拼接成型UHPC免拆模板钢筋混凝土柱的抗震性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)免拆模板钢筋混凝土(URC)柱的抗震性能,选取UHPC免拆模板拼接方式和表面处理方式为试验设计参数,制作并完成了9个URC柱和1个钢筋混凝土(RC)柱的拟静力加载试验。模板拼接方式为螺栓加角钢连接、螺栓连接和环氧树脂砂浆连接;表面处理方式为光面处理、气泡膜印花处理和设肋处理,通过拟静力试验研究了模板拼接方式及表面处理方式对该类柱抗震性能的影响。此外,基于平截面假定,提出了URC柱的正截面偏压承载力计算式。结果表明:峰值荷载前,UHPC模板与核心混凝土黏结面无明显破坏,URC柱表现出良好的整体性,尤其是采用螺栓加角钢连接的URC柱,即使加载至极限位移时,也没有发生界面黏结失效破坏;与普通RC柱相比,URC柱的承载力提高了6.4%~43.3%,延性提高了11.4%~48.7%,耗能能力提高了27.7%~85.3%;三种连接方式中,采用螺栓加角钢连接的URC柱承载力最高,连接最可靠。最后,基于平截面假定提出的公式计算值与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考。

基于Arduino的SMA丝材智能修复损伤钢筋混凝土梁试验研究

为修复钢筋混凝土梁在使用阶段中由于材料老化、裂缝开展等原因造成的损伤,提出一种基于Arduino智能平台和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA,具有形状记忆效应和超弹性特性)的智能修复控制系统,根据挠度及裂缝控制原理,设计智能修复控制装置。该装置由输入模块、处理模块和输出模块组成,当检测到钢筋应变超过限值时,输出模块升高SMA丝材温度对梁体进行修复。为验证该智能修复装置的修复性能,设计对比梁A(无修复装置)与试验梁B(加装智能修复控制装置),在加载过程中对试验梁B进行3次修复,对2根梁的跨中挠度、钢筋应变及裂缝宽度等进行对比分析。结果表明:破坏时试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度均小于对比梁A,并且在3次修复中试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度和钢筋应变最大回复率分别为31.0%、47.0%和71.5%。说明该智能修复控制装置可以监测试验梁受损情况并激发SMA材料对试验梁实施修复,实现钢筋混凝土梁的智能修复。

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明:试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%~72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。

钢筋混凝土拱桥加固施工次序方案及效果评价

为研究钢筋混凝土拱桥最优的加固施工次序,以一座在役4跨箱形拱桥的加固方案为背景,设计了3组针对性的加固方案,并对不同拆除加固施工次序下的主拱圈力学性能进行了分析;采用恒载应力变化率(αD)和荷载效应变化率(αN)评价了施工中拱圈的应力变化规律及加固后原拱圈的荷载效应。研究结果表明:拱上结构的拆建次序对加固后主拱圈的力学性能影响较小,但对加固过程中主拱圈的受力状态影响较大;拱顶对称拆除时αD<0,结构处于“卸载”状态,有利于拱桥施工中的受力;αN随着拱上结构恒载减小而增大,且增速减缓,故加固层材料利用率也随拱上结构恒载减小而增大,且增幅变缓;αN越大,则加固效果越好。

温度与荷载共同作用下钢筋混凝土桩的细观损伤

为探究港口码头不同环境因素对码头桩身材料特性的劣化影响而降低桩身承载能力,通过颗粒流分析程序(particle flow code 3D,PFC3D)建立三维颗粒流离散元钢筋混凝土桩模型开展研究。对温度-应力模型进行建立,选取热学参数,构建了温度热管模型,通过分级加热,得到了钢筋混凝土桩的横向拉伸应变、纵向压缩应变以及微裂缝生长数量随温度变化曲线;调整模型混凝土粗骨料占比与强度等级,研究其对钢筋混凝土桩受热损伤的影响;通过施加温度场的模型进行水平加荷载后,得到的应力应变曲线;基于模型微裂隙数量的损伤变量,并构建了损伤变量-轴向应变曲线,进一步分析了温度-荷载共同作用的损伤规律。结果表明:混凝土轴向压缩应变和横向拉伸应变会随温度的增加而逐渐升高,细观微裂隙数量会随温度的升高而增长;粗骨料占比升高会使受热初始损伤增加;温度的升高,材料的宏观力学性能出现了不同程度的降低。

