局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明:钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.

新旧混凝土结合面剪切强度参数分析和计算研究

新旧混凝土结合面的抗剪强度是装配式混凝土结构和混凝土结构加固等领域重点关注的问题.基于搜集、整理的新旧混凝土结合面(以下简称结合面)的剪切试验数据库(含439个试件),对GB 50010―2010、ACI 318―19、Eurocode 2、PCI7th四个规范所给结合面抗剪建议计算式进行对比分析.结果表明:在各参数的影响下,ACI结果的保证率表现最好,而Eurocode 2计算强度的拟合效果最好;在结合面宽度达到300~400 mm时,GB 50010―2010的表现最好,但安全富余均较低,相对误差最大达到9倍.对数据库进行参数分析,发现结合面剪切强度τ_(exp)存在尺寸效应,与结合面的沿剪切方向尺寸关联较大;且τ_(exp)与夹紧力ρfy有较好的相关性.基于分析结果,根据叠加计算理论,对计算式提出建议和修正:分析引入尺寸效应系数β;同时修正了摩擦系数μ;应用了数据库拟合的销栓力分段函数,极大值为6.6 MPa.经对比验算证明,修正计算式在有无插筋及各种粗糙度情况下的误差最小,拟合效果最好,可为工程应用提供参考.

FRP筋与混凝土粘结性能研究进展及本构模型改进

近年来,FRP(纤维增强聚合物)筋代替钢筋在混凝土结构中得到越来越广泛的应用。与钢筋相比,FRP筋具有各向异性、非均质、表面形式不同等特性,这导致FRP筋与混凝土之间的粘结机制不同于钢筋与混凝土。为全面了解FRP筋与混凝土之间的粘结性能,收集数据建立由342个拉拔试验试件组成的数据库,分析粘结性能与各因素之间的关系,对没有达成一致结论的观点进行补充和讨论,分析高温、冻融循环、电解质溶液对FRP筋与混凝土粘结性能的影响;校核常用的粘结-滑移本构模型的计算精度,基于建立的试验数据库,提出新的精度更高的粘结-滑移本构上升段表达式。

纵墙开洞的砌体结构抗震性能多因素分析

多次震害资料表明大量砌体结构房屋在地震中严重损坏,而其中多数是由于开洞纵墙的抗震性能不足所引起的。为掌握影响开洞纵墙抗震性能的各类因素,在模型及参数合理性验证的基础上,基于ABAQUS软件建立了17片墙片模型与系列考虑不同构造措施与房屋高度的整体结构模型,获得了开洞率、开洞方式、构造柱、水平系梁和窗边柱等参数对墙体抗震性能的影响,给出了构造柱的最佳配筋率、讨论了不同构造情况下多层砌体结构的适用烈度和高度。结果表明:中部构造柱对墙片的位移延性影响较大;墙体开洞会明显削弱墙片的变形能力和耗能能力,但洞口边缘的混凝土水平系梁和窗边柱能提高墙片的变形能力和延性;组合适当的构造措施,能提高砌体结构的使用范围。最终为纵墙开洞的砌体结构抗震性能设计和控制给出了措施和建议。

基于多尺度模型的装配整体式混凝土框架结构抗震性能分析

装配工艺的要求和连接接缝的引用使装配式混凝土结构的数值模拟分析面临新的挑战,计算效率与模拟精度之间的矛盾变得更加突出。基于通用有限元软件ABAQUS,采用多尺度建模,模拟分析了装配整体式混凝土框架结构的抗震性能。首先,基于装配整体式混凝土梁柱子结构的试验数据,验证了多尺度单元界面连接方法的正确性。然后,对装配整体式混凝土框架结构的多尺度模型进行了静力推覆分析和动力弹塑性时程分析,并与现浇混凝土框架结构的地震响应和损伤情况进行比较。结果表明,多尺度建模能有效提高计算精度并降低计算成本,很好地模拟装配整体式混凝土框架结构的破坏特征和整体结构的抗震性能;与现浇结构相比,装配整体式框架结构在单向静力推覆作用下抗侧刚度更小、延性更好,在7度罕遇地震作用下抗震性能相近,顶层最大位移增大了3.8%;多尺度建模方法可用于装配式混凝土结构分析。

