混凝土长墙受端部约束的裂缝计算与控制方法

混凝土地下结构墙体的开裂现象较为普遍,裂缝控制难度大。目前,王铁梦的混凝土长墙模型广泛应用于裂缝控制。王铁梦模型仅考虑墙体受到地基约束,即假设墙体端部是自由的,并用实际位移计算裂缝宽度,导致墙体裂缝间距和裂缝宽度的计算结果相对于实际结果明显偏大,需要人为修正结果。笔者提出,混凝土地下结构墙体开裂严重的主要原因是墙体同时受到地基约束和端部约束的作用。据此,在王铁梦模型的基础上加入墙体端部约束条件,推导出裂缝间距的计算公式,并用约束位移计算裂缝宽度。该方法能直接得到符合工程实际的墙体裂缝间距和裂缝宽度的计算结果,为墙体裂缝控制提供了理论依据。笔者指出,墙体裂缝控制的最有效方法是诱导缝方法,给出了在墙体分段设置诱导缝的间距原则,并要求在诱导缝处将墙体水平钢筋完全断开,以消除墙体端部约束。通过工程实践验证了所提出的墙体裂缝控制方法的有效性。

端部约束悬臂输流管道的分岔与混沌响应

研究悬臂端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统在平均流速、流速脉动幅值和基础激励下出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动响应的影响,为输流管道的振动控制提供依据。数值仿真结果表明,随着平均流速、流速脉动幅值、基础激励幅值和质量比的不同,管道系统分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌。

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。

端部约束悬臂输流管道的非线性动力学特性

针对悬臂端受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道,采用分岔图、相平面图、Poincare截面和Lyapunov指数等非线性振动的数值仿真方法,研究其在自激参数激励外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动特性的影响规律和各参数之间的相互制约关系.数值仿真结果表明,管道系统随质量比、端部约束刚度和管道粘弹性系数的不同,分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温轴力分析

开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,探讨了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁轴力的影响规律。在此基础上,给出了一个高温下约束加固梁的轴力实用计算方法。研究表明,随着升温时间增加,约束加固梁的轴力比总体呈现出先逐渐增大而后渐趋平缓甚至降低的趋势;防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端轴力影响显著。

端部约束型腹板开孔预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能

为研究腹板开孔对端部约束预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行了非线性有限元分析,研究了具有端部约束预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度演化过程以及破坏模式,并对其耐火性能进行了参数分析。结果表明:受约束预应力波纹腹板开孔组合梁在高温作用下的破坏模式为开孔截面腹板与端部截面波纹腹板及钢梁下翼缘发生局部屈曲;随着温度的升高,组合梁由压弯发展至拉弯的悬链线阶段;在荷载比相同、孔洞均位于剪弯区的条件下,开孔尺寸越大、开孔位置越靠近支座的组合梁进入悬链线阶段的温度越低,相同温度下组合梁挠度越大,抗火性能越差;位于纯弯区的孔洞基本不影响端部约束预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁的高温力学性能。

粗粒土三轴试样端部约束影响研究

对两种级配的砾石料,分别进行了两种中三轴固结排水剪试验,一种是试样端部采用润滑试样帽法以减轻端部约束对三轴试验的影响;另一种试样则是常规三轴固结排水剪试验,即不采取端部减摩措施。对比分析两种试验的结果,以研究端部约束对三轴试样变形及强度的影响,分析润滑试样帽法对粗粒土试样的端部减摩效果。结果表明:试样在剪切过程中均表现出不同程度的剪胀性,常规三轴试样体积变形比减轻端部约束试样体积变形略小;当试验围压较低时,减轻端部约束对试样偏应力峰值(σ_1-σ_3)_f影响相对显著,而高围压下,润滑试样帽法的减摩作用几乎消失;同样,内摩擦角φ,初始切线模量E_i,割线弹性模量E_1均比常规三轴试验的小;随着围压的不断增大,润滑试样帽法减轻端部约束的效果明显减弱。

考虑端部约束的厚壁容器轴向位移理论解研究

对承压设备变形量的精确计算有利于确保化工装置支座设计、管线安装等工艺的可靠性。然而尚未发现考虑端部封头约束的圆筒形容器在介质压力、温度等载荷作用下的轴向变形理论解,为此,基于旋转轴对称结构的平衡方程、物理方程、变形协调方程和边缘效应,推导了含球形封头的厚壁圆筒形容器在介质压力载荷作用下的轴向位移理论解,并与数值计算结果进行了对比分析,验证理论解的可靠性,表明该理论计算表达式可用于指导工程实际。