问题导向与成果导向相融合的钢筋混凝土结构设计原理课程教案设计

综合考虑钢筋混凝土结构设计原理课程章节内容较多的问题,进行合理的课程教案设计是目前较好地教授这门课的方法之一。首先,基于问题导向,总结各章节教学内容需要解决的关键问题;然后,基于成果导向,以问题导向中的各个关键问题为教学成果,开展各个章节的教案设计;最后,将钢筋混凝土结构设计原理课程中的主要章节内容整理成易于教学的教案,从而提升教师的教学能力和提高学生接受知识的能力。问题导向与成果导向相融合的教案设计方法可为土木工程专业其他相关课程的教案设计提供参考。

锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁寿命预测及敏感性分析

为了探究锈蚀和疲劳作用后钢筋混凝土梁的长期性能,基于试验建立了钢筋混凝土梁含初始损伤的长期性能计算模型.基于该模型建立了锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟研究了梁长期性能的时变可靠度并进行了寿命预测,分析了设计参数和初始损伤对梁使用寿命的影响,研究了试验梁满足100 a使用寿命的临界服役条件.结果表明,锈蚀和疲劳作用会严重削弱钢筋混凝土梁的长期性能,仅含4%锈蚀率和15%疲劳损伤梁的长期性能难以满足服役要求.增加梁的截面高度和钢筋截面面积可以有效地提高梁的长期性能,增大梁的截面宽度只能改善初始损伤小的梁的长期性能.

钢筋混凝土结构移动式精准检测技术开发

无损检测技术是一种在不损害材料及结构服役性能的前提下,对其性质进行评估和测量的检测技术。然而,随着无损检测技术的发展和实践,结构内部的复杂损伤检测缺乏多层次精准性成为该领域的难点和核心问题。该文旨在结合国内外的研究成果,对无损检测技术的发展、分类和挑战进行梳理和分析,并在此基础上,介绍作者研究团队建立的一套由宏观到细观,再到内部的全面精准检测系统研究成果。针对表面宏观识别与细观定量识别,作者团队开发了表观病害视觉检测技术,包括构建的空间基准点自动追踪融合和亚像素级病害分割的全景图像快速拼接及表观病害厘米级定位方法,以及提出的全景图像中0.05 mm~0.2 mm多尺寸微细裂缝同步识别及真伪判别的人工智能算法。针对结构内部损伤识别,作者团队首创了智能变频敲击声波扫描及各类损伤精准识别新原理,发明建立了自适应激励分布移动敲击声波的损伤检测评估理论方法、声波及声纹图像特征人工智能算法及智能装备关键技术。经过实验验证,裂缝检测中宽度为0.05 mm时最大深度可达40 mm,剥离检测中最大深度可达400 mm,最小识别范围为50 mm。

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

钢筋混凝土现浇楼板裂缝原因分析与治理策略

针对钢筋混凝土现浇楼板裂缝问题,分析了施工原材料和施工工艺等因素的影响,探讨了裂缝的治理策略,包括加强施工管理、采用适当的混凝土配合比和钢筋配置、补修和加固等措施。案例工程的实践表明:对于钢筋混凝土现浇楼板裂缝问题应采取综合治理措施,不仅要关注材料和施工工艺控制,还需对结构设计和后期养护进行全面考虑。只有这样才能够有效地解决钢筋混凝土现浇楼板裂缝问题,提高建筑物的安全性和使用寿命。