考虑现浇楼板影响的砖砌墙体抗震性能研究

基于ABAQUS建立砌体墙片有限元模型,与选取的试验墙片结果进行对比,验证有限元模拟的可信度;再利用有限元模型分别研究现浇楼板、砂浆强度、圈梁截面尺寸、墙顶竖向压应力、开洞率和墙片高宽比对砌体墙片抗震性能的影响。结果表明,现浇楼板、构造柱和圈梁共同构成整体,加强了对墙片的约束,减轻了墙片的损伤;提高砂浆强度等级,墙片的承载力和延性将增大;适当的圈梁截面尺寸能有效减轻墙片的破坏程度;适当的墙顶竖向压应力能显著降低墙片的破坏程度;墙片开洞会降低其承载力和位移延性;增大墙片的高宽比,墙片的承载力将减小,且墙片主要破坏形式从剪切型破坏转化成弯曲型破坏。

冲击荷载下钢管混凝土柱模型力学性能试验研究

为研究冲击荷载下钢管混凝土柱(CFT)的力学性能,采用φ57mm轻气炮实验装置和技术,进行了8个钢管混凝土柱模型的冲击试验及模拟分析计算。测得了不同弹体冲击速度下试件表面的应变时程曲线,获取了试件破坏形态及残余变形,比较了不同弹体冲击速度、试件装夹部位、试件外包约束等因素的影响。结果表明,冲击荷载作用下试件残余变形、应变变化直接与弹体冲击速度有关;受弹体碰撞后,试件冲击端的残余变形最大;装夹部位设在试件中部更能真实的模拟试件受力的真实情况;外包碳纤维对试件的抗冲击性能有一定的改善,尤其是在横向变形较大的部位;钢管混凝土柱模型试件的应变量级很大,环境噪声影响较大,可采用大阻值和大量程应变片提高应变准确度。

“5·12”汶川地震灾区典型教学楼框架与楼梯共同工作性能

以"5.12"汶川地震灾区典型教学楼框架为对象,研究了框架与楼梯的共同工作性能,包括框架独立单元的静力抗侧刚度、整体框架的静力抗侧刚度、整体框架动力特性,并进行了地震反应谱分析以及地震时程分析。结果表明:楼梯的存在对框架抗侧刚度、动力特性、规范地震反应谱下内力峰值、不同地震作用下的构件内力及节点反应谱峰值均存在较大的影响。所得结论可为灾区类似建筑的新建和修复加固提供必要参考。

斜拉桥索塔大吨位环向预应力束伸长量试验分析

系统地分析了影响大吨位环向预应力束实测伸长量的主要因素 ,并引入附加伸长量的概念 ,对武汉军山长江公路大桥索塔锚固区足尺节段模型试验、工艺模型试验及实桥施工中实测伸长量比计算伸长量偏大的现象给出了合理的解释。

双参数地基推力长桩的水平位移解析解

基于双参数地基理论,获得了双参数地基-桩系统的总势能泛函;采用能量变分原理推导了双参数地基推力长桩平衡微分方程及相应的边界条件;根据桩的抗弯刚度与地基参数相对大小的不同情况,求得了双参数地基推力长桩的水平位移解析解。结果表明:双参数地基模型可以模拟从离散介质到连续介质的各种地基土,性能优于传统单参数地基,考虑侧向连续性的双参数地基模型较好地模拟了桩周土体对推力长桩支承、约束及水平位移的影响;推力和弯矩对推力长桩水平位移的影响同等重要,在推力长桩受力分析中,桩端推力和弯矩应同时考虑。

