考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

纤维增强聚合物(FRP)筋作为非腐蚀材料替代钢筋已成为解决锈蚀问题的创新方案,被应用于预应力结构、海洋平台、沿海码头和长期处于浸蚀性化学环境的构件中。关于FRP筋混凝土构件的纯扭承载力设计方法只有加拿大规范CSA S806-12提出,且以借鉴现有的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算公式的形式给出,考虑了FRP筋与钢筋间材料力学参数的区别。该文通过已验证了的三维细观数值模拟方法,研究了最大横截面宽度为1000 mm的FRP筋混凝土柱纯扭破坏行为,揭示了其名义抗扭强度尺寸效应规律。基于模拟数据,对比了现有的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算公式,并在中国规范GB 50010-2010关于钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法的基础上,提出了考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力的计算方法。通过对比现有的试验数据,验证了所提公式的正确性和合理性。

圆中空夹层钢管混凝土叠合构件纯扭性能研究

目的 研究圆中空夹层钢管混凝土叠合构件的纯扭性能,为工程应用提供理论依据。方法 利用ABAQUS软件建立圆中空夹层钢管混凝土叠合构件纯扭有限元模型,分析其工作机理和各参数对构件纯扭性能的影响规律;最后采用叠加法提出抗扭承载力简化计算公式。结果 受扭全过程可分成弹性、弹塑性和塑性3个工作阶段;外钢管的强度、直径以及径厚比是影响构件抗扭承载力的关键参数,外钢管强度由Q235提高到Q345、Q420,抗扭承载力分别增大了21.0%和35.2%;外钢管直径由134 mm增大到154 mm、174 mm,抗扭承载力分别增大了26.9%和67.0%;外钢管径厚比由51.3减小到38.5、30.8和25.7,抗扭承载力分别增大了16.0%、31.9%和46.7%;简化计算公式得出的抗扭承载力与模拟结果的平均比值为0.903,公式计算结果偏于安全。结论 圆中空夹层钢管混凝土叠合构件具有良好的抗扭性能和延性性能,简化计算公式能满足工程设计需求。

钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载下的抗震性能研究

为研究钢管混凝土的抗扭性能,完成8个钢管混凝土柱试件在纯扭和压扭荷载下的拟静力试验,变化截面形式、含钢率和轴力大小等参数。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭矩荷载作用下的滞回曲线非常饱满,没有"捏拢"现象产生,卸载刚度几乎等于初始弹性刚度,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。轴力较小时,轴力对钢管混凝土柱的抗扭承载力有提高作用,且延性较好;但轴力较大时,轴力将削弱钢管混凝土柱的抗扭承载力。在纯扭荷载作用下,钢管内的混凝土由于斜向开裂形成螺旋斜压杆,斜向压力的轴向分量由钢管的轴向拉力平衡,导致钢管存在拉应变。在纯扭和压扭荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。基于试验结果和已有文献研究成果,较为全面地分析钢管混凝土的抗扭机理,为进一步开发可考虑扭转作用的钢管混凝土杆系单元提供研究基础。

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭作用下抗扭承载力计算模型

以扭转理论和固定角软化桁架模型为基础,推导了纯扭作用下波形钢腹板PC组合箱梁的抗扭承载力计算模型。该模型针对组合箱梁极限状态时,波形钢腹板处于屈服和未屈服状态两种情况,分别建立了剪应变连续与剪力流连续方程,模型同时考虑了不同位置预应力筋对抗扭承载力的不同作用。通过四根试验梁抗扭承载力理论计算结果与试验数据的对比分析,结果表明本文提出的计算模型不仅能够有效的计算抗扭承载力,还能计算出混凝土开裂后的扭矩—扭率曲线。

方中空夹层钢管混凝土纯扭力学性能研究

当中空夹层钢管混凝土构件用于高架桥桥墩、输变电杆塔、风力发电支架等时,其抗扭性能是十分重要的,纯扭性能的研究是进行压扭、弯扭、压弯扭力学性能研究的基础,因此有必要对中空夹层钢管混凝土纯扭的力学性能进行深入研究。以名义含钢率和空心率为变化参数,设计了4根方中空夹层钢管混凝土试件和1根实心方钢管混凝土试件,对其进行了试验研究,并且利用有限元软件ABAQUS对纯扭试件的扭矩—转角关系进行了计算。研究结果表明:所有试件具有良好的延性和后期承载力;名义含钢率越大,承载力越大;空心率为0.4的方中空夹层钢管混凝土与实心方钢管混凝土纯扭试件力学性能接近。采用本文的有限元方法可以较好地模拟方中空夹层钢管混凝土和实心方钢管混凝土纯扭试件的扭矩—转角关系全过程曲线。

