基于N-M曲线的Ⅰ形截面偏压构件计算方法

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)中规定的Ⅰ形截面偏压构件的计算原理和设计方法,规范中给出的配筋设计方法较为繁琐,需不断试算,不利于实际工程中计算程序的编制。针对以上弊端,通过基本公式推导、定义无量纲参数、取M_(du)/N_(du)比值消除变量N_d,得到6种条件关于受压区高度x的基本方程。通过对一元二次和一元三次方程的求解,计算得到轴力和弯矩强度的数值并绘制出N-M抗力曲线。利用抗力曲线可将偏心受压构件和受弯构件强度计算进行统一。将上述计算研究结果编制成通用的Excel计算绘图程序,对提高工程师的计算效率和结果的准确性有重要意义。

墩柱偏压静力N-M曲线自动绘制软件设计与实现

为进一步研究桥梁常用钢筋混凝土墩柱的受力性能,快速计算桥梁墩柱偏心受压状态下承载力,辅助设计人员进行桥梁墩柱的快速选型,本文根据对几种常用空心墩柱截面偏压计算理论公式进行总结,给出截面静力计算理论公式,并研究了基于Visual C#.NET环境下开发一套墩柱N-M曲线的自动绘制工具软件。该软件界面简单,操作便捷,与有限元软件计算结果对比表明该理论和软件计算结果与有限元分析结果较吻合,满足实际需求。

基于N-M曲线的盾构隧道正截面承载性能加固评价及演化规律

由于运营环境的复杂性,如何评价管片承载性能尚未形成统一的认识.首先提出将轴力-弯矩曲线(N-M曲线)与坐标轴围成的面积作为管片正截面承载性能的评价指标;进一步建立了内表面粘钢加固的正截面承载性能计算理论,并采用数值模拟验证了计算理论的合理性;最后综合考虑混凝土劣化和钢筋锈蚀,采用建立的计算理论系统分析评价了管片正截面粘钢加固的承载性能及其演化规律.研究结果表明:受压侧粘钢加固,正截面承载力随着钢板厚度的增加而提高,受拉侧粘钢加固,随着钢板厚度的增加,正截面承载力先快速增长,后逐渐降缓,最后趋于稳定;当盾构隧道采用整环钢板加固时,建议钢板厚度不宜超过20 mm;运营期早期,管片内表面拉、压侧粘贴钢板均可获得较好的加固效果,而运营后期,管片受拉侧粘贴的钢板对提升正截面承载性能几乎无效果.研究成果对于盾构隧道的性能评估和运营安全具有一定的指导意义.

偏心受压构件轴力-弯矩相关曲线探讨

对称配筋的偏心受压构件,截面承受的内力设计值N、M是相关的。通过对对称配筋大、小偏心受压构件N-M关系曲线的分析,总结出曲线的特点和规律;并对该曲线做功能分析,得出利用"N-M关系曲线"可进行以下工作:1确定最不利的内力组合;2反映长细比不同的构件的破坏特征;3判别大、小偏心受压。

填土特性对钢波纹板结构受力性能影响

目前国内外已有很多采用钢波纹板结构进行旧桥加固,但暂时还没有公开发表的相关受力分析结果。通过调研国内外研究现状的基础上,采用平面应变模型进行有限元分析,分别探讨土体弹性模量、密度和泊松比变化对钢波纹板结构受力的影响,并绘制N-M曲线,可以根据N-M曲线确定合适的土体参数,得出的相关结论可以为钢波纹板结构的工程应用提供理论指导。

混凝土结构设计原理中的相关问题探讨

混凝土结构设计原理的相关教材,对于双筋受弯构件与大偏压及大偏拉构件当x<2as′时的截面设计与复核、偏压构件的N-M相关曲线、大偏压构件ea的取值理由、偏压构件截面应变分布以及最小配箍率等问题的阐述彼此之间不一致,有些问题甚至与现行规范亦存在较大出入.为澄清一些设计与计算上的误解,对这些问题进行了分析探讨,并提出了一些见解,以供同行讨论.