连续梁桥拓展多跨双曲拱桥的分析与控制

结合湖南省长沙市橘子洲大桥西桥头拓改工程,讨论了双曲拱桥一端采用连续箱梁桥拓展改造施工过程中的关键问题。分析结果表明:在施工控制恰当的情况下,可以防止原拱桥主拱圈开裂损伤;桥梁变位监测结果对修正施工措施、保证施工效果具有重要的指导作用;桥梁结构应变受温度影响的变化量大于受施工影响的变化量;电阻应变仪以及手持式应变仪在野外测试时,受环境干扰较大,所测应变值甚至超过较小结构的荷载应变值。

多参数影响下的砌体墙体抗震性能分析

基于ABAQUS对砌体墙体建立了有限元模型,通过与试验墙体的对比,验证了所建数值分析模型的适用性;在此基础上,利用所建模型分别研究了构造柱、开洞情况、竖向压应力以及砂浆强度等因素对砌体墙体抗震性能的影响,并建立了2个层数不同的砌体结构算例,以研究结构高度对其抗震性能的影响.结果表明:构造柱能够提高砌体墙体的承载力和抗震性能;砌体墙体开洞会导致其承载力和抗震性能降低;砌体墙体的位移延性比随竖向压应力的增大而减小,但其承载力随竖向压应力的增大先增大后减小;砌体墙体的承载力和抗震性能随砂浆强度等级的提高而增大;砌体结构的结构高度越高,结构底层的受拉损伤越严重.

考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

现有钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能分析大多采用刚性地基假定,未考虑土-结构相互作用的影响,而在实际地震中部分结构出现了"强梁弱柱"的失效情况,与以刚性地基假定分析的预期结果不一致。本文对某6层办公楼的一榀框架进行Pushover分析,探究了结构在刚性地基假定和考虑土-结构相互作用两种情况下的固有频率、顶点位移和塑性铰的产生和发展过程。结果表明,考虑土-结构相互作用后,RC框架结构自振周期变长,频率降低,结构顶点位移增大,结构底层柱铰增多;有效地再现了忽视土-结构相互作用而设计的框架结构在实际地震中出现"强梁弱柱"的情形,验证了在对结构进行Pushover分析时,考虑土-结构相互作用的必要性;并将动力时程分析与Pushover分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可行性和可信性。

RC框架结构pushover方法顶点位移的敏感性分析

以8层钢筋混凝土平面框架结构为例,采用一次二阶矩法、Tornado图形法和数理统计方法研究了pushover分析顶点位移对地震烈度、场地特征、侧向荷载加载模式、结构重量、混凝土强度和弹性模量、钢筋强度和弹性模量等不确定性因素的敏感性.研究表明,pushover分析方法中顶点位移对地震需求曲线的敏感性远远强于对能力曲线的敏感性,因此,在研究概率pushover分析方法时,仅考虑需求曲线的不确定性,忽略能力曲线的不确定性,可大大简化分析复杂程度,并且仍然可以保证分析结果的精度.

装配整体式混凝土框架子结构防连续倒塌空间受力性能试验研究

文章设计并制作3个2/3缩尺的梁柱节点构造形式为开槽水平搭接的装配整体式混凝土(PC)结构试件,对中柱进行了力-位移控制静力加载的试验。第1个为空间框架子结构,第2个为平面框架子结构,第3个为悬挑结构。根据试验的抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等结果对试件的受力变化及抗力机制进行分析。结果表明:压拱作用峰值点之前,空间框架子结构基本可以由平面框架子结构和悬挑结构来叠加等效。由于空间框架平面外横向梁的存在,使得空间框架子结构的压拱效应承载力相比于平面框架子结构的提高11.65%,这主要来源于平面外横向梁的梁机制提供的竖向承载力,但不影响空间框架和平面框架悬链线的开始位移。在悬链线阶段,空间框架子结构平面外横向梁的存在会使悬链线效应降低27.23%,且会使悬链线效应提前近一半的竖向位移结束。在空间框架子结构中发生连续倒塌时,柱头会发生平面外的偏转,会使压拱阶段的峰值相较于平面框架子结构和悬挑结构叠加之和降低4.77%,对悬链线阶段的峰值平面框架子结构和悬挑结构叠加之和降低39.04%。空间框架子结构和平面框架子结构的主要区别源于平面外横向框架梁的影响,会使得空间框架结构出现明显的扭转裂缝,且裂缝发展程度更集中和严重一些,这对结构受力是不利的。