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭试验研究

研究了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭的受力性能;介绍了试件设计及其材料力学性能、施扭装置和各种测量方法;分析了各级扭矩荷载作用下,构件线扭转角、跨中截面畸变、钢筋(纵筋和箍筋)的应变、构件混凝土开裂后截面不同位置处裂缝沿纵向夹角的规律;探讨了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形梁受扭破坏机理并提出了相应的开裂扭矩和极限扭矩计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

钢纤维钢筋混凝土纯扭构件的有限元分析

运用有限元分析软件对钢纤维混凝土纯扭构件进行了非线性分析,通过合理地选取本构关系、单元类型、材料模型、收敛准则以及子步数得到与试验数据具有较高精准度的有限元模型,然后运用该模型分析钢纤维钢筋混凝土梁的受扭性能。结果表明,由于钢纤维的阻裂性能,掺入钢纤维可以使混凝土构件的抗扭延性和刚度等性能得到明显地改善,并且提高了受扭构件的开裂扭矩和极限扭矩;同时得出钢纤维有微加筋的作用,能够在一定程度上抑制斜裂缝的发展,但是不能完全替代箍筋的作用。

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭性能的非线性分析

在钢筋混凝土变角软化桁架模型薄膜元理论的基础上,提出了针对波形钢腹板PC组合箱梁这种新型桥梁结构的纯扭性能分析模型。在该模型中对该类型箱梁的受力特点进行了合理简化,建立了一组充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构关系的方程,并给出了求解这些方程的有效算法。对部分试件的计算验证表明:该模型可以用于准确预测极限抗扭承载力,同时为混凝土翼板开裂后梁的全过程分析提供了有效途径。

钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭全过程分析

在钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭试验研究的基础上,利用ANSYS软件对试验构件进行了全过程分析,并与试验进行了对比验证.结果表明,ANSYS软件分析结果与试验结果吻合较好,证实了ANSYS软件可以较好地用来模拟钢纤维高强混凝土薄壁箱梁的受力-变形全过程,为ANSYS软件在后续研究工作中的应用提供了可靠依据.在此基础上,对试验构件在各级扭矩作用下,沿跨度方向各截面的线扭转角与畸变角进行了计算分析,得到了线扭转角与畸变角在构件受力-变形全过程中沿跨度方向的变化规律.

新型纯扭矩加载器的设计及结构优化

针对现有精密小扭矩传感器扭矩标定中存在的精度低、误差大、所加载的扭矩非纯扭矩等问题，研制出可以加载纯扭矩的加载器（加载范围为0～16．068N·m），该装置采用柔性铰链结构作为导轨机构，只需要加载一个力即会产生一个平衡对称的纯扭矩。柔性铰的尺寸参数和位置参数是该装置设计的关键，通过采用ANSYS软件对初始设计参数进行结构优化计算，确定了其最优参数。通过实验分析，验证了所设计的新型纯扭矩加载器的精度、线性度和重复性均优于传统的扭矩加载机构，且具有结构简单、制作方便的优点，可以在工程实际中使用。

钢筋混凝土纯扭构件截面尺寸效应的试验

对适筋的钢筋混凝土实心及空心矩形截面纯扭构件,当取其截面高宽比、纵筋及箍筋配筋率,以及二者的配筋强度比基本相同,而具有不同的截面尺寸,对空心截面并具有不同的有效壁厚时,进行试验研究分析,提出了钢筋混凝土矩形截面纯扭构件截面尺寸对承载力影响的规律性,为今后建立构件受剪扭的统一计算公式,打下基础.

钢筋混凝土构件纯扭极限强度计算

根据变角空间桁架理论，在考虑莫尔应力谐调条件和混凝土软化基础上，提出了钢筋混凝土纯扭构件受扭破坏形态的判别准则，并建立了纯扭极限强度的计算方法。通过与试验结果的对比，计算值与试验值符合较好，且具有较高的计算精度。

锈蚀钢筋混凝土纯扭构件的开裂扭矩及裂缝倾角

目的研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土纯扭构件力学性能的影响,揭示构件纯扭开裂承载力退化机理.方法利用钢筋混凝土构件的电化学快速锈蚀试验和构件抗扭承载力试验,对实验结果和理论计算结果进行对比分析,建立了锈蚀钢筋混凝土纯扭构件开裂扭矩和裂缝倾角的理论分析方法.结果纵筋锈蚀与箍筋锈蚀降低了开裂荷载,当钢筋锈蚀率超过8%后,构件开裂扭矩下降幅度明显加大.纵筋锈蚀构件的裂缝倾角随钢筋锈蚀率的升高而加大,而箍筋锈蚀构件的裂缝倾角随钢筋锈蚀率的升高而减小.结论钢筋锈蚀对混凝土纯扭构件的开裂扭矩和裂缝倾角均有影响.钢筋锈蚀影响的开裂扭矩和裂缝倾角的计算公式具有一定的计算精度,可以用于实际分析.

