预应力螺栓连接钢板约束混凝土圆柱轴压性能研究

螺栓连接钢板(BST)约束混凝土圆柱,由于钢板可拆卸及更换,较钢管约束混凝土具有更好的可恢复性。以BST约束混凝土圆柱为研究对象,提出在两片拼装钢板间预留间隙,并拧紧螺栓而对其施加预压应力的方法。以施加的预压应力和径厚比为参数,对6根BST约束混凝土圆柱及1根无约束混凝土圆柱进行轴心受压试验。结果表明,预留间隙并拧紧螺栓的方法能对核心混凝土有效施加预压应力,使钢板在加载前即对核心混凝土形成有效约束。相较于无约束混凝土圆柱,同条件的施加预压应力的BST约束混凝土圆柱峰值应力最大提高74.5%,且残余强度最大能保持在峰值应力的92.3%。相较于未施加预压应力的BST约束混凝土圆柱,施加预压应力的BST约束混凝土圆柱预压应力越大,峰值应力越大,最大可提高18%;径厚比越小,BST约束混凝土圆柱峰值应力越大,但随着预压应力增大,峰值应力提高的幅度降低。

多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱轴压性能有限元分析

为了研究新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的力学性能,本文在其轴压试验的基础上,采用基于试验提出的约束混凝土本构模型,并利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,讨论箍筋间距、箍筋强度、箍筋形式及混凝土强度对约束混凝土方柱轴压性能的影响。结果表明,数值模拟的多螺旋复合箍筋约束混凝土轴压方柱的应力-应变曲线与试验曲线拟合较好,验证了本文所提本构模型的适用性及所建有限元模型的合理性;多螺旋复合箍筋明显提高了约束混凝土方柱的强度和延性性能,约束效果好于传统井字形复合箍筋,且五螺旋复合箍筋的约束效果要好于四螺旋复合箍筋。

基于数值模拟的蜂窝钢管约束混凝土靶抗侵彻机理

多孔蜂窝钢管约束混凝土靶具有良好的抗侵彻性能和拓展性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用FEM/CSCM-SPH/HJC耦合法,模拟了多孔蜂窝钢管约束混凝土靶抗硬芯枪弹侵彻过程,研究了蜂窝钢管约束混凝土靶的抗侵彻机理。结果表明:与单孔正六边形钢管约束混凝土靶和无约束混凝土靶相对比,蜂窝钢管约束混凝土优异的抗侵彻性能主要体现在隧道侵彻阶段,表现为限制弹丸头部附近混凝土的径向膨胀,增大侵彻阻力;对比单孔正六边形钢管约束混凝土靶,蜂窝钢管约束混凝土靶周边单元为钢管提供了支撑,限制了钢管壁的面外弯曲变形,强化了钢管的约束效应,即形成周边单元的附加约束作用;对比无约束混凝土靶,钢管的存在限制了蜂窝钢管约束混凝土靶被打击单元的径向膨胀,强化了被打击单元混凝土的围压效应,提高了混凝土的强度和变形性能,增大了弹丸的侵彻阻力,从而使其抗侵彻能力提高。因此,蜂窝钢管约束混凝土靶由于蜂窝钢管的侧向约束和周边单元的附加约束双重约束效应而体现出良好的抗侵彻性能。

基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。

基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括:通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明:FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。

基于修正型钢约束混凝土本构的T形配钢型钢混凝土柱静力分析

T形配钢型钢混凝土(SRC)矩形截面柱能较好地符合边柱实际非对称受力特征,具有重要的工程应用价值。考虑型钢压屈约束效应退化,修正Mander本构模型的下降段,构造约束混凝土受压本构新模型,并将修正的本构模型应用于T形配钢SRC柱的静力分析,讨论长细比和荷载偏心率对柱受力性能的影响。结果表明,修正后约束混凝土本构模型较符合型钢混凝土实际应力-应变特征;长细比的增大使T形钢由局部屈服转变为整体屈服,构件极限承载力略有降低;荷载偏心率的增大使T形配钢SRC柱由小偏心受压破坏发展为大偏心受压破坏,构件极限承载能力降低,但延性保持良好。

纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展

针对不同腐蚀环境、不同温度、不同作用方式等多个方面开展了对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱耐久性的研究综述,对不同因素作用下FRP约束混凝土柱的抗压强度保留率进行拟合,分析了不同因素对FRP约束混凝土柱力学性能的影响,以期为后续FRP约束混凝土柱耐久性研究及实际应用提供参考。

