压力隧洞钢筋混凝土衬砌水-力相互作用分析

在高内部水压力下,混凝土衬砌压力隧道需要铺设钢筋承受破坏.由于水流是通过衬砌到达岩体,需要合理的布置钢筋以最大限度地减少隧道的水量损失.本文利用开发的子程序以评估内部水压力对多孔介质渗透系数变化的影响,分析了衬砌中的钢筋分布对隧道水量损失的影响.为了验证所提出的模型,根据介质的弹性特性对数值解和解析解进行了比较,得到了比较一致的结果.在相同的配筋率下,小直径和小间距的钢筋布置方式的钢筋混凝土衬砌隧道水量损失较小.

钢渣混凝土桩土相互作用机理试验研究

通过设计桩土相互作用可视化试验装置,模拟钢渣混凝土桩加固吹填土地基,对桩周土体的水分含量、孔压值以及桩体对土体的扰动情况进行监测分析,并利用宏观、细观和微观相结合的试验手段,深入研究桩土间产生的物理化学反应及其产物。试验结果表明,桩体具有膨胀挤密土体的作用;桩体能够加快土体的排水减压过程;桩土间产生的物理化学反应及其产物对地基稳定性有着正向加强作用。

温度与荷载共同作用下钢筋混凝土桩的细观损伤

为探究港口码头不同环境因素对码头桩身材料特性的劣化影响而降低桩身承载能力,通过颗粒流分析程序(particle flow code 3D,PFC3D)建立三维颗粒流离散元钢筋混凝土桩模型开展研究。对温度-应力模型进行建立,选取热学参数,构建了温度热管模型,通过分级加热,得到了钢筋混凝土桩的横向拉伸应变、纵向压缩应变以及微裂缝生长数量随温度变化曲线;调整模型混凝土粗骨料占比与强度等级,研究其对钢筋混凝土桩受热损伤的影响;通过施加温度场的模型进行水平加荷载后,得到的应力应变曲线;基于模型微裂隙数量的损伤变量,并构建了损伤变量-轴向应变曲线,进一步分析了温度-荷载共同作用的损伤规律。结果表明:混凝土轴向压缩应变和横向拉伸应变会随温度的增加而逐渐升高,细观微裂隙数量会随温度的升高而增长;粗骨料占比升高会使受热初始损伤增加;温度的升高,材料的宏观力学性能出现了不同程度的降低。

近场爆炸荷载作用下装配式钢筋混凝土叠合梁动力响应数值分析

为研究装配式钢筋混凝土叠合梁的抗爆性能,采用显式动力有限元软件LS-DYNA建立了相应的数值模型,通过已有的钢筋混凝土现浇梁爆炸试验研究对数值模型进行了验证。采用验证了的数值模型对爆炸荷载作用下的叠合梁和现浇梁进行动力响应分析,考虑比例距离、炸药量、浇筑方式等参数变化对装配式钢筋混凝土叠合梁动力响应及抗爆性能的影响。结果表明:随比例距离减小或炸药量增大,梁破坏形态由弯曲破坏向弯剪破坏转变,梁位移响应加剧;叠合梁抗爆性能略低于现浇梁,但尚能满足规范要求。

移动荷载下考虑钢筋作用的混凝土裂缝梁动力响应分析

由于钢筋的约束作用,混凝土梁裂缝截面的局部柔度与无筋时不同。建立了移动荷载作用下考虑钢筋影响的混凝土裂缝梁动力方程,基于力平衡和钢筋与混凝土变形协调对裂缝截面的局部柔度进行修正,采用无质量弹簧模拟裂缝,得到计入钢筋作用的裂缝梁自振特性,通过Newmark方法求解控制方程获取钢筋混凝土梁的动力响应。以受移动车辆荷载的简支梁为例,分析不同荷载速度、裂缝深度、裂缝位置、配筋率等条件下的钢筋混凝土裂缝梁响应。研究结果表明,裂缝处钢筋的约束作用可以显著地影响梁的动力响应,计入钢筋提供的刚度后裂缝梁的位移响应总体减小,且随着开裂损伤程度的增加钢筋的影响呈现变大的趋势。移动荷载下裂缝梁的共振现象较无损梁更为不利,考虑钢筋作用后裂缝梁的共振速度有所提高,共振响应则有一定程度的降低。由于钢筋混凝土裂缝梁和无损梁的共振速度存在差异,在某些荷载速度下无损梁的位移响应大于裂缝梁。

