CFRP布加固RC柱细观力学分析模型及抗扭分析

为了探究配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱抗扭性能的影响,采用了可以同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间黏结-滑移关系、CFRP布与混凝土间界面关系的细观力学分析方法。首先,建立了用于CFRP布加固RC柱抗扭性能分析的三维数值模型;进而,将基于该模型的数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型中加载方式、外贴CFRP布方法的合理性及材料参数的准确性;最后,基于建立的细观力学分析模型,探讨了配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对扭转作用下CFRP布加固RC柱破坏模式和力学性能的影响机制。分析结果表明:CFRP布加固RC柱抗扭承载力随配纤率增大而提高,但提高幅度随配纤率增大而降低;受到围压分布的影响,圆形截面的有效约束面积大于方形截面,使得CFRP布对圆柱的约束效果好于方柱;CFRP布加固RC柱的名义扭转强度存在尺寸效应;轴压比的增大使其抗扭承载力先增大后减小,在轴压比为0.4时达到最大值。进一步,采用叠加规范公式方法提出了FRP布加固RC构件抗扭承载力计算公式,与数值模拟结果对比发现,该公式可给出安全储备冗余度30.2%的设计值,可初步用于CFRP布加固RC柱抗扭承载力的安全设计。

偏心裙房高层建筑非规则结构的抗扭设计分析及实例

针对偏心裙房高层建筑非规则结构在地震作用下抗扭能力较弱,影响建筑整体安全性和稳定性的问题,本文以某建筑工程项目为例,对其进行抗扭设计分析及实例研究,并对偏心结构弹性扭转反应规律进行分析,结合分析结果,通过加强边榀、调整强度偏心与轴压比限值以及设计竖向构件抗扭,提高结构抗扭性能。将优化后的非规则结构应用到偏心裙房高层建筑中可以有效提高建筑整体稳定性。

腹板对扁平多室箱梁抗扭性能的优化分析

为分析偏载作用下腹板参数对扁平多室箱梁抗扭性能的影响,以临海市临海大桥主梁为工程背景,利用ANSYS有限元软件分别建立不同截面形式的扁平多室箱梁有限元模型,研究在偏载作用下,扁平多室箱梁在不同中腹板间距和中腹板厚度下截面竖向位移与扭转畸变角的变化规律,并评估不同截面形式对箱梁抗扭性能的影响。研究结果表明:在偏载作用下,带有横隔板的箱梁以产生截面整体扭转为主;腹板参数对箱梁抗扭性能有较大影响,合理调节中腹板间距和厚度均可提高箱梁抗扭刚度。中腹板间距d=10.0 m的箱梁截面抗扭刚度较d=0.0 m的提升了15.7%;中腹板厚度t_(3)=0.0 m的箱梁截面抗扭刚度较t_(3)=0.60 m的提升38.2%。同时,腹板数量的增加可以改善箱梁的抗弯性能,提高箱梁顶底板之间的联系,从而提升箱梁整体稳定性。该结论可为类似箱梁截面设计提供理论参考。

开口截面热轧H型钢抗扭设计的探讨

工业厂房二次钢结构设计过程中,常会遇到钢平台上生根支架的情况。支架对钢平台有三个方向的作用力,三个方向的弯矩(其中一个为扭矩)。由于扭矩作用产生的翘曲正应力较大,钢梁的抗扭能力较小,这里对钢梁抗扭进行分析探讨。另外,对抗扭计算中刚接、铰接节点选用进行讨论说明。本文通过SAP2000,建立模型,进行单元划分计算,提取应力及变形等计算结果,对钢梁抗扭及刚接、铰接节点选用进行研究分析,并给予一些实用的设计方法,以供参考。