GFRP端部约束对粘接修理效果的影响

以环氧树脂E44为基体,玻璃纤维为增强材料形成复合材料补片修复损伤铝合金,以端部未加约束试样为对照组,通过拉伸试验,研究了在补片端部加入约束后,补片长度和补片层数变化对修理效果的影响。研究结果表明,补片长度相同时,端部采用压条约束的修复效果明显高于端部无压条约束的修理试样,补片端部添加压条约束后,补片长度变化对修理效果的影响规律没有改变,抗拉强度随补片长度增大而增加,当补片长度达到一定值后基本不再提高,但是初始值有明显提高。此外,补片采用压条和缠绕的端部约束后,即在FRP-铝合金界面引入压应力,可改善FRP-铝合金之间的界面性能,有效缓解补片端部的应力集中。特别是当补片层数较多时,端部约束可有效改善由于补片层数增加引起的变形协调难的问题,而且缠绕约束方式的修复效果优于压条修复。

配筋砌块砌体剪力墙端部约束探讨

对3片采用端部约束的配筋砌块砌体剪力墙以及1片无端部约束的对比墙片进行了低周反复荷载试验,参照钢筋混凝土剪力墙边缘约束构件的配箍特征值对配筋砌块砌体剪力墙的端部约束进行了探讨,提出了对端部约束配筋的改进方法及可行性。

端部约束对三轴排水剪试验影响的数值分析

针对三轴排水剪试验的端部约束问题,利用有限元软件ABAQUS模拟三轴排水剪试验,研究在不同的围压下,不同的端部约束条件对三轴排水剪试验软土剪切特性的影响。结果表明,端部完全光滑时,试样的整体应力应变关系能很好地代表材料本构模型;端部约束的存在导致了试样内部应力应变分布不均匀,约束程度越大,不均匀性越明显;小应变条件下,端部约束对于试样整体应力应变关系的影响并不大,而大应变条件下,端部约束的影响则不可忽视,约束程度不同影响程度一致。

三轴试样端部约束影响有限元分析

对某压实黏土和软土分别开展两种端部约束条件下的中三轴三维有限元模拟,对应端部约束条件分别为完全限制端部径向位移和径向自由(端部无约束,无摩擦力)。对比分析两种端部约束条件下试样强度和应力应变结果,定量研究了试样端部约束对两种土料强度和应力应变特性的影响。结果表明,端部约束对土体强度有一定提高,但不会改变轴向偏应力和轴向应变关系曲线的整体趋势;随着围压的增大,端部约束对强度和应力应变的影响有所降低,但降低幅度有限;三轴试验中,和试样端部径向自由相比,端部因摩擦力引起的约束会显著增大试样的体积应变,而且土体的软硬程度对试样的体变影响较大。对压实黏土,端部约束试样剪切破坏时平均体变ε_(v)比径向自由增大17.2%;对软土该值的影响也达到了5.2%。

端部带约束的超高强度钢材受压构件整体稳定受力性能

高强度钢材(屈服强度≥460MPa)已经在国内外多个钢结构实际工程中得到应用,但关于其受压构件整体稳定性的研究还很少,特别是屈服强度超过690MPa的超高强度钢材。针对两种超高强度钢材S690和S960(名义屈服强度分别为690MPa和960MPa),进行了端部带约束的受压构件整体稳定受力性能的试验研究,试验共包括8个试件。基于试验结果,分析该类钢材构件的失稳破坏形态和屈曲承载力,利用经过验证的有限元模型计算其整体稳定系数,并与欧洲规范和我国规范的柱子曲线进行对比分析。结果表明,超高强度钢材受压构件整体稳定系数的试验值要明显高于其所在的b类柱子曲线,甚至比欧洲规范的a0类柱子曲线和我国规范的a类柱子曲线还要高出很多。这说明超高强度钢材受压柱的屈曲强度较普通强度钢材的屈曲强度有明显提高。这些试验研究和有限元分析成果为完善我国超高强度钢材的稳定设计方法和设计理论提供了重要的试验依据和前提条件,并有利于超高强度钢材在我国钢结构工程中得到更广泛的应用和发展。

端部约束对爆炸荷载作用下钢骨-钢管混凝土柱动力响应的影响

钢骨-钢管混凝土柱是建筑结构的主要承重构件,在爆炸冲击荷载作用下,结构的受力特性和反应过程与受静载作用下的结构有着明显的不同。该文采用非线性有限元软件ABAQUS对在爆炸荷载作用下不同端部约束的钢骨-钢管混凝土柱的动力响应进行了数值模拟,混凝土采用损伤塑性模型,考虑了损伤及应变率效应,钢筋采用经典金属塑性模型。结果表明:顶部自由约束的钢骨-钢管混凝土柱的抗爆能力较差,不如顶部固支和顶部简支的钢骨-钢管混凝土柱,而顶部固支和顶部简支的柱体的抗爆能力几乎相同。

受端部强约束的钢筋混凝土柱滞回行为仿真

基础等构件提供的端部强约束能提高柱临界截面的抗弯承载力.然而这对于按照“强剪弱弯”的抗震设计原则设计的钢筋混凝土柱并不总意味着偏于保守.提出一个组合弹簧模型,以转移临界截面位置的方式考虑这种约束效应,再通过两个柱试件滞回行为的仿真验证了模型的正确性.