钢筋混凝土连续梁抗连续倒塌压拱机制的数值分析

为了验证既有结构抗连续倒塌压拱(compressive arch action,CAA)机制理论在工程尺度中的适用性问题,基于有限元分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土连续梁的全精细数值模型,并通过已有实验验证了该模型的可靠性。基于该模型建立9个足尺结构的数值模型,考虑了工程常用的截面高度、跨度和配筋率。基于数值模拟的结果,分析了上述结构参数对CAA机制发展的影响。结果表明:随着配筋率的增大,CAA机制对结构抗连续倒塌的增强作用逐渐降低;在9~12的跨高比范围内,CAA机制对结构抗连续倒塌的增强作用提升,而在12~15的跨高比范围内,增强作用降低。

考虑混凝土细观非均质性的钢筋混凝土结构疲劳寿命预测概率模型

本工作考虑混凝土细观非均质性,将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了疲劳损伤混凝土中氯离子扩散的三维细观数值分析模型。研究表明,随着疲劳荷载水平、水灰比、温度的升高以及暴露时间的延长,混凝土内氯离子浓度显著增加,但同一深度处氯离子浓度不尽相同。根据K-S检验,在5%显著性水平上,混凝土内某一深度的氯离子浓度遵循混合正态分布。据此提出了结构疲劳寿命预测概率模型,发现结构失效概率随疲劳寿命的延长而增大,且疲劳应力水平、水灰比、温度的降低以及暴露时间的减少均可使结构失效概率降低,结构在服役期间承受的疲劳应力水平不宜超过0.4(失效概率10%和200万次疲劳寿命)。此外,基于上述模型,对我国四个沿海城市混凝土结构的疲劳寿命进行了预测,并提出了相应的耐久性建议。

基于声发射技术的高强全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性研究

为了探究全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性,设计了3种不同配筋率(0.85%、1.13%和1.41%)的高强全珊瑚钢筋混凝土板构件.结合声发射技术,开展了全珊瑚混凝土板构件四点弯曲加载试验,揭示了配筋率对高强全珊瑚钢筋混凝土板力学性能的影响.基于声发射参数速率过程理论,建立了损伤定量评估模型,并进一步提出了可用于工程实践的损伤评估准则.结果表明:随配筋率增大,高强全珊瑚混凝土板构件起裂荷载、起裂时间与峰值荷载均增大,但中心挠度降低了11.29%;单位时间声发射参数变化均存在2个峰值区,可作为板构件的起裂评判和破坏预兆;根据声发射参数累计值变化可将高强全珊瑚混凝土板构件破坏过程划分为轻度(<0.35)、中度(0.35~0.66)、高度(0.66~0.84)和重度(>0.84)损伤4个程度.所建立模型适用于不同配筋率的全珊瑚混凝土板构件损伤评估.

钢筋混凝土拱桥主拱圈加固方式及效果研究

目的 寻求钢筋混凝土拱桥主拱圈最佳加固方式,以改善加固效果,给同类危旧拱桥加固提供参考。方法 基于某实际加固桥例提出3种不同卸载方式的加固改造方案,采用Midas civil软件建立有限元模型,分析不同加固方式的影响规律;对原拱圈初始应力水平、施工阶段内力、成桥状态下应力、内力及挠度进行分析;利用加固层最大应力比、荷载置换率和挠度变化率对加固效果进行评价。结果 方案三的加固层最大应力比分别比方案一、二大45.12%与52.74%,荷载置换效果最显著,最大值达3.82,挠度变化率最大。结论 选择拱上建筑拆除得越多的方式进行加固,加固效果越好;对钢筋混凝土拱桥进行加固时,应基于加固方式制定加固施工方案,同时需考虑施工工期与加固成本。

爆炸载荷作用下钢筋混凝土预应力T梁桥毁伤模式研究

目的研究不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应,为钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤评估及打击决策提供参考。方法通过数值仿真研究某弹药装药空中爆炸、接触爆炸和内爆炸3种打击模式下,钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应。结果不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤模式差异较大:空中爆炸和接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形;内爆炸桥梁除桥面发生层裂破碎外,T梁腹板及横隔梁也发生外凸变形、混凝土崩塌破坏等。结论半密闭空间内爆炸T梁桥的毁伤效果要优于桥面接触爆炸和空中爆炸。

