损伤梁单元及其在RC结构构件非线性分析中的应用

本文介绍了一种基于损伤力学、断裂力学以及集中塑性理论建立的简化损伤梁单元模型。采用此单元模型,分析了实验梁在单调加载下的受力性能,并与材料模型和弹塑性单分量模型分析结果进行比较。算例表明简化损伤梁单元模型对于RC结构构件的非线性分析有良好的适应性,可以有效地模拟构件的开裂、屈服和失效全过程;得到直接从力学意义出发的反映结构损伤的损伤内变量,对结构的损伤评估有启发意义。

损伤梁动力特性的空间有限元分析

以钢筋混凝土梁为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论和结构动力学理论,考虑混凝土的非线性本构关系,通过空间动力有限元分析,得到不同裂纹状态下梁的固有频率和模态振型,研究裂纹对简支梁振动响应的影响。研究结果表明:损伤结构动力特性对损伤的敏感性并不能简单地归结为对高频一定敏感,对低频一定不敏感,应视裂缝位置与振型节点关系而论。

局部损伤梁动力问题的近似计算方法

应用模态摄动法求解局部损伤梁动力特性。这一方法是在无损伤梁的模态子空间内实施,将含局部损伤梁的微分方程的求解转化为代数方程求解。通过算例,表明这一方法可有效的简化计算,同时计算结果具有较高的精度。

钢筋混凝土损伤梁动力特性的有限元分析

以钢筋混凝土梁为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论和结构动力学理论,通过有限元分析,计算得到了不同裂纹状态下梁的固有频率和模态振型,研究了裂纹对梁振动响应的影响。结果表明,损伤结构动力特性对损伤的敏感性并不能简单的归结为高频一定敏感,低频一定不敏感,应视裂缝位置与振型节点关系而论。

CFRP加固损伤梁刚度与承载力退化分析研究进展

长期服役的钢筋混凝土受弯构件大多是在带裂缝、钢筋锈蚀等损伤下工作的。综述了碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土梁在发生机械损伤、钢筋锈蚀、耦合损伤下的刚度及承载力退化规律和理论公式的推导研究进展,指出当前研究的一些不足,并在此基础上提出有待进一步研究的问题。

损伤梁的振动功率流分析

从结构噪声的观点 ,对在集中力作用下的损伤梁进行了振动功率流研究 ,损伤部位模拟为转动弹簧 ,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度。分析了损伤梁的弯曲波运动以及振动功率流的输入和传播 ,结果表明振动功率流与损伤位置及其特征尺寸是相关联的 。

损伤梁单元等效节点荷载的计算及应用

分析了基于有限元刚度法形成单元等效节点荷载的局限性,通过引入截面割线柔度,研究了基于有限元柔度法理论计算损伤梁单元等效节点荷载的方法.由于不需要迭代,该方法能与经典结构非线性分析体系完全兼容.采用自主开发的结构非线性分析软件,对钢筋混凝土框架结构进行非线性全过程分析.研究表明,考虑了损伤的梁单元等效节点荷载,可更准确地反映结构在强非线性阶段的实际受力情况,提高计算效率,改善结构非线性分析的收敛性和稳定性.

基于小波有限元的裂纹损伤梁分析

针对构件在裂纹尖端附件存在奇异性的现象,将小波有限元方法和断裂力学方法相结合,推导了小波梁单元、裂纹单元的单元刚度方程,并给出了裂纹梁通过静力凝聚技术消除内部自由度后的等效单元刚度矩阵,建立了已知裂纹大小和位置的裂纹损伤梁的小波有限元分析方法。经算例验证,该方法能有效地提高裂纹问题的分析精度,具有一定的工程实用价值。

考虑轴力二阶效应的损伤梁弯曲摄动解

将损伤梁等效为阶梯型变刚度Euler-Bernoulli梁,利用Heaviside广义函数,给出了阶梯型变刚度梁抗弯刚度的统一表达式.在此基础上,考虑轴向压力二阶效应,并以损伤为摄动参数,得到了均布横向载荷作用下,简支损伤梁弯曲挠度的一阶和二阶摄动解析解,并数值分析了摄动解析解的精度和损伤梁的弯曲变形特性,结果表明:随着轴向压力和刚度损伤参数的增加,挠度一阶和二阶摄动解析解误差增加,挠度二阶摄动解析解误差通常小于其一阶摄动解析解误差,且二阶摄动解的误差很小,满足工程应用的精度.同时,损伤梁的挠度和转角分布与完整梁的挠度和转角分布差异较大,在刚度变化位置处损伤梁转角斜率存在突变.这些结果可为轴力作用下Euler-Bernoulli梁损伤识别提供理论支撑.

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.

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能数值研究

为探究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)加固损伤钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗冲击性能,利用有限元分析软件LS-DYNA,对不同CFRP加固方式下损伤梁的动态响应进行了数值模拟研究,并与物理试验结果进行对比验证.对加固梁的破坏模式、裂缝扩展规律和动态时程响应进行分析.结果表明,U型CFRP加固梁能显著抑制剪切斜裂缝的发展,大幅减小裂缝开展范围;在第1次冲击时,相较于未加固梁,平直型、U型和复合型CFRP加固梁的峰值冲击力分别提高了15.4%、16.6%和13.1%,跨中峰值位移分别降低了4.8%、8.3%和10.1%;在第2次冲击时,U型和复合型CFRP加固梁仍表现出较好的抗冲击性能.研究结果可为CFRP加固损伤RC梁的优化设计提供参考.

