UHTCC加固混凝土梁断裂行为分析

超高韧性水泥基材料(UHTCC)在结构加固改造中具有巨大潜力,运用断裂力学方法研究了UHTCC加固混凝土梁的开裂行为,其中混凝土以及UHTCC的开裂采用虚拟裂缝模型模拟。通过引入裂缝扩展准则以及裂缝口张开位移的协调条件,建立整体控制方程;通过叠加原理计算得到裂缝尖端净应力强度因子,最后得到荷载-裂缝口张开位移曲线。断裂力学方法计算结果与试验结果吻合良好,为UHTCC加固混凝土梁的设计提供了一种有效的计算手段。

基于广义Lambda分布逼近的结构可靠度计算方法

提出了基于广义Lambda分布逼近的结构可靠度计算方法。首先利用功能函数抽样数据,估计功能函数的前4阶矩信息。通过点估计法获得功能函数概率密度函数广义Lambda分布近似表达式,并根据工程结构可靠性的定义计算结构失效概率,进行可靠性分析。数值算例表明,广义Lambda分布对各种经典分布曲线具有良好的适应性。通过两个工程算例与Monte-Carlo模拟结果进行对比,验证了所提可靠度计算方法的正确性和实用性。

FRP筋混凝土板冲切承载力计算方法

基于临界剪切裂缝理论,提出FRP筋混凝土板冲切承载力的计算方法.该方法考虑拉伸刚化效应的混凝土拉伸应力-应变关系,利用截面分析法确定FRP筋受弯构件的弯矩-曲率关系.根据混凝土板的变形假定、弯矩-曲率关系以及板的平衡方程,确定FRP筋混凝土板的需求曲线.收集文献中试验数据对该计算方法进行验证,并将其与其他计算模型进行比较分析.参数分析结果表明:随着混凝土强度与柱头尺寸的增加,FRP筋板承载力名义应力相应降低,混凝土板的延性呈现增长趋势;随着配筋率与厚度的增加,板冲切承载力的名义应力增大,配筋率与厚度的增加会导致板延性降低,因此在设计中应充分考虑板厚与配筋率对FRP筋混凝土板延性的影响.

既有FRP筋混凝土板抗冲切承载力计算模型评估

为了评估已有设计规范和文献中的FRP筋混凝土板冲切承载力计算模型的精度,通过收集文献中已有的FRP筋混凝土板试验数据并和已有模型预测结果进行对比。结果表明影响计算模型的主要因素是FRP筋配筋率、混凝土强度和有效板厚。在所有模型中,El-Gamal模型的计算值与试验值吻合程度最好;Nguyen-Minh提出的模型考虑的因素最多,但该模型预测精度还有待提高;在各规范模型中,加拿大规范考虑的因素最为全面且预测精度最好;日本、英国等国家设计规范模型结果的理论值和试验值吻合较好;我国规范模型精度较低,且偏于不安全。该研究可为今后进一步提高FRP筋混凝土板冲切计算模型精度提供思路和方向。

微平面理论在混凝土保护层破坏模式分析中的应用

应用微平面理论分析混凝土保护层的破坏模式。首先总结了微平面理论的基本公式,然后将微平面理论与有限单元法相结合,分析在锈胀力作用下混凝土保护层的开裂全过程。通过与文献中的实验数据比较,验证了本文数值方法的有效性。此外,分析了钢筋直径、钢筋间距和保护层厚度对保护层破坏模式的影响。

自密实轻骨料混凝土的高温性能

为了保证自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight concrete,SCLC)在实际工程中的安全运用,本文分别对强度为C40和C50的自密实轻骨料混凝土试件进行了高温爆裂试验。通过测定混凝土试验前后的质量、超声波速、抗压强度和抗折强度,研究了自密实轻骨料混凝土的高温性能,并和同强度的普通混凝土、轻骨料混凝土和自密实混凝土的高温性能进行了对比。结果表明,自密实轻骨料混凝土比普通混凝土易爆裂,质量损失较大,但是高温后的超声波速和残余强度损失均小于普通混凝土。

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。

基于Gamma随机过程的水工钢闸门时变可靠度方法

钢板锈蚀是引起水工钢闸门结构的抗力和刚度退化的主要因素,在水工钢闸门可靠度评估或剩余寿命的评估中,应考虑其不利影响。今结合Gamma随机退化过程的特点,提出了一种考虑抗力退化过程的水工钢闸门结构时变可靠度计算方法。首先根据钢板锈蚀的基本特征采用Gamma随机过程对钢板锈蚀量随时间演化的过程进行了模拟,同时给出了Gamma随机过程参数估计方法和顺序采样方法。然后根据钢闸门抗力的特点确定了衰减函数的表达式并采用Monte-Carlo法计算了不同服役过程中钢闸门时变可靠度变化过程。最后针对具体数值算例讨论了锈蚀速率、初始钢板厚度以及衰减函数形式对时变可靠度的影响。