新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能试验研究

为更有效探讨新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能,对8根配置多螺旋复合箍筋的混凝土方柱进行了单向轴心受压试验,观察混凝土方柱的破坏过程和破坏形态,探讨了新型多螺旋复合箍筋约束混凝土柱的应力-应变关系曲线,对比分析了箍筋间距、箍筋强度和箍筋形式等因素对混凝土柱强度和延性的影响。结果表明:新型多螺旋复合箍筋可以有效提高钢筋混凝土方柱的强度和延性性能,当箍筋配置合理时,四螺旋复合箍筋柱的峰值强度可提高2倍,五螺旋复合箍筋柱的延性比可达1.98;该类型柱的约束效果要好于传统井字形复合箍筋柱,且五螺旋复合箍筋的约束效果强于四螺旋复合箍筋柱;该类型试件的强度和延性性能会随着箍筋间距的减小而提高,随着箍筋强度的提高而提高,且小间距高强度箍筋约束混凝土试件的应力-应变关系曲线下降段更平缓,变形性能更好;矩形外箍的应力增长要高于螺旋内箍,当试件达到峰值荷载时,普通强度箍筋均屈服,而高强箍筋大部分未屈服,可为试件达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能提供一定的安全储备。

考虑箍筋锈蚀影响的约束混凝土抗压强度模型

基于加速锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获取了36组不同锈蚀程度条件下箍筋约束混凝土的抗压强度试验数据,分析了配箍形式和箍筋质量锈蚀率等因素对抗压强度和破坏形态的影响规律,结合混凝土材料的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束混凝土的抗压强度模型,并验证了模型的有效性。分析表明:随着箍筋质量锈蚀率的增大,约束混凝土的抗压强度逐渐减小;当配箍形式相同时,箍筋间距越大,箍筋质量锈蚀率对抗压强度的影响越显著;当箍筋间距相同时,箍筋质量锈蚀率对配置方形箍试件的抗压强度影响程度大于配置棱形箍试件;当箍筋质量锈蚀率分别约为16.7%、10.0%和30.0%时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂。

BFRP筋增强螺旋箍筋区域约束混凝土梁的抗剪性能试验研究

FRP筋可有效解决普通混凝土梁中的钢筋锈蚀问题,但是FRP筋混凝土梁的剪切破坏是脆性破坏,抗剪延性小。本文将区域约束技术应用到BFRP筋混凝土梁中,利用BFRP增强箍筋对剪压区混凝土进行约束。通过进行1根空白梁与4根约束梁的抗剪对比试验,研究约束螺旋箍筋的配箍率、剪跨比等因素对梁的极限荷载、破坏形态、延性的影响规律。研究显示在剪压区采用区域约束箍筋后,梁的抗剪延性得到明显改善,并且改变了梁的破坏形态,抗剪承载力随着剪跨比的提高而下降。

钢管约束混凝土组合结构研究现状

钢管约束混凝土(steel tube confined concrete, STCC)组合结构,就是在钢管内部浇筑混凝土,通过构造作用(在柱端将钢管断开)使得荷载仅施加在核心混凝土上。由于钢管只对核心混凝土起约束作用,不承担纵向荷载,从而有效地提高了混凝土的抗压强度和延性,钢管约束混凝土具有承载力高、延性好、施工方便、经济性能显著等优点。首先回顾了钢管约束混凝土组合结构的发展历史,然后从构件、节点和结构三个方面综述了钢管约束混凝土组合结构的研究现状、主要的理论发展和技术成果,最后总结了现有研究的不足。总之,建议提出更多材质、更多构造的金属管约束混凝土结构新体系,进一步研究该类结构的关键构造和动力特性,提出切实可行的设计方法并形成统一的设计规范。

FRP约束混凝土柱的修正Drucker-Prager模型

Drucker-Prager(DP)模型中,摩擦角和内聚力相关的参数决定屈服、硬化软化准则,与膨胀角相关的参数决定流动法则。通过对试验样本数据的分析,确定了摩擦角的影响因素,将摩擦角定义为塑性应变的函数;进而由DP模型的屈服准则更新了内聚力模型。通过计算侧向塑性应变与轴向塑性应变的比率,建立了考虑约束刚度比的膨胀角模型。基于ABAQUS中的USDFLD子程序对修正后DP模型参数实现自定义,结果表明提出的修正后的DP模型可以很好地预测FRP约束混凝土柱的应力-应变响应,具有一定的精度。