双分层损伤层合梁屈曲有限元分析

采用参考面单元技术并引入虚拟杆单元,建立了含多个分层层合梁屈曲分析的有限元模型,通过数值实验验证了模型的正确性.着重研究不同边界条件、分层尺寸和位置对双分层梁压屈载荷的影响.当对称双分层损伤层合梁的最弱子层位于上、下表面时,压屈载荷由其最弱子层确定,且双分层和相应单分层的压屈载荷有极好的一致性;而当最弱子层位于中间层时,必须考虑接触效应,其压屈载荷较相应的单分层梁有明显降低.压屈载荷的等值线图可以清晰地描述任意双分层损伤层合梁的压屈载荷随分层位置的变化规律.

梁损伤对既有钢筋混凝土框架结构的性能影响

对既有建筑适老化改造过程中需在梁上开孔洞的情况进行了模拟,为判断开孔洞方案的可行性提供评价思路及定量的数值指导。考虑开孔洞梁数量、位置及分布方式,建立不同工况下带梁损伤的单层结构及整体框架结构的数值模型,研究梁损伤对框架结构的承载能力和抗震性能的影响。结果表明:梁损伤导致单层框架结构的极限承载力最大下降0.78%,峰值位移的出现提前1.15s;梁损伤导致整体框架结构的周期比最大增加14.51%,层间位移角最大增加26.49%,对整体框架结构的承载力和抗震性能有一定影响,但仍在规范允许范围内。

预应力碳纤维布加固损伤梁疲劳性能试验研究

目前,对预应力碳纤维增强复合材料CFRP布加固损伤梁疲劳性能研究很少。首先,设计一套杠杆型疲劳试验加载体系,并对张拉锚固装置进行完善。对3根试验梁进行相同程度预裂损伤后,对损伤梁进行不同预应力水平CFRP布加固;最后,对加固后的损伤梁进行疲劳试验。试验结果表明:对CFRP布施加预应力能限制裂缝的发展,提高加固梁的刚度,降低CFRP布应变幅和钢筋应变幅,从而使加固梁的疲劳寿命有较大幅度的提高,并且预应力水平越高,加固梁疲劳性能的改善越明显。

梁结构损伤诊断直接指标法应用

结构损伤识别主要是对各种工程结构进行检测并对检测结果做适当的分析,从而确定结构的健康状况。有研究表明应变模态比固有频率和振型对局部损伤更敏感,可以很好地进行结构损伤识别。结合有限元方法和直接指标法ISMSD(Strain Mode Shape Difference),无需原始模态数据,只根据损伤后的经三次样条插值的光滑应变模态差分曲线即可进行相关计算。文章应用该方法对假定损伤简支梁在多种不同损伤程度情况进行数值仿真计算,并给出损伤位置直接指标曲线。结果表明,该指标法能正确地判定损伤位置,尤其是损伤量较小时。

玄武岩纤维布加固损伤混凝土梁抗剪性能研究

为了获取玄武岩纤维布加固损伤混凝土梁的抗剪性能参数,并为玄武岩纤维布加固损伤混凝土梁的设计与施工提供理论依据,通过试验分析,研究了不同剪跨比、加固量、初始荷载等情况下梁的抗剪承载力变化规律,提出了玄武岩纤维布加固损伤混凝土梁的抗剪承载力修正计算公式。试验结果表明,梁的抗剪承载力受锚固方式、初始荷载和剪跨比的影响较大,采用玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁后,可以有效提高梁的抗剪承载力。

在有限变形条件下损伤粘弹性梁的动力学行为

本文在有限变形条件下,根据损伤粘弹性材料的一种卷积型本构关系和温克列假设,建立了粘弹性基础上损伤粘弹性Timoshenko梁的控制方程。这是一组非线性积分——偏微分方程。为了便于分析,首先利用Galerkin方法对该方程组进行简化,得到一组非线性积分-常微分方程。然后应用非线性动力学中的数值方法,分析了粘弹性地基上损伤粘弹性Timoshenko梁的非线性动力学行为,得到了简化系统的相平面图、Poincare截面和分叉图等。考察了材料参数和载荷参数等对梁的动力学行为的影响。特别,考察了基础和损伤对粘弹性梁的动力学行为的影响。

混杂纤维布加固损伤混凝土梁抗弯承载性能试验研究

对比研究了7根试验梁(1根对比梁和6根粘贴一层混编纤维及两层层间混杂纤维加固损伤的混凝土梁)的承载力、刚度及破坏模式。结果表明:加固后,开裂荷载、极限荷载的提高程度明显高于屈服荷载,粘贴一层布发生适筋梁破坏,层间混杂纤维布加固试验梁承载性能提高更为显著,纤维布呈逐级断裂状态,最后发生剥离破坏;混杂纤维加固后延性也有一定改善,粘贴两层纤维布的混凝土梁,受弯区裂缝发展密集,最后FRP布剥离破坏,建议采用两层布时应该增加U型箍的数量,以提高抗剥离能力。

碳纤维布加固不同损伤混凝土梁抗弯性能研究

通过3根碳纤维(CFRP)布加固补强钢筋混凝土梁和1根对比梁的试验,研究了钢筋混凝土梁在不同损伤程度情况下,CFRP加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响与作用。

高强钢丝网-UHPC加固损伤RC梁抗剪性能试验研究

为研究高强钢丝网-超高性能混凝土加固损伤钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,设计并制作了两根有腹筋工字形截面RC梁,其中一根作为对照梁进行一次性破坏加载试验,另一根经损伤加载产生剪切裂缝后对其两侧腹板布置高强钢丝网并浇筑UHPC进行抗剪加固。通过三点弯曲加载试验,研究了高强钢丝网-UHPC加固RC梁的抗裂性能、变形能力和抗剪承载能力,并分析了加固梁的破坏模式和失效原因。研究结果表明:高强钢丝网增韧UHPC加固方法可有效改善RC梁的抗裂性能,加固后梁的抗剪承载力显著提高。