型钢混凝土纯扭构件抗扭刚度研究

为研究型钢混凝土纯扭构件的抗扭刚度和影响因素,对5根(3种)型钢混凝土试件和2根钢筋混凝土对比试件进行了纯扭矩加载试验,记录了梁的受力过程和破坏形态,绘制了扭矩-单位扭转角的斜率与扭矩的变化曲线。试验结果表明:在纯扭矩作用下,型钢混凝土构件的抗扭性能较相同参数的钢筋混凝土构件抗扭刚度大、抗扭性能好,其抗扭刚度退化较钢筋混凝土构件抗扭刚度退化缓慢;配置型钢、增大构件截面尺寸和增大配筋率均可以提高构件的抗扭刚度和性能。型钢混凝土构件较具有相同参数的钢筋混凝土构件在纯扭矩作用下具有更好的抗扭性能。

高层建筑的扭转破坏机理与抗扭措施

国内外历次震害表明,建筑物因扭转破坏占地震破坏的比例非常大,随着高层建筑结构平面,立面的多样化和复杂化,不规则结构的扭转破坏问题日益凸显。为了减轻地震时的扭转破坏,本文运用satwe软件,分别采用四种方案对周边构件进行刚度调整,得出加大离刚心最远处构件的刚度,最能有效地减轻扭转效应,并根据扭转机理提出了一系列的抗扭措施为工程设计提供依据。

钢梁抗扭设计方法探讨

针对钢梁扭转受力特点,应用概念设计和计算分析解决钢梁的抗扭设计问题,归纳总结钢梁抗扭概念设计的处理方法,并提出弯、剪、扭共同作用下钢梁的强度计算方法。

掺钢纤维无配筋UHPC矩形梁抗扭性能试验研究

为研究掺钢纤维无配筋超高性能混凝土(UHPC)矩形梁的抗扭性能,分析钢纤维类型对梁体纯扭受力行为的影响,设计制作4根UHPC矩形梁[包括未掺钢纤维试件1根;掺短圆直、长圆直、端钩钢纤维试件各1根(钢纤维长分别为13,20,13 mm,直径均为0.2 mm,体积掺量均为2%)],并设计1套纯扭加载装置进行试件纯扭试验。基于试验结果,分析各试件在纯扭作用下的扭矩~扭率曲线、开裂和极限扭矩、扭矩~应变曲线、裂缝分布等,并推导UHPC矩形梁的抗扭承载力计算公式,将计算值与试验值进行对比验证。结果表明:掺入钢纤维使UHPC试件由脆性破坏变为延性破坏,且开裂和极限扭矩均有明显提升,最大提升幅度分别为45.6%和100.6%;当体积掺量不变时,钢纤维类型对无配筋UHPC梁开裂扭矩和扭率影响较小,但对极限扭矩和扭率以及裂缝分布有较大影响;掺端钩纤维试件和掺长圆直纤维试件的抗扭承载力和延性均优于掺短圆直纤维试件;掺钢纤维UHPC梁在纯扭作用下的主拉和主压应变显著高于未掺试件,表明钢纤维可以有效“桥联”UHPC基体;试件的抗扭承载力试验值和计算值比值的平均值为0.93,标准差为0.09,说明提出的抗扭承载力计算公式具有良好的精度。建议实际工程中的无筋或少筋UHPC构件采用端钩或长圆直纤维,以改善结构的抗扭延性和裂后承载力。

高架桥弯梁抗扭稳定性分析

依据淮河入海水道高架桥工程,采用空间有限元数值方法,构建了全桥的空间仿真模型,分析了多跨独柱墩弯梁桥的抗扭稳定性。考虑了引起弯梁抗扭稳定性的主要影响因素,如弯梁恒载、温度效应、车辆的偏心行驶等,并分析了这些因素组合时对弯梁的影响。结果表明,弯梁桥的抗扭稳定性主要表现在弯梁的扭转变形和支座的支反力上,特别是要设计合理的支承方式,避免支座出现脱空现象。

