约束高强混凝土受弯构件非线性分析

提出一个受约束高强度混凝土构件从加载到破坏的非线性分析模式 ,在基本假定的基础上 ,讨论了程序编制过程中的各种问题 ,通过计算给出了弯矩与曲率的关系曲线 ,从弯矩曲率关系中可以明显看出轴力对混凝土延性的不利影响 ,当存在轴力时 ,混凝土的极限曲率大大地减小了 ,在钢筋屈服之后混凝土很快就达到极限压应变 ,因此构件的延性很差 ,而当轴力为 0时 ,在钢筋屈服后曲线的下降段很平缓 ,延性很好 ,由此可以得出结论

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

配置HRB635高强钢筋的混凝土梁受弯性能试验研究

对11根配置HRB635高强钢筋的足尺混凝土梁进行受弯性能试验,研究了配置HRB635高强钢筋梁的受力过程、破坏模式以及承载力和变形能力,并评估了我国混凝土规范中受弯构件受弯承载力和最大裂缝宽度计算公式在高强钢筋混凝土梁中的适用性。试验结果表明:配置HRB635高强钢筋的混凝土梁受力性能和破坏形态与普通钢筋混凝土梁基本一致,均为高强钢筋首先受拉屈服,最后受压区混凝土压碎破坏,高强钢筋的强度能够充分发挥;根据我国混凝土规范计算得到的试验梁的极限弯矩值与实测值之间较为接近,说明高强钢筋梁的正截面受弯承载力仍可按现行混凝土规范进行计算;正常使用极限状态下试验梁的最大裂缝宽度均超过了短期荷载作用下受弯构件的裂缝宽度限值,说明高强钢筋梁的设计存在由正常使用极限状态而非承载能力极限状态控制的情况;按照混凝土规范中最大裂缝宽度的计算公式计算结果与实测结果差别不大,计算值略大于实测值。

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

应变硬化水泥基复合材料增强钢筋混凝土构件受弯性能试验研究

设计了1组钢筋混凝土梁构件(RC)和3组应变硬化水泥基复合材料增强钢筋混凝土梁构件(U-10、U-30、U-50),研究了应变硬化水泥基复合材料层厚度(0、10、30、50 mm)对构件受弯性能的影响。结果表明:与RC构件相比,U-10、U-30和U-50构件的承载能力分别提高了16.5%、34.8%和61.0%;在加载过程中,纵向钢筋先屈服,然后应变硬化水泥基复合材料增强层开始承担荷载,且增强层表面出现众多细小裂缝,此后,部分细小裂缝局部化,增强层韧性逐渐丧失,承载能力下降,并最终保持与钢筋混凝土基梁一致。

钢纤维对高强混凝土梁受弯性能影响的非线性分析

文章利用有限元软件ANSYS建立了细观层面的混凝土梁分析模型,研究了钢纤维对高强混凝土梁开裂、变形、承载力等受弯性能的影响。结果表明,钢纤维的掺入能有效限制混凝土裂缝的产生与发展,提升高强混凝土梁的开裂弯矩,但对梁的极限受弯承载力影响不显著;受拉区钢纤维能与钢筋共同承担拉应力,使得钢筋应力降低,梁的截面刚度增大,受弯变形减小。

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁跨中受弯性能试验

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简支梁对比试验。对梁试件破坏形态、承载力、变形能力、轴向伸长进行研究,结果表明:楼盖梁试件承载力与按受弯构件计算承载力之比为1.57~2.77,与相应矩形简支梁试件和T形简支梁试件承载力相比均有较大提高,超强程度与配筋率成反比;与简支梁试件相比,楼盖梁试件跨中截面破坏形态未因轴压力而发生显著改变,但楼盖梁试件延性降低;楼盖梁试件轴向伸长随挠度的增大而增大。将楼盖梁视为压弯构件,提出根据楼盖梁试验峰值荷载确定相应轴力和弯矩的方法。计算结果表明,楼盖梁试件跨中截面压弯状态弯矩与受弯状态弯矩的比值为1.28~2.19。楼盖梁试件有限元数值模拟结果表明,随着楼盖梁截面包含的楼板范围增大,轴力沿梁跨分布趋于均匀。