碳纤维加固混凝土偏压构件正截面承载力的研究

定义了碳纤维加固混凝土偏压构件的四种破坏形态———受拉破坏、受压破坏、界限破坏和极限破坏,并在基本假定的基础上,利用静力平衡条件,提出了考虑二次受力时不同破坏形态下未破损截面和破损截面的承载力简化计算公式,N-M相关曲线表明碳纤维的加固作用可大幅度提高混凝土大偏压构件截面的抗弯承载力。对于易在拱顶和边墙部位发生受拉破坏的隧道衬砌,碳纤维可有效提高这类结构的承载能力,发挥其高强高效的加固作用。研究成果不仅验证了碳纤维加固隧道衬砌结构的有效性,还对碳纤维加固隧道结构设计方法的形成具有一定的参考价值。

带有加劲肋钢箱截面短柱强轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线的研究

随着我国千米级大跨度桥梁建设的增多,钢箱型截面加劲梁在桥面系结构中的应用越来越广泛。探明带有加劲肋钢箱型截面短柱压弯构件最大承载力N-M关系将对该类结构设计提供科学的理论依据和基础。为此本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和强轴方向弯矩共同作用下的受力性能进行研究。研究中,考虑箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B两个设计参数,模型分析时考虑轴压和弯矩共同加载时的速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况,共建立100个有限元模型。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面压弯构件最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构最大承载力N-M相关曲线越大;L/B对压弯构件强轴方向的N-M相关曲线影响较小,可以忽略。通过最小二乘法统计分析,给出了RR与N-M相关曲线之间的经验公式。

截面形状不同对钢箱短柱弱轴方向最大承载力N-M相关曲线的影响

为了探明截面形状不同对带有加劲肋钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,为该类结构设计提供科学的理论依据和基础。本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和弱轴方向弯矩共同作用下的弹塑性性能进行研究。研究中,变化箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B设计参数,建立20个有限元模型。为了探明各设计参数对钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,加载时考虑轴压和弯矩加载速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面短柱弱轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构的压弯最大承载力越大;L/B对压弯构件弱轴方向的N-M相关曲线也有一定的影响,随着L/B的增加,结构压弯最大承载力变小。

《混凝土结构设计原理》课程中偏心受压构件的教学思考

混凝土结构中偏心受压构件计算以公式多、符号多、构造多、判别繁杂成为该课程教学的难点,笔者通过对该类构件教学中几个关键问题的思考,对偏心受压构件教学予以探讨总结,以求同行商榷和指正。

异形钢管混凝土短柱偏压承载力截面材料参数影响分析

为研究截面材料参数对异形钢管混凝土短柱偏压承载力的影响规律,采用MATLAB程序对T形、L形和十字形钢管混凝土短柱偏压承载力曲线进行了计算。结果表明:钢材强度等级对异形钢管混凝土柱压弯曲线影响最显著,钢板厚度影响较大,混凝土强度影响最弱;组合异形柱压弯曲线随钢材强度、钢板厚度和混凝土强度增加而外凸。研究成果可为异形钢管混凝土柱的工程设计和推广应用提供参考。

近场脉冲型地震作用下上承式拱桥损伤模式研究

为了研究近场脉冲型地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的损伤模式,采用OpenSEES建立了某实际上承式箱板拱桥的全桥模型,根据N-M相关曲线和能力需求比分别研究了主拱圈与拱上立柱的抗震性能,并基于动力增量分析(IDA)对桥梁的损伤模式进行探讨。研究表明:在纵、横向地震输入下,拱圈的最大弯矩响应均出现在拱脚;当地震沿纵向输入时,较矮拱上立柱的剪力响应较大,而当地震沿横向输入时,拱上立柱将产生双向剪力,且较高立柱的横向剪力大于纵向,较矮立柱的纵向剪力大于横向;主拱圈的潜在抗震薄弱环节是拱脚,且其纵向抗震性能弱于横向;拱上立柱纵向抗震性能优于横向,靠近拱顶的立柱最先发生破坏,且以剪切破坏为主;较高的拱上立柱易发生横向剪切破坏,而较矮的拱上立柱易发生纵向剪切破坏。损伤分析表明,钢筋混凝土上承式拱桥在近场脉冲型地震作用下拱上建筑会先于主拱圈发生损伤。

上海某历史保护建筑加固设计中的若干思考

该历史保护建筑建于1931年~1935年,作为一栋有近80年历史的抗战纪念保护建筑,不同于一般建筑,其改造要求设计保存历史的原貌,并且此类建筑在原先的结构设计中并未考虑抗震要求。本文结合该历史保护建筑加固工程的设计过程,从楼层水平承载力复算,保证结构大震不倒,N-M曲线绘制,保证每一根柱的承载力满足设计要求,合理采用效能减震技术,提升结构抗震性能,修旧如旧,保留历史文化元素几个方面,对历史保护建筑的加固过程进行分析,可以为今后同类工程的设计与施工提供参考。