薄壁箱梁截面抗扭参数的简化计算方法

通过对薄壁箱形截面杆件扭转特性的分析,提出利用空间有限元分析软件的分析功能来计算薄壁箱梁截面几何特性参数的新途径。建立空间悬臂梁模型,其截面为所要计算的薄壁箱形截面,在梁悬臂端施加集中扭矩,根据分析求得梁悬臂端相邻截面的扭转角和截面变形,即可推算出该薄壁箱形截面的抗扭参数。为提高计算精度,可按精确截面形式输入。结果表明:该方法的实施过程简单,计算结果精度高,用户借助于自己熟悉的任何空间有限元分析软件均能实现这一功能。

钢-混凝土组合箱梁的抗扭强度

共进行了9根钢-混凝土组合箱梁的扭转试验,其中4根用于研究纯扭性能,5根用于研究弯扭性能,初步掌握了该类型梁的抗扭机理。组合箱梁截面通过两种机制抵抗截面扭矩:U形钢梁和混凝土翼板组成的组合箱形截面(称为组合抗扭),及混凝土翼板开裂后形成的等效箱形截面(称为混凝土翼板抗扭)。组合箱梁在扭转中,截面上存在组合作用,即混凝土翼板和钢梁间存在相互约束作用。U形钢梁的抗扭贡献在于:它不仅作为组合箱形截面的重要组成部分,自身承担较大的扭矩,而且向混凝土翼板提供纵向约束,抑制混凝土裂缝的开展。在试验分析的基础上,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型,建立了适于分析钢-混凝土组合箱梁复合弯扭强度的三维桁架模型。该模型充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程,可以较准确地用于预测组合箱梁的极限强度。此外,还对组合箱梁的弯扭相关强度进行了研究。

钻杆接头双台肩抗扭应力分析

钻杆工具接头的抗扭强度普遍低于管体,为满足使用需要,考虑选择非API双台肩高抗扭矩接头。为此,使用I-DEAS和MARC两个大型有限元分析软件,在SGIINDIG02IMPACTR10000型工作站进行计算机仿真,对S-135钻杆接头双台肩齿面与台肩部位应力分布进行分析,并将计算结果与API标准接头进行对此。结果表明,双台肩工具接头的抗扭能力是API标准接头的1.5倍。

压扭作用下混凝土异形柱的抗扭性能

为考察轴压比、截面形状、配筋情况对异形柱抗扭性能的影响，对9根混凝土异形柱在压力和扭矩共同作用下抗扭性能进行研究。试验结果表明：轴压比对钢筋混凝土异形柱的抗扭性能影响较大，异形柱的开裂扭矩和极限扭矩随轴压比的增加而增大。轴压比为0．189和O．314的L形柱的开裂扭矩较轴压比为0．063的提高了23．7％和74．O％，极限扭矩提高了14．2％和38．7％。轴压比为0.314的T形柱的开裂扭矩和极限扭矩较轴压比为0．189的分别提高了71．0％和16．0％。配置钢筋能显著提高素混凝土异形柱的开裂扭矩、极限扭矩和极限扭转角。轴压比为O．189的配筋L形柱、T形柱和十字形柱较相应的素混凝土异形柱的开裂扭矩分别提高了40．8％，18．9％和26．2％；极限扭矩分别提高了102．0％，106．1％和63．9％；极限扭转角分别提高了486．1％，469．4％和494．0％。轴压比、横截面面积和配筋率均相同时，异形柱的开裂扭矩从大到小依次为L形柱，T形柱，十字形柱。十字形柱和T形柱的极限扭转角较L形柱大34．6％-44．3％。

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的模型试验

对碳纤维布(CFS)加固复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行试验研究。设计制作4根矩形钢筋混凝土箱梁模型和1套抗扭试验装置,对其中3根箱梁采用不同方式的CFS加固,并对4根箱梁进行不同弯剪扭复合受力下抗扭性能的模型试验;根据试验结果对比分析加固后箱梁承载力的提高和刚度的变化,从而得出CFS的加固效果;深入研究加固后箱梁纵筋和箍筋的应力变化以及CFS的应变情况,从而得到CFS加固提高箱梁抗扭承载力的工作机理;应用变角度空间桁架模型对箱梁模型的抗扭承载力进行理论计算,并与试验结果进行比较,理论值与试验值符合较好,其比值的平均值为1.076,标准差为0.0692,变异系数为0.0643。最后得出结论,CFS加固能有效地提高弯剪扭复合受力下箱梁的抗扭承载力,利用变角度空间桁架模型能较精确地计算CFS加固的箱梁的抗扭承载力。