轴对称变厚度圆板反对称弯曲的传递矩阵法

提出了轴对称变厚度圆板反对称弯曲的传递矩阵法。首先,沿环向把圆板离散成一系列圆板和环板单元,圆板和环板单元均按等厚度板处理。由常微分方程求解方法,给出圆板和环板单元的挠度、径向转角、径向弯矩和径向剪力的解析解。其次,基于这一解析解,导出环板单元挠度、径向转角、径向弯矩和径向剪力的传递矩阵和变厚度圆板的总体传递矩阵。这一方法的明显优点是:无论划分多少个单元,总体传递矩阵的阶数始终保持5阶,计算简便,节省内存。最后,通过与有限单元法比较,证实了该传递矩阵方法的有效性。对于指数型变厚度圆板,讨论了指数对圆板最大挠度、最大径向弯矩和最小径向弯矩的影响。

基于切比雪夫拟谱法的移动荷载作用下简支梁动力响应计算

采用切比雪夫拟谱法求解移动荷载作用下简支梁的动力响应问题,该方法通过重新选取插值点的方式并借助转换矩阵对边界条件进行施加,对集中荷载采用高斯函数法进行正则化处理。将本文方法计算结果与解析解和有限元解进行比较,结果表明,在划分较少单元数量时,采用本文方法计算结果与解析解吻合良好,求解效率高于有限元方法。采用本文方法对Dirac函数的正则化参数σ_(n)进行敏感性分析,结果表明,当在±3σ_(n)范围内布置配点数6~10个时,计算结果能取得较好的精度。

混凝土徐变柔度函数的高效逼近方法

混凝土徐变是引起安全壳预应力损失的主要因素之一,采用指数算法求解混凝土徐变效应时需要将混凝土徐变柔度函数采用Dirichlet级数表达,如何获得精确表征柔度函数的Dirichlet级数是实现指数算法的关键。基于连续延迟谱法,本文提出一种求解拉普拉斯逆变换的Weeks方法来逼近Dirichlet级数。对工程中常用的CEB MC90徐变模型,构建了基于Weeks方法的Dirichlet级数逼近算法,并给出了提高方法效率的相关参数取值范围。结果表明,提出的方法仅需对原混凝土徐变柔度函数求1阶导数,即可返回时域函数的显示表达式,避免了高阶求导存在计算复杂和计算效率低的问题。将本文方法计算结果与原柔度函数解析解进行对比,验证了方法的有效性。

有效高度对GFRP筋混凝土板冲切性能的影响

相比于传统的钢筋混凝土板,玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋混凝土板具有较高的耐腐蚀性能和较长的使用寿命,被广泛应用于水利工程和港口工程中。有效高度是影响GFRP筋混凝土板冲切承载力的重要因素,为量化其影响规律,完成了3块不同有效高度GFRP筋混凝土板的冲切试验。通过分析板的破坏形式、荷载—变形曲线、GFRP筋应变和混凝土应变,获得了GFRP筋混凝土板有效高度与冲切承载力之间的定量关系。试验结果表明:3块板均被冲切破坏,当有效高度分别增大23%和57%时,虽然抗冲切承载力分别对应提高51%和116%,但是GFRP筋应变和混凝土压应变反而比例减小;增大有效高度虽然一定程度上会减小板的变形,但不是决定极限挠度的唯一因素,在实际设计中应适当考虑有效高度的影响。

基于LUSAS软件的盾构隧道管片结构有限元分析

依据软土地区某地铁区间隧道修复工程,结合LUSAS软件相关的功能和特点,建立了盾构隧道衬砌结构的三维有限元模型,研究了加固与未加固隧道结构在不同工况下的结构受力特征和变形规律。研究结果表明,在盾构隧道进行上方加载和侧方卸载,会导致盾构隧道衬砌结构的水平位移和侧向位移增大;内贴高性能水泥复合砂浆会增大盾构隧道的刚度,使盾构隧道衬砌结构的变形减小。该计算结果说明采用LUSAS软件模拟盾构隧道是可行的。

考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土轴拉构件变形计算方法

考虑拉伸刚化效应是精确计算纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/混凝土构件变形和裂缝的基础。提出了考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土拉伸构件变形计算的解析方法。首先,对修正Eligehausen黏结滑移模型(修正BPE模型)进行简化提出四线性黏结-滑移模型。根据该模型推导了拉伸构件在不同拉伸荷载阶段的FRP筋、混凝土应力和变形及黏结力和滑移量的分布表达式。结合混凝土开裂判别方法,提出了FRP筋/混凝土拉伸构件的全过程变形计算方法。通过与已有文献试验结果对比验证了本文方法的准确性。对影响拉伸刚化的一些参数进行了敏感性分析。结果表明,混凝土强度和配筋率对拉伸刚化效应影响不大,FRP筋弹性模量是影响拉伸刚化效应的主要因素。

