Comparison study on calculation methods of bending behavior of Chinese reinforced concrete beams from 1912 to 1949

In order to study the calculation methods of bending behavior of Chinese reinforced concrete beams from 1912 to 1949, tests on the mechanical performance of 66 rebars from different modem Chinese concrete buildings, the concrete compressive strength of 12 modem Chinese concrete buildings, and the concrete cover thickness of 9 modem Chinese concrete buildings are carried out; and the actual material properties and structural conformations of modem Chinese concrete buildings are obtained. Then, the comparison on calculation methods of bending behavior including the original Chinese calculation method, the present Chinese calculation method, the present American calculation method and the present European calculation method is studied. The results show that the original Chinese calculation method of bending behavior is based on the allowable stress calculation method, and the design safety factors are 3.55 to 4. 0. In term of the calculation area of longitudinal rebars of reinforced concrete beams, without considering earthquake action, the original Chinese structural calculation method is safer than the present Chinese structural calculation method, the present European structural calculation method, and the present American structural calculation method. The results can provide support for the structural safety assessments of modem Chinese reinforced concrete buildings.

Comparative Studies on Calculation Methods of Shear Behavior of Reinforced Concrete Beams of Chinese Modern Reinforced Concrete Buildings

In order to study the calculation methods of shear behavior of reinforced concrete beams of Chinese modern reinforced concrete buildings,this paper carried out tests on the concrete compressive strength of 12 Chinese modern concrete buildings,the mechanical properties of 66 rebars from different Chinese modern concrete buildings,and the concrete cover thickness of 9 Chinese modern concrete buildings,and the actual material properties and structural configurations have been obtained. Then,the comparison on calculation methods include the Chinese original calculation method,the Chinese present calculation method,the American present calculation method and the European present calculation method is studied with case analysis method.The results show that the Chinese original calculation method of shear behavior of reinforced concrete beams is based on the allowable stress calculation method,and the design safety factors are 3. 55- 4. 00. The standard value of the compressive strength of concrete cubes is 8. 48 MPa,the standard value of the concrete tensile strength is 1.20 MPa,the standard value of the yield strength of rectangular rebars is 229. 56 MPa,and the standard value of the yield strength of round rebars is 276. 82 MPa. The average value of the concrete cover thickness of beams and columns is 35.96 mm. In term of calculation area of hoop rebars of reinforced concrete beams,without considering earthquake loads,the Chinese original structural calculation method is safer than the Chinese present structural calculation method,but is more unsafe than the American present structural calculation method and the European present structural calculation method. The results can provide the support for structural safety assessments and repair designs of Chinese modern reinforced concrete buildings.

考虑节点刚度随机性的焊接钢筋部品变形计算方法研究

为量化钢筋部品刚度,从受力机理角度出发,基于试验和理论分析,提出考虑刚度随机性的焊接钢筋部品变形计算方法。从受力机理的角度提出三向转动刚度独立力学求解模型,考虑钢筋直径的影响,设计了105组T形焊接钢筋试件及两类加载固定试验装置,开展分级加载试验;在此基础上,考虑焊接节点转动刚度随机性,提出基于蒙特卡洛随机抽样的焊接钢筋部品变形计算方法,并分别开展了6个焊接钢筋网片和6个钢筋块体试验进行验证。结果表明:钢筋焊接节点刚度与钢筋直径有关,当焊接条件相同时,钢筋直径越大,焊接节点刚度越大;同一钢筋直径组合的焊接节点转动刚度基本符合正态分布,3个方向的转动刚度R x>R z>R y;钢筋焊接节点刚度与焊接节点断面面积基本呈线性关系;竖筋和横筋连接节点刚度对钢筋部品变形影响显著,所采用的节点刚度取值方法计算的焊接钢筋部品变形偏差均在10%以内,与传统刚接和铰接方法相比,变形计算精度大幅提高,变形计算方法合理。

围缘扁钢加强的开圆孔无限平板应力解析算法

为了研究围缘扁钢加强的开圆孔无限平板应力解析计算方法,近似认为围缘扁钢区域的平均应力处于广义平面应力状态。运用复变函数论的方法,将应力函数表示为两个待定的解析函数;列出围缘扁钢的边界条件、围缘扁钢与平板之间的应力连接条件和位移连接条件,求出应力函数,根据求出的应力函数便可求出应力。为了描述围缘扁钢减缓孔口应力集中的效果,提出围缘扁钢加强系数的定义。算例计算表明:本文提出的解析算法计算结果与有限元法计算结果吻合良好,围缘扁钢加强的开圆孔无限平板应力普遍小于开圆孔无限平板应力,围缘扁钢加强效果明显;相同体积的加强构件,围缘扁钢的加强效果优于环形加厚板。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