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明:隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。

钢-混凝土组合梁抗扭特性研究

通过４根组合梁的纯扭试验，并参考另外已有的４根组合梁的试验结果，讨论了受扭组合梁的破坏形态。根据软化桁架模型理论，通过平衡、变形和协调条件，建立了组合梁抗扭特性分析的方程式，并给出了一种计算组合梁抗扭特性（抗扭强度、扭转角、开裂角、钢筋和混凝土应力、应变等）的简化算法，结果表明：理论值和试验值符合较好，可供组合梁的抗扭设计使用。

复合受力下混凝土箱梁抗扭承载力计算方法与试验研究

以修正斜压场理论为基础 ,建立了复合受力下混凝土箱梁抗扭承载力的实用计算方法 ;通过 1 2根混凝土箱梁试验和相关资料的对比分析 ,表明该方法具有较高的计算精度。

钢筋混凝土复合受扭构件抗扭承载力统一方程的研究

钢筋混凝土压弯剪复合受扭构件的受力性能非常复杂,其计算模型多样化,承载力计算结果具有很大的离散性.采用变角空间桁架理论对复合受扭构件进行受力分析,推导出了复合受扭构件抗扭承载力基本式.考虑构件形式、加载方式的影响,以混凝土轴心抗压强度为参数,建立了新的抗扭承载力统一方程.通过对不同强度、不同受力方式、不同加载制度共59根复合受扭试件的受扭承载力进行计算,并与美国ACI规范、我国现行混凝土设计规范进行对比,结果表明统一方程计算得到的承载力理论值与试验值吻合较好.

新型定向钻杆接头HLBT-8A的抗扭性能分析

阐述了新型定向钻杆接头HLBT-8A的基本结构和设计思想,并对该新型钻杆接头的最大屈服上扣扭矩进行了近似计算,运用有限元方法对该接头的上扣性能进行了分析,重点分析了主台肩、副台肩及螺纹所分担扭矩的情况,得到了该接头上扣扭矩-圈数曲线图,并通过全尺寸试验进行了验证。计算和试验结果表明,该接头具有先进的螺纹形式和合理的扭矩台肩结构,具有优良的抗扭性能、合理的应力分布,研究结果可以为开发更多适合工程实际需求的特殊螺纹钻杆接头提供参考。

大位移井超高抗扭双台肩钻杆接头的设计

为解决大位移井钻杆接头剪切失效的突出问题,根据钻杆接头受扭时的变形协调关系,设计出一种高抗扭双台肩钻杆接头,其结构特征为:主、副台肩长,螺纹锥度小以及牙底圆角半径大。首先基于虚功原理、Von Mises屈服原则以及接触非线性理论,建立该钻杆接头的三维数值仿真模型;然后利用正交优化方法,对其关键结构参数进行正交优化,获得了该钻杆接头关键结构参数的最优组合为:锥度1︰16、螺距6.55 mm、导向面角度29°、承载面角度28°、牙高3.755 mm。进而采用Abaqus和Fe-safe对比计算了该钻杆接头与API钻杆接头的承载性能和疲劳性能。结果表明:①该钻杆接头与API钻杆接头相比,抗拉性能提高10.65%,抗扭性能提高62.5%,抗弯性能提高2.75%,抗压性能提高52%;②该钻杆接头比API钻杆接头的拉压疲劳寿命提高1.19倍,弯曲疲劳寿命提高1.74倍,扭转疲劳寿命提高550倍,复合疲劳寿命提高28.79%。结论认为,该钻杆接头在不降低抗拉能力、抗弯能力和抗压能力的前提下可以大幅提高抗扭能力,可更好地满足大位移井的钻井条件。