大初始缝高比混凝土试件双K断裂参数的试验研究

双K断裂准则能够定量描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。该文采用混凝土三点弯曲梁试件,通过在试验中测得的起裂荷载Pini、最大荷载Pmax及临界裂缝口张开位移CMODC计算了初始缝高比为0.3～0.9共7组试件的起裂断裂韧度K IiCni和失稳断裂韧度K IuCn。结果表明,当初始缝高比为0.3～0.7时,混凝土裂缝扩展经历起裂、稳定扩展和失稳破坏3个阶段,双K参数均是与初始缝高比无关的材料参数;当初始缝高比大于或等于0.8时,混凝土裂缝起裂后便进入失稳扩展阶段,起裂荷载即为最大荷载,且计算得到的K IiCni仍与初始缝高比无关。因此,在确定K IiCni时,仅需测得初始缝高比大于或等于0.8试件的Pmax,将Pmax作为Pini直接计算得到K IiCni。同以往的试验方法相比,其结果更为准确且试验方法简单。

复材纤维筋混凝土梁抗弯力学性能研究

考虑复材纤维(FRP)筋与混凝土之间的拉伸刚化现象,建立了FRP筋混凝土梁的条带法分析程序,对FRP筋混凝土梁的弯曲过程进行数值模拟分析。基于数值结果提出了弯矩-曲率三线性简化模型,该模型可以较好地模拟FRP筋混凝土梁的抗弯性能。在试验验证的基础上,探讨了配筋率及混凝土强度等因素对FRP筋混凝土梁弯曲性能的影响。

基于中美规范对比的“强剪弱弯”可靠度思考

GB 50010—2002和GB 50010—2010前后两版混凝土结构设计规范,由于采用不同的材料分项系数等效抗力分项系数,"强剪弱弯"并未直观的表达在设计表达式上。通过对比混凝土结构设计规范GBJ 10—89,GB50010—2002和GB 50010—2010,探讨"强剪弱弯"在实用设计表达式中的变化;并结合美国规范ACI 318-05,计算对比了同样条件下不同规范抗弯和抗剪的可靠度指标。研究结果表明,规范GBJ 10—89,GB 50010—2002,ACI318-05的抗剪可靠度指标依次提高,均大于相同条件下抗弯的可靠度指标。另外规范GBJ10—89,GB 50010—2002和GB 50010—2010抗剪承载力计算经验公式中,箍筋抗剪经验系数从1.5变为1.25,继而1.0,而目标可靠度指标并未明显变化。由于规范GB 50010—2002和GB 50010—2010的可靠度指标是延用经验方法所确定的,故借鉴规范GBJ 10—89的思想,建立了可靠度可靠度指标与安全系数之间的关系,同时也能对未来规范可靠度指标的修订提供指导。

双轴压应力作用下混凝土徐变特性研究

核电安全壳结构承受双向预压应力作用,已有的单轴应力状态徐变计算方法无法计算双向应力下的混凝土徐变变形。考虑双轴应力状态对徐变泊松效应及徐变函数的影响,首先构建了以应力比为参数的双轴徐变泊松比矩阵,基于B4单轴徐变理论模型发展了以Dirichlet级数为表达的双轴受压徐变函数。综合考虑泊松效应及材料黏弹性特性,提出了双轴受压应力下混凝土徐变非线性理论模型。通过计算与试验结果的对比,验证了模型的准确性。最后将该模型应用于预应力损失分析,为服役核电安全壳预应力时变性损失分析及结构延寿性态评估提供了参考。

核电厂海工构筑物氯盐腐蚀耐久性监测研究综述

核电厂海工构筑物耐久性劣化会削弱结构强度,导致混凝土开裂、分层和剥落,对结构的安全性和耐久性造成不良影响。现存核电厂在原设计、建造、运营中对混凝土防腐的重要性和必要性考虑严重不足,防腐措施控制不够严格,氯盐腐蚀问题突出。若能在结构中预埋或后装可靠的监测传感器,实时监测和分析结构损伤数据,实现提前预警和寿命预测,对保证核电厂老化管理和延寿期间的正常运行具有重要意义。通过对核电厂海工构筑物典型耐久性问题的概述,及对海工构筑物最严重的氯盐腐蚀可采用的耐久性监测方法的综述,以期准确把握核电厂海工构筑物耐久性问题和监测的研究现状,为预警诊治提供参考。