基于ANN和XGB算法的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测方法

为准确评估锈蚀钢筋混凝土(CRC)结构在突发火灾下的结构承载力,锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度的统一预测方法研究亟待开展。然而,粘结退化机理复杂,粘结因素众多,实验方法不能考虑所有粘结因素的相关复杂关系的影响。在现有大量试验数据的基础上,采用机器学习方法可以有效地通过数据建立输入和输出特征之间的回归关系。该文利用ANN和XGB两种机器学习算法建立了一个统一的锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测模型。基于612组高温锈蚀钢筋混凝土的试验研究数据,进行模型训练和测试。结果表明:ML模型的预测结果与实验结果十分吻合。此外,针对机器学习算法本身存在的黑盒子问题,使用SHAP方法来解决锈蚀钢筋混凝土高温粘结强度预测过程中的模型可解释性问题。同时,还将ML模型的计算结果与三种理论计算公式的结果进行了比较,结果表明:ML模型具有明显的优势。新构建的混合机器学习模型很有可能成为准确评估CRC结构经受高温后的损伤程度问题的新选择。

钢筋混凝土薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法

针对我国现行抗震设计规范尚未明确给出钢筋混凝土(RC)薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法的问题,首先收集整理了既有RC桥墩塑性铰长度计算方法以及试验数据,分析影响塑性铰计算长度的主要因素;同时对实际桥梁工程采用的RC薄壁空心墩构造参数进行统计归纳.在验证有限元建模方法准确性后,采用ABAQUS软件建立了高度为40~120 m的8种典型RC薄壁空心高墩的精细化有限元模型,并开展非线性推覆分析,得到不同高度桥墩的等效塑性铰长度.最后讨论不同塑性铰长度计算方法的适用性,发现Eurocode 8规范的计算公式精度最高,可用于计算RC薄壁空心高墩的塑性铰长度.

铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

针对钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型,将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明:相较于扇形铅黏弹性阻尼器,改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能;随着铅芯直径的增大,阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高;建议铅芯个数取2个,铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%,复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型,对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析,给出合理的布置方案,为实际工程提供参考。

考虑尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

近年来,钢筋混凝土构件的抗扭设计问题受到了广泛关注,现行的设计规范是基于小尺寸试件的试验数据外推而来,并未考虑尺寸效应的影响,对大尺寸试件承载力预测值的安全度有待商榷。对比分析国内外规范中RC构件纯扭承载力计算方法公式,基于钢筋混凝土柱纯扭加载三维细观数值模拟结果,总结钢筋混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应规律,建立可定量反映配箍率影响的名义抗扭强度尺寸效应律公式;通过引入尺寸效应系数αh建立考虑结构尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力建议预测公式,并将αh分为3个区域,综合考虑结构设计的安全性和经济性,从而保证大尺寸试件承载力预测值的安全度;通过与90个试验数据的对比,证明修正公式能有效提高大尺寸试件承载力预测值的安全储备。

界面缺陷对CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响研究

为研究界面缺陷对CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响,制作了3根钢筋混凝土梁对比试件,并进行了四点弯曲试验。同时,采用ABAQUS分析软件建立了非线性有限元模型,并进行了数值模拟分析。结果表明:当存在多个不连续缺陷时,试件上的CFRP提前发生剥离,剥离荷载下降了20.77%,导致试件的破坏模式发生改变,虽然极限荷载仅降低2.46%,但挠度降幅高达15.37%,延性下降显著;界面缺陷附近易产生应力集中,促使多裂缝均衡发展,导致裂缝间距减小;界面缺陷影响CFRP剥离起始发生位置,更易引起CFRP沿试件宽度方向贯穿剥离。