双参数层状地基受水平荷载长桩的水平位移计算

基于能量变分原理推导了双参数双层地基中受水平荷载长桩平衡微分方程和相应的边界条件以及中间各层地基相互联系的弯矩平衡、剪力平衡、位移以及转角连续条件,同样多层地基也可以用这些条件来联系.将平衡微分方程的解-位移函数代入弯矩平衡、剪力平衡、位移以及转角连续条件可以求得分段位移函数的系数,从而确定多层地基中受水平荷载长桩的水平位移曲线.算例分析表明地表硬层对多层地基中桩的水平位移有一定影响,桩直径增大到一定程度以后,其对水平位移的影响越来越小.

某厂化学装置爆炸对设备房结构的损坏——调查与模拟分析

在对某厂化学爆炸所作的现场调查的基础上,对设备房钢筋混凝土框架结构构件的受损状况进行了分类描述,采用有限元方法对框架结构在静力和爆炸冲击荷载下的反应进行了模拟分析,分析结果与现场调查情况基本一致,给出了一些有意义的结论。

现浇与装配整体式混凝土框架子结构抗震屈服机制和影响因素分析

“强柱弱梁”屈服机制对混凝土框架结构的抗震性能有着至关重要的影响。在参数和模型验证的基础上,本文通过6个现浇和3个装配整体式混凝土框架子结构有限元模型,分析了裂缝分布、钢筋应力和破坏特征,研究了楼板、柱端弯矩放大系数以及叠合梁板叠合面的摩擦系数对混凝土框架子结构“强柱弱梁”屈服机制的影响。研究发现:在现浇框架子结构中,现浇楼板使梁端的塑性损伤大幅度降低,柱端钢筋的应力值大大增加,不利于“强柱弱梁”屈服机制的形成;当采用较大的柱端弯矩放大系数时,有效地实现“强柱弱梁”屈服机制;在装配整体式框架子结构中,叠合面摩擦系数的变化,并不会改变框架子结构的屈服机制,但会影响其抗侧承载能力和结构整体性。

考虑施工误差影响的RC框架结构可靠性分析

为分析施工误差对RC框架结构可靠性的影响,对某钢筋混凝土框架结构工程进行现场测量,获得了梁柱截面尺寸、保护层厚度、箍筋间距和混凝土抗压强度等施工误差的统计分布规律.基于工程结构可靠度的基本理论和承载能力极限状态方程,采用验算点法计算了实际工程中典型的框架梁和框架柱的可靠指标,并详细分析了各施工误差对构件可靠指标和结构可靠性分级的影响,以及影响钢筋混凝土结构框架结构可靠度的参数敏感性.分析结果表明,施工误差对结构构件的可靠性存在不可忽视的影响.本文研究结果有助于工程设计、施工和监管过程中把握施工误差中需严格控制的重点参数和偏差范围.

基于ABAQUS考虑钢筋影响的混凝土构件收缩徐变分析

基于CEB-FIP(2010)模型采用MATLAB拟合徐变曲线,通过ABAQUS分析软件二次开发了收缩徐变计算程序。在参数验证的基础上,模拟计算了素混凝土及钢筋混凝土柱、单层三跨框架梁在不同参数影响下考虑徐变和收缩影响的竖向变形,提出了考虑钢筋影响的变形折减系数并分析了其影响参数,拟合了不同影响因素下柱的折减系数公式。结果表明:柱的尺寸、混凝土强度与折减系数为二次曲线关系,湿度、配筋率与折减系数为线性关系,轴压比对折减系数影响不大;梁的截面高度、混凝土强度、配筋率与折减系数为二次曲线关系,湿度与折减系数呈线性关系,梁上线荷载大小对折减系数影响不大;折减系数公式能很好地考虑钢筋对混凝土收缩徐变的影响。