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。

废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法

目的 提出废弃纤维再生混凝土受弯构件的裂缝宽度计算方法,为废弃纤维再生混凝土受弯构件的设计和工程应用提供参考。方法 对4根废弃纤维再生混凝土梁进行正截面受弯静力加载试验,分析试验梁的裂缝发展过程和分布规律。评估不同规范中废弃纤维再生混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的适用性,在现有规范基础上对计算公式进行修正。结果 随着再生骨料取代率的增加,梁构件主裂缝的宽度增加,适量地掺入废弃纤维可以抑制次生裂缝的产生。将不同规范中裂缝宽度计算值与试验值对比,采用中国规范计算的平均偏差最小,而采用欧洲规范计算的平均偏差最大。结论 利用笔者推导得出的公式计算得到的裂缝宽度计算值与试验值的平均偏差值为0.04 mm,该公式适用于废弃纤维再生混凝土受弯构件的裂缝宽度计算。

功能梯度混凝土受弯构件形成机制和力学性能研究

基于理论分析提出了一种功能梯度混凝土受弯构件,通过梯级FRP筋+钢筋混合配筋,构建同地震弯矩分布梯度相适应的构件抗弯承载能力分布梯度,使多个功能梯度段进入塑性状态,以更充分利用构件的抗震能力。功能梯度可以有效控制构件塑性的分布和发展程度,确保发生延性的破坏模式,并实现较好的损伤自恢复性。功能梯度混凝土受弯构件的变形能力大幅提高,侧向承载力增大,极限刚度降低,抗震性能显著增强。模型试验证明了功能梯度混凝土受弯构件理念的可行性及其力学效果,也验证了所提功能梯度构建方案的有效性和工程实用性。

新型高强钢筋混凝土梁短期抗弯性能研究

为研究一种高强、高应变、高抗腐蚀性的新型钢筋替代普通钢筋应用于混凝土梁后构件的抗弯性能,对等强度设计的两种新型高强钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁进行短期受弯性能试验,对比分析两种梁的承载力、变形、裂缝及破坏形态,并基于试验结果,将新型高强钢筋混凝土梁受弯承载力、最大裂缝宽度、挠度的试验值与规范计算值进行对比。结果表明:等强度设计的两种梁承载力相近,但破坏形态有较大的不同,相同外力下,新型钢筋混凝土梁的挠度、最大裂缝宽度、裂缝高度都大于普通钢筋混凝土梁的。新型钢筋混凝土梁的开裂弯矩和极限弯矩按现行规范公式进行计算具有足够的安全储备,正常使用阶段,短期荷载作用下新型钢筋混凝土梁挠度试验值与规范计算值吻合较好,最大裂缝宽度的试验值与规范计算值相比偏大。

小口径CFRP-方截面钢管混凝土受弯性能研究

为研究小口径CFRP-方截面钢管混凝土的受弯性能,使用钢管外径分别为30、32、35 mm的3种试件(分别命名试件A、B和C)开展12组三点弯曲试验,观察试件的破坏形态并获得荷载-位移曲线。通过测得试件应变变化,对试验构件受弯性能进行分析。利用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性有限元分析,并对钢管与水泥之间的黏结能力、水泥立方体试块抗压强度以及CFRP布厚度3组参数进行参数敏感性分析。研究结果表明:钢管内填充水泥与外缠CFRP布均可以提高试件的抗弯承载力最大值以及抗弯刚度;当钢管、水泥、CFRP布3种材料结合在一起时,提升效果最为明显,A、B、C这3种试件的抗弯承载力最大值分别提高了81.6%、93.3%和92.6%;钢管内是否填充水泥与试件的最终破坏形态有明显关联。有限元分析与试验所得荷载-位移曲线吻合较好,破坏模式一致。CFRP布厚度对抗弯承载力最大值以及梁的抗弯刚度有明显影响。

纤维增强复合材料筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算

为评估和校准现行规范中纤维增强复合材料(fiberreinforced polymer, FRP)筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,系统收集了国内外FRP筋混凝土(FRP-RC)受弯构件裂缝宽度试验数据。基于若干筛选原则,建立了包含111根FRP-RC受弯构件的数据库。通过对比最大裂缝宽度试验值和计算值,评估了国内外3部常用规范的适用性。结果表明,规范GB 50608—2010严重低估了裂缝宽度,尤其低估了GFRP-RC和BFRP-RC构件的裂缝宽度;相比之下,规范CJJ/T 280—2018能较准确地预测裂缝宽度,而规范ACI440.1R-15高估了裂缝宽度。基于该数据库,通过引入弹性模量比Ef/Es修正了规范GB 50608—2010中的裂缝间纵向受拉筋应变不均匀系数ψ,并分别校准了3部设计规范中的FRP筋表面形态黏结特性系数。