盐胀作用下埋地钢筋混凝土板受力性能试验研究

基于青海盐渍土地区埋地钢筋混凝土板现场模型试验,研究了考虑温度影响的盐渍土盐胀作用下钢筋混凝土板内及其表面的应力变化规律,并将其定义为“盐胀应力”。利用钢筋混凝土板内外应变监测结果,通过理论分析得出盐胀应力计算公式。基于Sum of sine函数模型将1年周期内盐胀应力的变化过程以及相对应的盐胀作用划分为发展阶段、稳定阶段、下降阶段3个阶段。其中发展阶段为每年10月至次年2月,温度变化范围为0~10℃,在该温度范围内,随着温度降低,盐胀应力不断增加,说明盐胀现象愈为强烈。对青海盐渍土地区的埋地结构物设计提出了建议,以期最大程度地减少盐渍土对埋地结构物的破坏。

往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土黏结性能研究

采用梁式试件进行25次往复荷载(25%、45%和65%极限荷载)作用下锈蚀钢筋(理论锈蚀率为2%、4%和6%)混凝土间黏结性能试验研究。结果表明:钢筋混凝土梁式试件均发生劈裂破坏;钢筋混凝土间的滑移在前十个往复荷载循环周期内基本完成,而后试件加载前后滑移差逐渐缩小,滑移量基本不再增加;在试件所受荷载等级一定时,试件加载端与自由端钢筋混凝土间的滑移随着锈蚀率增加而增大;而控制纵筋的锈蚀率不变,试件纵筋与混凝土之间自由端和加载端的滑移量随着荷载等级的提高而增加明显;往复荷载等级对于试件滑移量的影响较钢筋锈蚀相比更加明显。

铁路列车-轨道-基础结构动力相互作用统一分析PartⅡ:混凝土车致疲劳损伤与空时演化

铁路工程混凝土结构疲劳损伤演化的数值实现是列车-轨道-基础结构系统动态性能预测的重要基础。基于车辆-轨道耦合动力学基本原理,引入混凝土疲劳损伤本构和砂浆黏弹性-疲劳本构,基于已建立的列车-轨道-基础结构动力相互作用模型为基础,在铁路工程系统动力学框架内建立了列车循环作用下无砟轨道混凝土结构疲劳损伤动力演化计算模型。在所建立的演化计算模型中,以材料疲劳损伤本构为控制条件,根据结构有限单元应力/应变点的加/卸载、受拉/受压状态实时更新混凝土结构和砂浆层的刚度表征矩阵,将上一次列车作用下的混凝土结构疲劳损伤及残余变形作为下一次列车-轨道-基础结构系统动力学方程的初始条件之一,实现系统空间振动与疲劳损伤演化的耦合时变分析。数值计算结果表明:本模型有效揭示了砂浆层疲劳损伤的三阶段发展特性;轨道板和砂浆层的疲劳损伤发展速率、最不利损伤方式、位置和形式等存在显著差别;轨道板和砂浆层疲劳损伤对车辆-轨道系统动力响应的影响主要出现在疲劳损伤的后期发展阶段。

地震作用下钢筋混凝土圆形空心墩有效刚度研究

基于52个圆形空心墩拟静力试验数据及等效屈服位移三分量模型,分析了既有有效刚度公式对圆形空心墩的适用性;讨论了圆形空心墩有效刚度的主要影响因素,以轴压比、纵筋率、剪跨比及空心率为控制因素,标定了圆形空心墩有效刚度计算公式;并通过实尺寸及缩尺寸桥墩滞回曲线的模拟验证了建议公式的有效性。研究表明:绝大多数有效刚度既有公式在平均意义上严重高估了圆形空心墩的有效刚度,且变异系数较大;圆形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大,随空心率的增大而减小,剪跨比与空心率的耦合效应可通过等效剪跨比考虑,且有效刚度随等效剪跨比的增大而增大;建议公式给出的有效刚度计算值与试验值之比的均值及变异系数分别为1.04和0.21,与既有有效刚度公式相比,均值更合理而且离散性更小,提高了圆形空心墩有效刚度的预测精度;建议公式计算的有效刚度能较准确地模拟实尺寸及缩尺寸圆形空心墩拟静力滞回曲线,及相应的首次屈服刚度、加卸载刚度。