铁路路基挡墙碳减排方案优选及降碳策略研究

铁路路基挡墙在铁路路基全生命周期产生的碳排放不可忽视。为探析不同类型挡墙碳排放水平,选取3种典型挡墙展开研究,提取碳减排最优方案并剖析不同策略组合对其碳排放影响,进而提出碳减排综合策略。首先基于LCA理论,将加筋土挡墙、重力式挡墙及土钉墙全生命周期碳排放分为建材生产、建材运输、施工建造与运营维护4个阶段,基于功能单位,利用碳排放因子法并依据碳排放计算模型测算各类型挡墙各阶段与总碳排放量。研究结果表明,加筋土挡墙因边坡植被固碳能力使其全生命周期表征出固碳效应,且固碳量为197.300 t,重力式挡墙与土钉墙总碳排放量分别为489.344 t和51.834t,故将加筋土挡墙作为碳减排最优方案。然后以加筋土挡墙为研究对象,提取其设计阶段碳排放影响因素,并利用敏感性分析方法识别出其碳排放最敏感的因素为边坡植被类型,其次为挡墙坡度。最后选取百喜草、结缕草、黑麦草3种植被与1∶0.4、1∶0.5、1∶0.6、1∶0.7这4种坡度,分析不同策略组合对加筋土挡墙全生命周期碳排放综合影响。研究表明,对碳汇能力较强的百喜草,降低坡度可提高全生命周期固碳量;对碳汇能力一般的结缕草,避免不利坡度以提高全生命周期固碳量;对碳汇能力较弱的黑麦草,提升坡度可提高挡墙全生命周期固碳量。研究成果可为铁路挡墙降碳设计提供理论依据。

预应力UHPC-RC无腹筋组合梁足尺模型抗弯试验及极限弯矩计算研究

为了解预应力UHPC-RC无腹筋组合梁(简称组合梁)的抗弯性能,以2座组合梁桥实际工程为背景,分别制作25 m长工字形组合梁及30 m长箱形组合梁足尺模型进行抗弯试验,研究组合梁在弯曲荷载下的裂缝发展形态、荷载~挠度曲线及不同截面高度应变等。结果表明:2种组合梁最终受弯破坏时,1条主裂缝快速发展为贯穿弯曲裂缝,组合梁裂缝细密;荷载~挠度曲线较为饱满,刚度折减较普通预应力混凝土梁明显推迟,结构性能更为优良;开裂前组合梁截面受力发展满足平截面假定,出现主裂缝后逐渐不满足平截面假定。为考虑组合梁截面在极限状态不满足平截面假定的情形,基于UHPC材料本构关系,提出采用体外预应力筋极限理论推导组合梁极限弯矩计算方法,并将该方法与平截面假定理论计算结果及试验结果进行对比。结果表明:提出的组合梁极限弯矩计算方法较平截面假定理论计算方法能更好地反映结构受力。

基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

昆都仑泄洪冲沙洞结构静动力三维有限元配筋计算

昆都仑水库是一座以防洪、供水为主的综合利用的中型水库。为改善水库泄洪条件,新建泄洪冲沙洞并布置于库区右岸山体内。首先,构建了泄洪冲沙洞三维有限元模型,模拟了各结构的精细构造部位;然后,采用三维线性有限单元法对泄洪冲沙洞开展静动力工况下变形、应力分析计算,基于有限元内力法进行内力计算并提出相应配筋方案;最后,进行结构限裂复核验算。选取的配筋计算方案实用可靠,为工程设计提供指导、验证复核作用并成功付诸实施。

基于钢筋平法的城际铁路地下连续墙BIM模型钢筋计量研究与实践

地下连续墙作为城际铁路典型的深基坑支护结构,在工程量计算过程中,存在钢筋工程量计算繁琐、计算结果准确率低等问题。本文通过梳理地下连续墙钢筋类型,制定适用于城际铁路工程地下连续墙的平法标注规则和构造详图,推导相应的钢筋工程量计算规则。以BIM模型为载体,关联相应的钢筋平法信息,构建基于钢筋平法的BIM算量系统,实现在无需创建钢筋实体的前提下快速高效地计算钢筋工程量,最后通过某城际铁路应用案例验证,为BIM模型钢筋计量提供新的解决思路。

某失稳边坡的稳定性及加固效果研究

以某公路失稳边坡为研究对象,采用Bishop法计算了边坡5个代表性剖面的稳定性系数,根据稳定性计算结果提出了“削坡+锚杆格构梁+排水沟+坡面绿化”的边坡治理措施。为验证治理措施的有效性,以稳定系最差的I-I’剖面为例建立三维网格计算模型,利用有限差分法计算了天然工况和暴雨工况下边坡位移量分布结果。数值模拟结果显示,边坡加固前,在天然工况和暴雨工况下的最大水平位移量分别为26.3 mm和28.9 mm,最大竖向位移量分别为19.2 mm和22.1 mm;边坡加固后在天然工况和暴雨工况下的最大水平位移分别为10.7 mm和11.5 mm,最大竖向位移分别为14.3 mm和16.8 mm。在天然工况和暴雨工况下,加固后对比加固前坡面位移分别降低了40.56%和39.83%,坡体位移分别降低了54.37%和58.13%。对比加固前和加固后的坡体位移结果可知锚杆格构梁加固有效抑制了坡体变形。加固后的坡体地表位移监测结果均在安全范围内,表明所提出的边坡加固措施对该边坡具有良好的加固效果。本研究可为类似边坡加固工程提供一定的参考。