端部约束箍筋对受弯破坏RC剪力墙变形能力的影响

该文从机理分析、试验验证以及有限元模拟三个角度分析了端部约束箍筋对钢筋混凝土剪力墙变形能力的影响规律。混凝土应力-应变模型以及平截面假定的理论分析结论表明当原钢筋混凝土剪力墙破坏为混凝土压溃或钢筋屈曲的受弯受压破坏时,端部约束箍筋对其变形能力有积极作用;反之,如果原剪力墙破坏表现为钢筋拉坏的受弯受拉破坏,增加约束箍筋没有明显的影响。以端部箍筋为参数的剪力墙试验和有限元Vector2的分析结果均支持以上结论。提出了增加端部约束箍筋是否能影响无约束剪力墙变形能力的判定公式,公式能准确判断剪力墙破坏类型,从而判定箍筋是否对其变形能力产生影响,判断公式与试验对比结果非常符合。

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验。借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对组合梁的端部约束并测量火灾下组合梁的实时约束力。通过观察试验现象以及测得的耐火时间、挠度变形和端部约束力等,分析部分嵌入式钢-混凝土组合梁在不同荷载水平下(荷载比0.3和0.5)的抗火性能。结果表明:荷载比为0.5的钢-混凝土组合梁在受火71 min时达到耐火极限,即跨中最大挠度值达到组合梁跨度的1/20;荷载比为0.3的钢-混凝土组合梁在受火77 min时因故停火,但根据其即时的变形值(147 mm)仅为破坏准则中变形极限要求的50%,可以推测该组合梁仍有抵抗火灾侵袭的较大潜力;根据组合梁的面内轴力全过程变化曲线,带有端部约束的钢-混凝土组合梁在发生较大变形时均出现了悬链线效应,对提高组合梁的抗火性能发挥了积极作用;荷载比越高,变形发展越大,悬链线机制产生的就越早;停火时,部分嵌入式组合梁均未发生明显的坍塌、钢梁整体失稳和混凝土被压碎等不利于承载的破坏机制,仅在距离支座不远处裸露钢梁的下翼缘(端部的受压区)出现局部屈曲。

三轴试验土样的端部影响问题研究

在以往的研究中,由于受到三轴试样变形测量手段的限制,无法定量研究三轴试样的端部约束对试样受力变形及其测量结果的影响。采用数字图像测量技术,直接量测试样的轴向变形和径向变形,把它们与传统测量方法得到的变形测量结果进行比较,定量分析端部约束与端部接触对三轴试验土样的影响。同时笔者建议采用数字图像测量技术,直接测量三轴试样中间部分的土样变形,以此避开试样端部的影响,使试验结果更加真实可靠。

HCSR舱段模型中端部梁剖面属性对扭转变形的影响

针对HCSR强度计算中为合理考虑模型之外的构件对模型端面的弹性约束,须在三舱段模型两端施加端部约束梁的规定,分析端部约束梁对于三舱段模型的扭转变形的影响,采用数值试验的方法,进行了端部约束梁的剖面属性对于其扭转变形的敏感性分析。

约束混凝土梁的升降温全过程弯矩分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土梁的升降温全过程梁端弯矩分析;考察了转动约束刚度比、轴向约束刚度比、截面尺寸、荷载比、全截面配筋率和升温时间等参数对梁端弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行对比,给出了梁端弯矩的实用计算方法。研究结果表明:对于先升温、后降温的约束混凝土梁梁端弯矩的变化,总体表现出与单调升温类似的特征,主要区别在于后期因降温作用而呈现出缓慢降低的趋势;转动约束刚度比对梁端弯矩的影响集中在升温前期,在此时段内,梁端弯矩随着转动约束刚度比的增加而增大,但增幅逐渐趋缓;升温后30 min以内,轴向约束刚度比的改变对梁端弯矩几乎没有影响;之后,梁端弯矩随着轴向约束刚度比的增加而逐渐减小。