而提出RC柱弯矩-转角骨架曲线的简化算法;最后,分别对6组试件各特征点的计算值与试验值进行分析,计算其比值S.研究结果表明,各特征点S值的变异系数均不大于15%,计算值与试验值吻合较好,验证了弯矩-转角骨架曲线简化算法的准确性.     

一般半刚性节点连接框架结构分析方法

研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成,推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。采用Matlab语言编写了适用于一般节点非线性连接框架的静力分析程序,非线性形式为指数函数或多项式函数,可以得到结构不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。算例显示出节点柔度对结构受力和变形的影响。     

结合面底部带门式钢筋的铰接空心板破坏模式分析

以在空心板与铰缝构造结合面底部布设门式钢筋的深铰缝构造为研究对象,参照2007年交通运输部颁布的装配式空心板桥标准图,设计了一跨8m足尺模型,通过试验和非线性有限元法分析了车辆荷载作用下铰接空心板破坏类型、破坏位置与开裂荷载等破坏模式。分析结果表明:试验验证了铰接空心板非线性有限元模型能较好地模拟铰接空心板在车辆荷载作用下的受力性能;在空心板与铰缝结合面的三个方向的黏结滑移关系中,应以竖向相对滑移量作为结合面黏结破坏失效的指标;在车辆荷载作用下,空心板与铰缝结合面是最薄弱的受力部位,当荷载达到69kN(0.99倍车辆荷载)时,空心板与铰缝结合面底部开裂,但当荷载达到85kN(1.21倍车辆荷载)时,空心板跨中截面底部才出现横向裂缝;与在结合面底部不设门式钢筋的空心板相比,在结合面底部设置门式钢筋后虽不能明显提高铰缝构造的开裂荷载,但可以将铰缝通缝荷载从140kN(2.00倍车辆荷载)提高至199kN(2.84倍车辆荷载),且不出现贯通的纵桥向裂缝。     

HB-FRP加固混凝土梁研究综述

为总结混合粘贴纤维复合材料(HB-FRP)加固方法的研究成果, 推动其在混凝土梁维修加固领域的更广泛应用, 调研了HB-FRP加固法的研究现状, 揭示了外贴HB-FRP在外荷载和环境侵蚀下容易发生剥离的问题; 阐述了HB-FRP抑制FRP加固后剥离的工作机理, 分析了HB-FRP加固体系的构造特征及其对界面黏结力的影响; 总结了已有黏结-滑移模型和剥离荷载模型, 研究了加固梁的抗弯和抗剪性能; 分析了当前工作的不足, 并展望了下一步的研究方向和思路。分析结果表明: 外荷载和环境侵蚀均可能引起FRP剥离, HB-FRP加固同时发挥了化学黏结、摩擦和销栓作用, 有效地抑制了FRP剥离; 目前几种HB-FRP黏结-滑移关系的主要区别为达到界面黏结强度时FRP是否会发生稳定的滑移; 黏结界面极限剥离荷载取决于其黏结-滑移关系; HB-FRP加固可用于正截面抗弯和斜截面抗剪, 加固梁承载力和加固效率可得到大幅提高; 增加FRP配置率和钢扣件数量能有效提高加固梁的抗弯能力, 钢扣件间距对加固梁承载力的影响和加固设计准则还不明确, 裂缝和外荷载对加固梁的剥离荷载、材料利用率和破坏模式影响显著; 加固梁抗剪强度的增加主要来自FRP和混凝土提供的剪力, 而箍筋的影响较弱; 增加FRP加固量和减小条带间距能显著提高加固梁的抗剪承载力; 后续应继续研究HB-FRP加固设计理论, 提出考虑材料与构造特征的黏结特性计算模型和基于界面剪力的HB-FRP钢扣件间距设计方法, 进而建立HB-FRP加固混凝土梁的优化抗弯、抗剪设计方法和设计公式。      

轴压力对钢筋混凝土悬臂柱水平侧移的影响

根据现行规范给出的预应力混凝土受弯构件短期刚度公式和普通受弯构件短期刚度公式,推导出了有轴力作用下和无轴力作用下的悬臂柱开裂弯矩、开裂前截面刚度和开裂后截面刚度的计算公式;在对钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比、截面配筋率、截面有效高度和整截面高度比以及轴力大小等可影响轴力作用的一些参数因素进行分析的同时,得到这些因素对轴力作用的影响程度以及各因素间互相作用或制约的影响关系等定性规律。最后,通过悬臂柱的算例可发现,有些情况下,轴力对构件或结构的侧移可产生明显的有利影响。     

轴压力对钢筋混凝土悬臂柱水平侧移的影响

根据现行规范给出的预应力混凝土受弯构件短期刚度公式和普通受弯构件短期刚度公式,推导出了有轴力作用下和无轴力作用下的悬臂柱开裂弯矩、开裂前截面刚度和开裂后截面刚度的计算公式;在对钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比、截面配筋率、截面有效高度和整截面高度比以及轴力大小等可影响轴力作用的一些参数因素进行分析的同时,得到这些因素对轴力作用的影响程度以及各因素间互相作用或制约的影响关系等定性规律。最后,通过悬臂柱的算例可发现,有些情况下,轴力对构件或结构的侧移可产生明显的有利影响。     

循环荷载下钢管混凝土与钢筋黏结的试验研究

为探究循环荷载下配筋钢管混凝土构件黏结锚固性能，对配筋钢管混凝土试件开展了单调加载和循环加载试验.通过单调加载试验，对比分析了黏结力与滑移量之间的响应关系；基于单调加载试验结果，对若干配筋钢管混凝土试件在单轴循环荷载作用下的黏结特性进行了试验研究，考虑包括箍筋配置、黏结长度、钢筋直径、加载次数等因素对黏结性能的影响规律，分析了不同试件黏结力的退化机制及其破坏模式.结果表明：箍筋提高了试件承受循环荷载作用的能力，配筋钢管混凝土试件的黏结力和延性随黏结长度、钢筋直径的增加而增大，配筋钢管混凝土试件中钢筋的黏结力及延性随着前期承受循环荷载的加载次数的增加而降低，配筋钢管混凝土黏结破坏时整个黏结区域相对比较平滑，变形肋印迹不明显.