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土矩形柱力学性能研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土矩形柱的抗震性能,本文采用了Abaqus软件,对钢筋混凝土矩形柱进行了数值模拟。本文分析了锈蚀率、轴压比、非加密区箍筋间距、纵筋直径等因素对其抗震性能的影响。研究结果表明,在反复荷载作用下,随着锈蚀率和非加密区箍筋间距的增加,RC矩形柱的水平向抗剪承载力明显下降,其延性也随之降低。增大纵筋直径可以有效提高RC矩形柱的抗剪承载力并增强其延性。然而,随着轴压比的增加,RC矩形柱的抗剪承载力显著提高,但其延性却明显降低。随非加密区箍筋间距增大,RC矩形柱的抗剪承载力和延性显著下降。

多点荷载作用下钢筋混凝土梁受力特性及损伤演化规律研究

钢筋混凝土结构因其具有较好受拉和抗压性能,在各种建筑领域中被广泛使用。钢筋混凝土结构作为现代建筑工程中广泛采用的一种关键结构形式,其在服役期间的损伤特性一直是工程领域关注的重点。该文利用ABAQUS有限元数值软件,建立多点荷载作用下钢筋混凝土梁的数值仿真计算模型,对钢筋混凝土梁的多点荷载作用下受力特性及损伤演化规律开展研究。研究发现,钢筋混凝土梁在竖向位移荷载作用过程中,拉应力集中于梁下部,压应力区在梁上部;随外部荷载持续作用,纵向受力钢筋上形成的应力会传递至环向的箍筋上;钢筋混凝土梁在纯弯段受压区处,混凝土的应变大于材料的最大压缩应变,导致受压区内的混凝土出现损伤破坏;在钢筋混凝土梁受力过程中,混凝土的强度等级和受拉钢筋的强度等级对梁体的整体强度有决定性作用。

拱坝横缝钢筋与混凝土相互作用研究

本文在总结了钢筋与混凝土相互作用研究现状的基础上，建议了一个计算钢筋滑移量、钢筋粘结受力段长度的数值模型，该模型考虑了混凝土保护层厚度、截面混凝土应力分布的影响，并引用有关试验结果进行验证。文末在假定截面应力分布型态和临界混凝土保护层厚度条件下，将模型用于计算小湾拱坝横缝钢筋的滑移量、钢筋临界应力、钢筋受力段长度，计算结果表明用横缝钢筋控制横缝开度的这一工程措施基本可行，且建议的保护层厚度、横缝钢筋布置等均有一定工程参考价值。

考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

现有钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能分析大多采用刚性地基假定,未考虑土-结构相互作用的影响,而在实际地震中部分结构出现了"强梁弱柱"的失效情况,与以刚性地基假定分析的预期结果不一致。本文对某6层办公楼的一榀框架进行Pushover分析,探究了结构在刚性地基假定和考虑土-结构相互作用两种情况下的固有频率、顶点位移和塑性铰的产生和发展过程。结果表明,考虑土-结构相互作用后,RC框架结构自振周期变长,频率降低,结构顶点位移增大,结构底层柱铰增多;有效地再现了忽视土-结构相互作用而设计的框架结构在实际地震中出现"强梁弱柱"的情形,验证了在对结构进行Pushover分析时,考虑土-结构相互作用的必要性;并将动力时程分析与Pushover分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可行性和可信性。

高速侵彻体冲击作用下钢筋混凝土响应特性浅析

钢筋混凝土作为主要的结构材料被广泛应用于建筑工程领域特别是防护工程领域,如何有效侵彻钢筋混凝土以及钢筋混凝土高效抗侵彻问题,是侵彻体设计与研制、防护工程结构设计高度关注的问题。通过对混凝土的力学性能、钢筋的力学性能以及钢筋混凝土靶中钢筋的阻裂作用等进行分析,探究总结出高速侵彻体冲击作用下,低抗压强度等级的混凝土的延性反而比高抗压强度等级的混凝土要好、高速侵彻体冲击作用下钢筋混凝土中的钢筋拉伸破坏的四阶段特征明显且钢筋能够减少混凝土微裂纹预存和抑止裂纹的扩展,该研究成果可以为高速侵彻体冲击作用钢筋混凝土机理分析研究提供理论和工程实践参考。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土板性能分析