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验研究

完成集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验,分析该类混凝土深受弯构件的破坏过程、荷载-跨中挠度曲线、破坏形态以及钢筋应变等;重点研究剪跨比、跨高比对该类构件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响;采用我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中深受弯构件承载力计算方法对本次试验8根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的美国、加拿大和欧洲三个规范的计算结果进行对比分析。研究表明:该类混凝土深受弯构件主要发生剪切破坏和弯剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,试件极限承载力显著减小,并且试件的弯曲效应逐渐明显,破坏形态随剪跨比和跨高比的增大逐渐由剪切破坏向弯剪破坏转化;采用拉压杆模型计算该类试件承载力较为合理,计算结果与试验值较为接近,而我国《混凝土结构设计规范》计算结果与拉压杆模型计算结果相比较为保守,尤其是对于跨高比为2的深受弯构件(深梁)。

高强混凝土受弯构件的抗剪强度

本文依据25根无腹筋和12根有腹筋高强混凝土约束梁在集中荷裁作用下的试验,对具有反弯点的高强混凝土受弯构件的破坏型态、剪跨比、混凝土强度、纵向钢筋含钢特征值和含箍特征值对抗剪强度的影响进行了分析。在分析试验数据的基础上,提出了高强混凝土受弯构件的抗剪强度计算公式,并给出了计算公式的适用范围,同时与国内外有关公式进行了对比。

钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗震性能研究

进行两个圆钢管约束型钢混凝土和两个方钢管约束型钢混凝土压弯构件的滞回性能试验研究,并进行两个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试件的混凝土为C70高强混凝土,试验中的主要参数为轴压比(n0=0.3和0.5)。试验结果表明,型钢混凝土和钢管约束型钢混凝土压弯构件易发生黏结破坏,因此工程实践中应在型钢翼缘设置抗剪连接件以防止黏结破坏的发生。相同用钢量条件下,圆钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力、延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,圆钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力与型钢混凝土柱基本相同,但方钢管约束型钢高强混凝土柱的延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,方钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。根据试验结果和理论分析结果建议了钢管约束型钢混凝土柱的截面抗弯承载力计算方法,提出设计建议,可为工程实践提供参考。

高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究

偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。

高强混凝土受弯构件延性的截面宽度效应

研究截面宽度对高强混凝土受弯构件性能的影响。混凝土立方体强度达 118MPa的受弯构件试验表明 :开裂荷载、屈服荷载和最大荷载与构件截面宽度成正比 ,构件的截面宽度越大 ,其极限转角、挠度延性及压区混凝土极限压应变也越大。

基于钢筋约束作用的混凝土受弯裂缝注浆修复技术研究

目前混凝土结构裂缝化学注浆主要是针对平滑等宽的收缩类裂缝,注浆孔往往沿裂缝开展深度方向等距布置,这对于不等宽的受力裂缝常导致在表面溢浆的同时,内部未能有效封堵的质量问题,严重影响注浆效果。为此,对钢筋混凝土梁进行了反向加载试验,研究了受弯裂缝宽度沿截面高度的变化规律,提出了钢筋对受弯裂缝开展的有效约束范围为5.9d(d为钢筋直径),建立了考虑钢筋约束作用的受弯裂缝宽度模型;结合环氧浆液扩散半径理论公式,提出了混凝土受弯裂缝的最佳钻孔深度为距表面0.60H(H为裂缝沿截面开展的总高度),该注浆孔位置可实现受弯裂缝表面溢浆的同时,内部亦能有效封堵的预期效果。

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能有限元分析

高强轻骨料混凝土具有强度高、质量轻、耐久性好等特点,已得到广泛应用。基于8根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验,建立了ABAQUS有限元模型,对比分析了构件受剪承载力。同时,模拟了不同剪跨比和跨高比条件下的16组构件的受剪性能,定量分析了剪跨比和跨高比对构件受剪性能的影响。研究表明:有限元软件ABAQUS能准确的对高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能进行模拟。通过试验及模拟结果对比,得出剪跨比对深受弯构件极限承载力影响较大,随着剪跨比减小,构件承载力显著增大;跨高比对极限承载力影响较小,对开裂荷载有一定的影响。