钢板剪力墙单侧加劲肋的有效抗弯刚度

针对单侧加劲钢板剪力墙中加劲肋的有效抗弯刚度问题,采用隔离体分析法,沿墙板和加劲肋连接线把两者分割成独立个体.墙板相当于承受面内和面外荷载的薄板,加劲肋相当于简支梁.墙板和加劲肋在连接处满足变形连续条件.对加劲板进行屈曲分析和受力弯曲分析,获得单侧加劲肋有效抗弯刚度和有效宽度的解析表达式.当加劲肋高跨比较大时剪切变形不可忽略,剪切变形大小和有效宽度相关.与有限元模拟结果进行分析比对表明,获得的有效抗弯刚度解析表达式具有良好精度,适用于开口和闭口截面单侧加劲肋.

截面有效抗弯刚度的影响因素分析

采用弯矩曲率分析方法,研究了纵筋率、轴压比和混凝土强度对截面有效抗弯刚度的影响,并分析了截面有效抗弯刚度对纵筋率、轴压比和混凝土强度的敏感性。研究结果表明:截面有效抗弯刚度随纵筋率、轴压比和混凝土强度的增加而增大,截面有效抗弯刚度对纵筋率最为敏感,对混凝土强度的敏感性次之,对轴压比的敏感性最小。

地震作用下钢筋混凝土桥墩有效截面抗弯刚度

为了实现常规桥梁的基于位移的简化抗震设计,有必要简化钢筋混凝土(RC)桥墩有效截面抗弯刚度的计算.将RC桥墩有效截面抗弯刚度与毛截面抗弯刚度的比值定义为有效截面抗弯刚度修正系数Reff,采用纤维单元程序UCFyber对我国常用的矩形、圆形以及矩形带倒角等截面形式的RC桥墩的Reff进行了模拟计算,曲线拟合得到Reff的简化计算公式,最后采用Opensees程序分析了多个RC桥墩的地震位移反应,对Reff简化计算公式的精度进行了检验,并确定了其应用范围.结果表明:RC桥墩的有效截面抗弯刚度修正系数Reff主要与截面轴压比和截面纵筋配筋率有关,受其他因素的影响较小;截面轴压比和截面纵筋配筋率越大,Reff越大;对于高宽比大于3.0的相对细长RC桥墩,采用Reff简化计算公式对应的RC桥墩有效截面抗弯刚度,能够获得合理的地震位移反应.

中小直径盾构隧道管片衬砌结构纵向抗弯刚度特性研究

对于城市轨道交通以及市政管道而言,中小直径盾构隧道具有天然的优势,近年来取得了快速发展。然而,随着地质条件及周围环境日趋复杂,其纵向差异沉降对其结构安全产生了显著影响。为研究中小直径盾构隧道的纵向抗弯刚度特性,采用相似模型试验,考虑环向与纵向接头的影响,开展盾构隧道结构纵向抗弯性能试验。对隧道竖向变形、抗弯刚度有效率进行分析,提出适用于确定中小直径盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的经验修正公式,并给出关键参数的取值范围。研究结果表明:(1)盾构隧道管片衬砌结构在受荷后刚度会发生变化,刚度的变化实质为受荷后管片衬砌结构的变形引起;(2)直径为4.2m和6.0m的盾构隧道结构纵向抗弯刚度有效率合理取值范围分别为0.194~0.352和0.162~0.311;(3)引入纵向抗弯刚度修正系数对徐氏模型理论公式进行修正,经试验结果确定直径为4.2 m和6.0 m的修正系数范围分别为0.7~1.4和0.8~1.6。

双圆盾构隧道结构纵向等效抗弯刚度解析解

在邻近施工的作用下,双圆盾构隧道会发生纵向不均匀位移;而双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度是表征其纵向抗弯性能的重要力学参数,也是预测外部荷载作用下双圆盾构隧道纵向变形的关键参数。为保障双圆盾构隧道结构安全,对双圆盾构隧道的纵向受力变形进行预测。基于纵向等效连续化模型,考虑螺栓预紧力的作用和环缝影响范围的影响,推导得到双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解。结合双圆盾构隧道截面的特点,分别考虑中性轴位于上部边缘、上部双拱、腰部和下部双拱的4种情况,并给出界限弯矩表达式。以国内首条双圆盾构隧道为例,分析弯矩、螺栓预紧力和环缝影响范围对双圆盾构隧道纵向抗弯性能的影响。研究表明:1)当存在螺栓预紧力时,纵向等效抗弯刚度随着外部弯矩增加而呈现“反S”形态下降,并最终趋于无预紧力条件下的隧道纵向等效抗弯刚度值。2)中性轴位置亦非固定位置,随着外部弯矩增加,中性轴逐渐下移;且当外部弯矩小于环缝启动弯矩时,隧道的纵向抗弯刚度与均质隧道抗弯刚度一致。3)当环缝长度影响系数小于1时,中性轴位置始终保持不变,但纵向等效抗弯刚度有效率随着环缝作用区系数增大而迅速下降;当环缝长度影响系数大于1时,中性轴上移,管片受压范围增大,随着环缝作用区系数增大,纵向等效抗弯刚度有效率值缓慢减小并趋于一个定值。4)增大螺栓预紧力,环缝张开启动弯矩随之增大,隧道的抗弯刚度衰减更慢,同时中性轴位置上移,管片受压范围扩大。

类矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解

结合类矩形盾构隧道截面特点,分别对中性轴位于截面上部边缘(环缝完全闭合)、截面上拱部、截面腰部和截面下拱部4种情况进行分析,并进一步考虑螺栓预紧力和环缝影响范围,推导得到类矩形盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解,并对影响纵向等效刚度的相关因素进行探究。研究表明:当施加弯矩小于环缝启动弯矩时,环缝全部闭合,等效纵向抗弯刚度有效率为1,中性轴位于截面上部外缘;随着弯矩进一步增加,环缝逐渐张开,同时中性轴位置逐步下移,等效纵向抗弯刚度减小;纵向等效抗弯刚度有效率随环缝作用区系数增大呈现先迅速下降而后缓慢减小的趋势;螺栓预紧力越大,纵向等效刚度越大,中性轴位置随之上移;随宽高比增大,等效纵向抗弯刚度有效率逐渐下降,中性轴位置随之下移,并在中性轴位置角与小圆弧圆心角相等时出现转折点。

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。

大断面矩形盾构隧道等效抗弯刚度研究

矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度是衡量隧道受力变形的重要参数,对于指导施工及隧道纵向结构设计具有重大意义。将横向刚度与纵向等效抗弯刚度联立起来,由力学平衡条件确定中性轴位置,根据弯矩平衡条件及等效连续梁转角公式推导得到大断面矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解,并探讨了管片宽厚比、长短边螺栓分布、管片厚度等对纵向等效抗弯刚度的影响。研究结果表明:截面长宽比由1增长100%时,隧道纵向等效抗弯刚度有效率η由2.787 5降低为原来的15.3%,最终值为0.426 2;中性轴距离c减小了49.6%,最终值为2.273 0 m;截面厚度t由0.25增长到0.55时,中性轴距离c由2.188 5 m降低0.62%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.099 m增加7.8%;长短边厚度比由1增长到2时,中性轴位置c由2.174 9 m增长0.34%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.106 7降低了21.27%;截面螺栓个数从30增加到80时,c由2.150 4增长1.43%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.121 6降低了12.25%。考虑螺栓分别沿隧道截面长短边均匀分布时,纵向等效抗弯刚度及抗弯刚度有效率大约为理想情况下螺栓均匀化分布时的2/3。在截面螺栓总数不变的前提下,适当降低截面短边螺栓所占比例可有效提升截面抗弯性能。

三维碳纤维网格筋增强混凝土板受弯理论分析

介绍了一种可以运用到海港、无磁环境的CFRP混凝土薄板——三维碳纤维网格筋增强混凝土板,用碳纤维网格筋代替容易锈蚀的钢筋,并在上下CFRP网格筋之间用CFRP工字棒连接,既增强了构件的整体性,又提高了混凝土板的刚度。运用截面换算法推导出了三维碳纤维网格筋增强混凝土板在正常使用阶段的截面有效抗弯刚度;在假定"超筋"破坏的前提下,用平截面假定推导出了三维碳纤维网格筋增强混凝土板的抗弯极限承载力;依据相关规范进行三维碳纤维网格筋增强混凝土板的设计并给出设计实例及计算方法。

地表堆载作用下盾构隧道纵向受力机制试验研究

通过开展室内模型试验,探究地表堆载诱发下盾构隧道纵向受力变形特性。应用3D打印技术制作的盾构隧道模型,可以较好地反映真实盾构隧道管片结构特点,克服精细化盾构隧道模型制作困难的问题。首先通过开展盾构隧道模型集中荷载试验,探究盾构隧道纵向等效抗弯刚度变化规律;其次开展地表堆载试验,研究地表堆载诱发下盾构隧道受力与变形特征。试验结果表明:盾构隧道纵向等效抗弯刚度有效率并非一个常量,而是随着集中荷载增大而减小,本试验得到其值在0.176~0.044范围;在地表堆载诱发下,盾构隧道拱顶沉降呈正态分布曲线形态,主要沉降范围在加载宽度范围内;地表堆载作用下拱顶土压力分布变化特点与拱顶沉降相似;随着地表荷载增加,通过隧道中间环四周土压力监测发现,拱顶土压力增量最大,拱底次之,拱腰最小;受地表荷载作用,盾构隧道衬砌结构发生“横鸭蛋”状收敛变形,其中拱顶位移最大,拱腰次之,拱底最小。试验结果揭示了盾构隧道结构变形特性和地表堆载条件下盾构隧道与地层相互作用机制,对突发堆载下既有隧道的保护提供了参考依据。