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。

钢骨混凝土复合受扭柱抗震性能试验研究

为研究含H型钢的钢骨混凝土柱在压弯剪扭复合受力作用下的抗震性能,对7个含H型钢的钢骨混凝土柱和1个钢筋混凝土柱进行拟静力试验,探究了扭弯比、轴压比、配箍率等对试件抗震性能的影响,分析了试件在低周反复加载试验中裂缝产生和发展的规律及破坏特征,讨论了各试件的扭矩-扭率滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性、刚度退化和损伤分析。结果表明:含H型钢的钢骨混凝土柱在复合受力状态下发生受扭破坏,其扭矩-扭率滞回曲线呈捏拢的S形,相较于普通钢筋混凝土试件,其承载能力和抗震性能更优。增大扭弯比、轴压比、配箍率以及采用箍筋焊接并配置栓钉能提高试件承载能力,但提高配箍率和配置栓钉会使试件刚度退化速率加快。

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。

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象,开展抗扭性能试验和理论分析,并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比;研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响,并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明,波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂,且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法,提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态,提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法,并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比,误差不超过8.5%。

均布荷载作用下设置抗扭体系的简支钢梁受力性能分析

为研究在简支钢梁跨中设置抗扭体系后,承受均布荷载简支钢梁的整体稳定受力性能,利用双变量总势能驻值原理,推导跨中设置抗扭体系的简支钢梁临界均布荷载与抗扭体系抗扭刚度相关计算公式.同时构建在简支钢梁跨中考虑抗扭效应的ANSYS有限元模型,对跨中抗扭体系影响下的简支钢梁整体稳定进行有限元模态分析.理论计算与有限元模拟结果均表明,设置抗扭体系后,简支钢梁临界均布荷载值得到有效的提高.

燕尾形超高抗扭特殊螺纹接头研究

对比了传统的API圆螺纹和偏梯形螺纹的优缺点,设计了一种新型的“倒梯形的楔子”式的燕尾形螺纹齿型以及一种经济型的超高抗扭特殊螺纹接头。详细介绍了该接头的设计、加工、检验过程,并采用有限元分析程序计算了接头上扣过程中螺纹的应力和应变。分析结果表明:该接头上扣到位后,螺纹所有侧面完全啮合,并且具有很高的接触应力,使接头在复杂的环境载荷下能始终保证螺纹间配合的稳定性。

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。

型钢混凝土T形梁纯扭及弯扭性能试验研究

为研究型钢混凝土T形梁在纯扭和弯扭作用下的受力性能,以翼缘宽度、型钢含钢率、配箍率、翼缘纵筋直径及弯扭比为变化参数,设计并完成12根型钢混凝土T形梁的纯扭、弯扭静载试验。观察了试件的破坏过程,获取了试件的扭矩-扭率全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等特征参数,深入分析了纯扭、弯扭作用下不同变化参数对型钢混凝土T形梁抗扭性能的影响规律,揭示了其抗扭破坏机理。结果表明:T形截面梁和矩形截面梁的破坏形态基本一致,其中钢筋混凝土梁呈现为脆性破坏,型钢混凝土梁呈现为延性破坏;T形试件翼缘、型钢和混凝土之间存在相互约束作用,翼缘和型钢大幅增强了试件的抗扭强度和延性;试件翼缘的最优高宽比为2.33;随着型钢含钢率的增大,试件的抗扭强度和延性呈增大趋势,平均提升幅度分别为30.99%、101.14%;试件的极限扭矩随着弯扭比的增大而增大,平均提高了7.86%。最后,提出了型钢混凝土T形梁的开裂扭矩和极限扭矩计算方法,所得计算结果与试验结果吻合良好。

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。

马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥中塔下横梁抗扭设计

马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥为主跨2×1120 m的三塔钢桁梁斜拉桥,中塔采用钢-混组合结构,纵、横向均采用A形,为四肢空间桥塔,中塔横向两塔肢之间设置下横梁,2道下横梁之间通过3道系梁连接形成纵横梁结构,下横梁受扭问题较为突出。通过建立全桥总体有限元模型对下横梁受扭原因进行分析,结果表明:活载及纵向荷载作用下,桥塔发生弯曲,导致下横梁受到较大扭矩。结合纵横梁结构弯扭相互转化的受力特征,基于下横梁产生扭转原因及扭矩分配特点,建立下横梁扭矩计算模型计算下横梁所受扭矩,从满足结构受力和便于施工角度出发,分析了下横梁端部加高、边系梁加宽、箍筋分段局部加强3种下横梁抗扭设计方案,最终采用在下横梁截面外围布置2层闭合箍筋、下横梁箍筋分段局部加强的方案,该方案结构受力明确,安全合理,施工方便。

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。

中低水头船闸人字门浮箱及背拉杆抗扭能力研究

浮箱和背拉杆是中低水头船闸人字门提高抗扭能力的有效措施,但是考虑二者共同预应力的研究工作较少。基于江苏某在建船闸人字门,建立人字门空间薄壁结构有限元模型,对比设置不同浮箱的人字门抗扭能力,提出了较为合理的浮箱设置方案。在此基础上,研究不同背拉杆布置方式下人字门的抗扭能力,提出一种背拉杆预应力的改进优化模型,使施加预应力后闸门的整体抗扭能力得到更大提高。研究结果表明:采用U形浮箱及预应力背拉杆进行人字门组合抗扭的方案,可有效提高闸门的整体抗扭能力。研究方法和研究成果可为中低水头船闸人字门的设计提供参考。

重型汽车变速箱主轴抗扭强度提升分析与应用

为提升变速箱主轴抗扭强度,文章以某款重型变速箱作为研究对象,基于新产品结构特点,提出了主轴抗扭强度提升方法。建立主轴有限元模型进行加载,根据应力分布找出零件薄弱位置。分析薄弱位置应力集中原因,对零件薄弱位置的热处理过程进行优化,并通过台架试验对优化内容进行有效性验证,结果证明该优化方式大大提升主轴抗扭强度,提升重型变速箱承载能力。

高层建筑结构扭转位移比分析

对高层建筑结构扭转位移比的基本概念进行了讨论,精确界定了扭转位移比的定义,并指出了在工程应用中存在的问题。通过分析无裙房塔楼和带裙房塔楼的高层结构,揭示了现行规范中扭转位移比的局限性,并提出了改进建议。结果表明:扭转位移比作为判断结构扭转严重性的指标存在不足,尤其是在结构底部或带裙房的情况下,可能导致对结构扭转影响的误判。进一步分析了扭转位移比与层间扭转角的关系,并指出直接采用层间扭转角作为控制指标的不可行性。最后,对水平地震作用下的结构抗扭设计方法提出了一些改进建议。建议在设计中应重视竖向构件和楼板的受扭承载力验算,以确保结构的抗扭安全性。

混凝土结构设计中框架梁抗剪扭截面不足的原因及解决方案探讨

框架梁抗剪扭截面不足是混凝土结构设计中建模计算阶段十分常见的问题,一些结构设计人员常常在这个问题上反复调整,耗时耗力;而另一些人采用的点铰法虽快速简便,但其合理性存在争议。文章通过对框架梁抗剪扭截面不足问题出现的原因进行探讨,提出几种解决方法,并分析各个方法的优势与局限,为结构工程师工作效率的提高提供参考。

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。