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

高强钢-钢筋混凝土复合防护结构厚度极限计算方法

为探究弹体高速冲击下,高强钢-钢筋混凝土复合防护结构的穿甲侵彻机理和厚度极限计算方法,为此类复合防护结构设计提供依据和参考,文章通过弹体侵彻复合靶模型试验确定了高强钢-钢筋混凝土复合结构的穿甲模式,对前覆高强钢板与钢筋混凝土背板的受力情况进行解耦分析,建立了高强钢-钢筋混凝土复合防护结构临界穿甲理论模型;基于冲击动力学理论,建立了无背板支撑下高强钢、无限厚背板支撑下高强钢与钢筋混凝土背板共3类厚度极限控制方程,提出该类复合防护结构整体厚度极限计算方法;设计开展了弹体侵彻高强钢-C40钢筋混凝土复合靶验证性试验,试验结果证明了计算方法的可靠性,揭示了复合防护结构抗侵彻机理;根据理论模型的假设,最后对计算方法的适用性和误差进行了讨论.研究结果表明:理论计算结果总体与试验验证的结果相吻合,由于不考虑弹体质量损失与材料动态应变率效应等因素,理论计算的厚度极限结果较试验验证数据偏高,对于工程防护设计而言偏向安全.

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

地铁路基刚性桩处理沉降计算方法探讨

地基处理采用刚性桩桩网复合地基往往是应用于深厚软土层中,且对沉降有较为严格的控制要求。地铁路基对沉降要求较为严苛,尤其是在路基面上铺设轨道时,工后沉降根据轨道铺设类型的不同细分为:有咋轨道线路不应大于200 mm,过渡段不应大于100 mm,沉降速率不应大于50 mm/a,无咋轨道线路不应大于20 mm,差异沉降不应大于10 mm。严苛的沉降要求使得设计者应对刚性桩的作用原理十分熟悉,设计观念中不应仅采用传统的柔性桩设计思路,桩长穿透软弱土层,进入持力层即可,应选择合适的计算理论去应对精密的工后沉降要求。通过分析多种沉降计算方法,并结合实际工程案例,选取较适用的刚性桩沉降计算理论。

剪力墙置换加固设计分析

某高层住宅建筑物经对该工程墙、柱混凝土抗压强度进行质量检测,发现部分墙、柱结构构件的混凝土强度推定值不满足要求。文章依据检测报告中墙、柱结构构件的混凝土抗压强度的检测结果,对原结构进行复核验算。根据复核验算结果和检测建议,对原结构不满足要求的墙、柱结构构件进行加固设计。针对轴压比大于规范限值要求的框架柱,采用增大截面法进行加固处理;针对轴压比大于规范限值要求的剪力墙,采用全截面置换混凝土法进行加固处理,可供参考。

大型钢筋混凝土水池分离法与共同作用法计算分析

大型钢筋混凝土水池结构多采用有限元计算方法分析,包括分离法与共同作用法。论文对典型水池结构分别采用两种方法进行计算,对计算结果进行对比分析;对影响两种计算方法差异的主要因素地基刚度、水池底板刚度进行了研究,分别取不同的地基压缩模量与底板厚度,对不同模型的计算结果进行分析。得到了基本结论:当地基与底板刚度足够大时,共同作用法的计算结果将趋近于分离法,可以采用分离法对水池结构进行分析;当地基与底板刚度有限时,两种方法计算结果差异较大,建议采用共同作用法或两种方法包络对水池进行计算分析。

抽水蓄能电站库底及库周廊道配筋计算分析

为了研究圆拱直墙式廊道圆拱中心角、廊道埋深、衬砌厚度、断面高宽比以及衬砌的混凝土强度等级对抽水蓄能电站库底及库周廊道衬砌配筋的影响,采用边值法计算方法,引用理正岩土程序6.5对抽水蓄能电站库底及库周廊道衬砌内力和配筋进行计算,结果表明全库盆防渗水库库底和库周廊道内、外侧的配筋面积随圆拱中心角、廊道埋深、衬砌厚度、断面高宽比以及衬砌的混凝土强度等级的改变而呈现一定规律的变化,尤其是廊道底板内外侧配筋面积变化较大,该结果可以为抽水蓄能电站全库盆防渗水库库周及库底廊道设计提供参考依据。

压力容器筒体在计及轴向力或弯矩作用下开孔补强方法

介绍了国内外标准中圆筒体常见开孔补强方法、补强原则和存在问题。基于大平板开小孔应力集中原理和开孔接管数值模拟,分析了筒体在不同方向应力比对开孔补强处应力集中的影响,发现了筒体应力比与应力集中系数的线性化规律。指出当前标准中计算方法基于纯内压工况,而实际中筒体会在弯矩或轴向力作用下改变筒体应力比,与内压下应力集中情况并不相同,如果不对现有方法进行修正,会带来安全风险和不合理设计。基于研究,提出基本解决思路、标准修订建议和适用于开孔率ρ≤0.2时的计算方法,并阐述了塔器、覆土式储存容器以及管壳式热交换器壳程等圆筒体在弯矩或者轴向力组合作用下开孔补强工程设计建议。