HRB600级钢筋矩形截面偏心受压柱对称配筋计算研究

通过对配置HRB600级钢筋混凝土偏心受压柱对称配筋进行研究,理论上计算了界限相对受压区高度ξ_(b),且因HRB600级钢筋抗拉和抗压强度设计值不相等,故以现有《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)为基础,推导了对称配筋大小偏心受压的基本公式及偏心受压类型的判别公式,并给出其相应的截面设计计算方法。最后推导了HRB600级钢筋对应的N-M相关曲线计算公式,并比较分析了不同配筋率、不同强度等级钢筋的N-M相关曲线。研究结论可为后期《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)的修订提供参考,也可为600MPa级热轧带肋钢筋的推广提供理论依据。

再生混凝土L形柱正截面承载力研究

采用纤维截面法编制了再生混凝土L形柱N-M曲线和Mx-My曲线的计算程序,研究了再生混凝土强度等级、再生粗骨料取代率、轴压比和荷载角对再生混凝土L形柱正截面承载力的影响规律。结果表明:随着再生混凝土强度等级的提高,L形柱正截面承载力显著增加;随着取代率的增加,L形柱正截面承载力减小;当轴压比增加时,L形柱正截面承载力先增大后减小;当荷载角增加时,L形柱正截面承载力先减小后增加。

部分外包组合柱强轴偏压承载力计算方法研究

针对强轴偏压的部分外包组合柱(PEC柱)的极限承载力计算,分别采用JGJ138-2016《组合结构设计规范》用于矩形钢管混凝土柱的算法、欧规Eurocode 4的算法和考虑钢截面弹塑性分区的精确算法,比较三种算法所采用的基本理论和计算假定,将三种算法应用于PEC柱的具体算例,对得到的截面层次的轴力-弯矩(N-M)相关曲线进行比较分析,结果显示三种算法得到的相关曲线差别不大,但当偏心距较小时,Eurocode 4的算法得到的极限承载力略小于其他两种算法。采取Eurocode 4的算法对PEC柱的截面承载力进行参数分析,结果表明随着偏心距的减小,混凝土强度的影响变得显著,混凝土强度对轴压承载力影响较大,基本不影响纯弯承载力;截面承载力随着钢板强度的提高而增大,且在各种情况下,增大幅度基本接近;保持翼缘宽度不变,随着翼缘宽厚比的增大,截面承载力逐渐降低,在偏心距较大时更为显著。

钢结构外露式柱脚极限承载力计算方法探究

文中通过混凝土压弯构件的特性,分析了不同条件、不同工况下柱轴力的变化,并对柱脚极限承载力的影响分析,提出了更加准确安全的轴力选取方法,并针对适用外露式刚接柱脚的结构,给出了简化且安全的设计计算建议。

竖向荷载和水平荷载共同作用下钢管拱平面内稳定承载力设计研究

采用二阶弹塑性有限单元法对竖向荷载和水平荷载共同作用下的圆形截面两铰抛物线钢管拱的平面内稳定承载力进行研究。考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和长细比等因素对钢管拱平面内力稳定承载力的影响。结果表明:残余应力对其竖向承载力影响很小;初始几何缺陷会显著降低中等长细比钢管拱的承载力;矢跨比和长细比是影响钢管拱承载力的重要因素,但拱的竖向承载力并不随矢跨比和长细比的均匀变化而变化。研究竖向荷载和水平荷载共同作用下两铰抛物线钢管拱达到平面内极限状态时的N-M相关关系,并拟合两铰压弯抛物线钢拱承载力N-M相关关系统一表达式。提出了竖向荷载为全跨均布和半跨均布荷载,同时考虑水平方向荷载作用的两铰抛物线钢拱平面内整体稳定承载力设计建议,可供相关设计问题参考应用。

FRP-混凝土-钢双壁空心管截面轴力-弯矩关系研究

为建立FRP-混凝土-钢双壁空心管(简称双壁空心管)截面轴力-弯矩相关曲线方程,推导了双壁空心管压弯构件截面承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。对构件的纤维特征值、内层钢管强度和含钢率等因素对双壁空心管截面轴力-弯矩关系的影响进行了分析。基于理论分析和试验结果,提出了双壁空心管截面轴力-弯矩相关曲线方程。

北京汽车博物馆抗震性能弹塑性分析

北京汽车博物馆为体型复杂的场馆结构,中厅周边柱上下错位,采用型钢混凝土转换节点。基于非线性有限元通用软件,采用纤维梁和分层壳单元,对其整体结构进行了弹塑性静力推覆和动力时程分析。采用精细模型对复杂节点进行弹塑性分析,得到了节点的承载力N-M相关曲线,并据此验证了转换节点的可靠性。分析结果表明,结构在小震及设防烈度地震作用下基本处于弹性状态,在罕遇地震作用下主结构能够保持较好的工作状态。