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件全过程分析

在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序,并对试验构件进行了全过程分析.在考虑钢纤维高强混凝土抗拉强度作用时,能较好地模拟试验构件的荷载-变形全过程,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,其结论也得到相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实.

钢筋混凝土柱纯扭破坏尺寸效应数值分析

在地震作用下,钢筋混凝土柱时常会受到扭矩的作用,而扭矩的存在会改变钢筋混凝土柱的破坏模式。为探究钢筋混凝土柱纯扭破坏的尺寸效应行为,采用三维细观数值模拟方法,考虑了混凝土细观组分的非均质性及钢筋与混凝土间的粘结滑移作用,建立了钢筋混凝土柱的纯扭作用数值模型。模拟分析了结构尺寸、纵筋率、配箍率和截面形状对钢筋混凝土柱抗扭破坏的影响。结果表明:钢筋混凝土柱扭转破坏表现为脆性特征,名义抗扭强度表现出明显的尺寸效应;纵向配筋对扭转强度尺寸效应影响不大;方形截面柱比圆形截面柱具有更强的尺寸效应;箍筋可以提高扭转强度,且可以削弱名义抗扭强度的尺寸效应。最后,修正了Ba?ant尺寸效应律,建立了全结构尺寸范围内的名义抗扭强度预测公式。

薄膜元理论在钢筋混凝土纯扭构件计算中的应用

对薄膜元理论在受扭构件中的应用进行了探讨 ,以软化变角空间桁架理论为基础 ,考虑混凝土的“软化效应”,通过建立应力平衡方程、应变协调方程、本构关系方程 ,用反复迭代的数值分析方法 ,模拟构件受力的全过程。用此方法对纯扭构件作了全过程分析 ,对构件的破坏荷载和变形进行了计算 。

外包钢-砼组合梁纯扭作用下抗扭刚度的实验及数值模拟

为了研究新型外包钢-砼T形截面组合梁在纯扭作用下的变形性能,设计了5根不同配箍率的的足尺悬臂组合梁。通过对5根悬臂梁的抗扭性能的实验研究,得到了组合梁的扭矩-扭率关系曲线。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析,得到了混凝土与外包钢在极限阶段的应力云图。根据实验以及有限元结果分析了组合梁在整个加载过程中扭转刚度的变化。基于现行砼结构设计规范,提出了组合梁从开裂到极限阶段抗扭刚度的计算公式,可供组合梁受扭设计参考。把有限元模型和公式的计算结果与实验结果进行比较,三者吻合较好。

纯扭作用下考虑黏结滑移的H型钢骨混凝土承载力分析

我国规范《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082—97)与《型钢混凝土组合结构技术规范》(JGJ 38—2001)中,对型钢混凝土在纯扭作用下的受力性能分析均未定义钢骨与混凝土间的黏结滑移.前者只是单纯的将型钢与混凝土进行简单叠加;后者则在平截面假定的基础上进行计算,不考虑型钢与混凝土之间的滑移.但是,经国内外大量试验结果表明,钢骨与混凝土之间的黏结滑移不能被忽略.在考虑黏结滑移的基础上采用ABAQUS有限元分析软件,对H型钢骨混凝土纯扭构件的受扭性能进行了分析研究,以传统强度叠加原理为基础,考虑黏结滑移的作用对H型型钢混凝土构件在纯扭作用下极限扭矩的计算提出了建议公式,并将建议公式计算值与有限元模拟值进行比较,得出的构件极限扭矩计算值与有限元模拟值基本吻合,验证了建议公式的正确性.

基于固定角软化桁架模型的钢筋混凝土纯扭构件非线性分析

在固定角软化桁架模型的基础上,提出了钢筋混凝土构件在纯扭作用下的非线性分析方法。根据平衡条件、变形协调条件和材料本构关系,推导出16个方程,其中包含20个变量。而后根据扭转问题的特点,提出了求解这些方程的有效算法。该方法不仅可以预测受扭构件的极限强度,而且可以预测其开裂后的荷载-变形历史。通过对63个试件的计算验证,计算结果与试验结果吻合良好。

配筋钢纤维混凝土纯扭构件性能的试验研究

介绍１３根矩形截面配筋钢纤维混凝土纯扭构件的试验结果；基于钢纤维增强机理和现行规范设计理论，提出这类纯扭构件开裂强度、极限强度的计算公式。