钢-FRP复合约束混凝土隧道衬砌管片力学性能试验研究

提出了一种新型隧道衬砌管片--钢-FRP复合约束混凝土(Multi-Cell steel tube-Sandwich Concrete-FRP tubeCore concrete,MCSCFC)管片。MCSCFC管片由以下四个部分组成:多腔方钢管、夹层混凝土、纤维增强复合材料(FRP)管、核心混凝土。为研究均匀围压状态下MCSCFC管片与传统钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)管片力学性能的差异,本文以FRP管厚度为变量,共设计制作了4个管片模型试件(3个MCSCFC管片,1个RC管片),随后对4个管片模型试件开展均匀围压状态下的力学性能试验研究,分析试件的破坏模式、荷载-位移关系以及荷载-应变响应。研究结果表明:①MCSCFC管片表现出明显的屈服后硬化行为;②相比RC管片,MCSCFC管片在厚度减薄39.4%的情况下,极限承载力提升41.8%。

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象,研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理,分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究,进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明,圆钢管对核心混凝土约束作用强,试件极限承载力较高,其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著,极限承载力大于圆钢管柱;CFRP约束后,极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱,试件极限承载力较低,且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱;CFRP约束对其极限承载力无明显提高,但有效改善了其延性。

基于ABAQUS的约束混凝土破坏特征数值仿真教学平台

数值仿真试验作为土木工程试验的一个重要手段,越来越多地应用于土木水利类研究生的教学体系。将ABAQUS数值模拟技术引入土木工程有限元课程中“约束混凝土破坏特征”的教学内容,通过Python语言二次开发,借助VUMAT单元删除功能,建立约束混凝土破坏试验参数化仿真系统,实现荷载作用下约束混凝土破坏全过程模拟。通过试验数据分析与模拟结果对比,验证了数值仿真平台的合理性。学生可以通过该平台的交互式窗口输入数据实现自动建模分析,丰富了课程教学内容,为今后的实验教学提供了新思路。

FRP约束混凝土轴压本构模型演进逻辑与研究进展

FRP约束混凝土力学行为的影响因素包括约束方式、材料类型、铺层厚度、核心混凝土强度以及尺寸效应和形状效应。FRP约束混凝土的本构模型研究遵循内在的演进逻辑,研究方法包括试验统计法、理论研究法、数值分析法等。随着FRP材料性能的提升和新型FRP材料的出现,新理论、新方法被不断引入FRP约束混凝土的研究,新成果、新技术必将不断被应用于土木工程实践。

角钢-区域约束混凝土梁抗弯性能研究

区域约束混凝土是新提出的概念,通过对混凝土局部区域加强约束有利于提高混凝土的抗压强度和变形能力,从而提高混凝土构件承载力。本文提出角钢区域约束混凝土梁结构,为研究角钢区域约束混凝土梁抗弯承载力,设计4个普通钢筋混凝土梁和4个角钢区域约束混凝土梁构件,并运用ABAQUS软件进行数值模拟分析,并将普通钢筋混凝土梁数值模拟结果与实验进行对比。研究表明:RCC(regional confined concrete)和NCC(normal confined concrete)在钢材用量相同情况下,NCC、RCC底部纵筋分别配制2C14、2C16、2C20、2C22时,RCC承载力较NCC承载力分别提高了19.9%、18.1%、9.5%和5.8%,随底部纵筋配筋的增加,承载力提高幅度降低;构件从加载到破坏过程中RCC的箍筋拉应力小于NCC的箍筋应力,但RCC受压区混凝土抗压强度大于NCC受压区混凝土抗压强度,表明RCC配筋形式对混凝土约束效果优于NCC。

FRP约束混凝土圆柱应力和应变模型探讨

以FRP约束混凝土圆柱约束机理为基础,分析了FRP约束混凝土应力和应变模型的类型、结构、特点及其影响因素,进而对约束混凝土的侧向约束力和侧向膨胀系数等进行了探讨。

大轴压比下FRP约束混凝土柱滞回性能试验研究

以轴压比和含FRP率为基本参数,进行了4根FRP约束圆钢筋混凝土柱以及3根圆钢筋混凝土柱滞回性能的试验研究,分析了轴压比和含FRP率对构件承载力、延性、刚度以及耗能性能等的影响。

FRP约束混凝土柱发展现状简述

作为一种在土木工程中开始被广泛应用的新型结构材料,FRP具有轻质、高强、抗腐蚀和耐疲劳等优点,近年来备受国内外土木工程界的关注。简要介绍了FRP约束混凝土在土木工程中的应用,并对其研究现状进行简述,最后探讨了值得进一步深入研究的若干关键问题。