为了分析爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应,利用有限元开展了单点接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的压力、位移、钢筋应力-时程响应。结果表明:所有测点的超压时程响应曲线呈现正态分布的趋势;钢筋混凝土板迎爆面最大位移随时间的增加呈现先增加后减小再增加的趋势,表现为倒三角的形状;钢筋混凝土板内部的上层钢筋呈现为受压状态,压力值在0.5s时快速达到峰值15×103Pa;下层钢筋处于受拉状态,爆炸后拉应力在1s时快速达到峰值6×103Pa;当混凝土强度从30MPa增加至70MPa,钢筋混凝土板内部的最大位移降幅为44.2%;当钢筋屈服强度为250MPa增至500MPa,钢筋混凝土板内部的最大位移降幅为16.5%。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应及抗爆加固研究

某些工业厂房对构件抗爆有特殊需求,需对构件进行抗爆设计。淄博某石化企业因增设化工设备,厂房内的局部混凝土柱需承受爆炸冲击荷载,则相关范围内的混凝土柱应进行抗爆加固处理。该文使用有限元软件通过对钢筋混凝土柱采用不同碳纤维布加固方式(封闭缠绕粘贴、侧面粘贴)的破坏模式、动力响应分析发现,当构件受初始冲击作用时,应力较大位置集中于两端,此时构件以剪切变形为主;采用全截面围贴加固钢筋混凝土柱时,碳纤维布作用同于柱内纵向钢筋,并可提供围箍效应,类似于柱内受剪箍筋,故相比于对面粘贴的加固方式可明显改善构件的延性。研究可为同类型混凝土柱的抗爆加固设计提供相关数据支持,并具有一定的借鉴意义。

沟埋式大型钢筋混凝土管与土相互作用动力性能的研究

本文通过动力有限单元法对管周围土压力的动力作用分布和管子的自振特性进行了某些探讨。得出的结果可供有关地下埋管工程设计、研究及相应标准的修改制订参考。

考虑钢筋混凝土梁板结构相互作用时楼板合理设计方法的研究

钢筋混凝土梁板体系中梁与楼板作为直接承担竖向荷载的构件 ,彼此之间相互作用 ,共同工作。采用有限元分析程序SAP2 0 0 0 ,对钢筋混凝土梁板体系进行大量计算 ,分析梁与楼板相互作用的内在规律及影响梁与楼板相互作用的各种因素 。

钢筋混凝土筒仓散料的静力相互作用分析

基于亚塑性本构理论,对钢筋混凝土筒仓仓壁与散料颗粒体之间的静态压力作用进行有限元模拟.筒仓内散料颗粒采用Niemunis和Herle基于von Wolffersdorff修正的亚塑性本构模型;仓内散料颗粒与仓壁之间的相互作用采用基于库伦摩擦定律的面面接触关系.利用ABAQUS软件所建立的有限元模型,对筒仓-散料静力相互作用进行数值模拟,并将数值模拟结果与我国、欧洲(ISO)、美国筒仓设计规范,以及筒仓经典压力理论及既有试验数据进行比较.同时,还对仓内散料颗粒材料种类、初始孔隙比、内摩擦角、摩擦系数、颗粒硬度和颗粒间应变进行参数分析,分析结果表明,散料颗粒的种类、初始孔隙比、仓内散料临界内摩擦角、颗粒硬度和颗粒间应变对筒仓-散料静力相互作用影响较大.

考虑土-结构相互作用与重力二阶效应影响的钢筋混凝土框架结构地震反应分析

本文以一10层钢筋混凝土框架结构为例,采用ATC-40以及FEMA440中推荐的考虑土结构相互作用的方法并且计入重力二阶效应的影响,利用SAP2000进行动力时程分析。通过分析可知,考虑相互作用和重力二阶效应之后,在多遇与罕遇地震作用下,结构的层间位移角大幅变大,基底剪力明显减小,最大层间位移角增大系数在1.614～2.163之间,基底剪力增大系数在0.623～0.843之间,而且场地土越软,结构的层间位移角的增大比例越大。当结构倒塌破坏时,塑性铰主要集中在结构的底部楼层,并且场地土越柔集中现象越明显、破坏时的地震加速度峰值越小,而且计算结果表明,地基土越柔,土结构相互作用与重力二阶效应的影响越明显,不考虑相互作用与重力二阶效应,对于钢筋混凝土框架结构倒塌分析是偏不安全的。