CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩恢复力模型研究

为研究碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)及外包型钢(Externally Wrapped Steel Section,EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩的恢复力模型,对1榀原型对比试件、1榀无预损加固试件和2榀遭受不同地震损伤加固试件进行了低周往复加载破坏试验,获取了滞回曲线并提取骨架曲线,分析其滞回特性,提出一种弹性段和强化段为双折线、下降段为指数函数且考虑初始损伤的骨架曲线模型;采用试验数据回归拟合方法,定量描述了试件滞回曲线卸载刚度的退化规律,考虑了同级加载承载力退化和定点指向特征,建立了恢复力模型。研究结果表明:复合加固试件滞回曲线捏缩现象明显,呈倒S型,各滞回环分别相交于骨架曲线上正向、负向荷载为屈服荷载0.25倍的点,峰值荷载后EWSS产生包辛格效应;所提出的骨架曲线模型对中度震损和重度震损加固试件下降段指数函数的参数k建议取值分别为3.6和3.4;所建立的骨架曲线模型和恢复力模型计算结果与试验实测结果吻合较好,可为该类结构弹塑性地震反应分析提供依据。

考虑局部屈曲加劲钢箱形构件极限承载力的纤维梁柱模型

大型桥梁加劲钢箱形构件的极限承载力会受到板件局部稳定性能的影响,而目前尚缺乏成熟的可直接计入局部屈曲的高效计算模型。归纳总结国内外钢构件计算方法对局部屈曲的处理方式,明确以有效应力法即采用板件(或加劲板)平均受压应力-应变曲线简化局部屈曲效应的研究思路。通过有限元程序ANSYS二次开发钢板拉压非对称本构模型,提出一种可直接计入局部屈曲的纤维梁柱模型。材料本构模型中受压应力-应变曲线通过小型的加劲板板壳模型得到,且全面考虑了焊接残余应力与几何缺陷。搜集已开展的钢箱梁、钢桥塔及钢拱肋的稳定性试验,采用提出的纤维梁柱模型、板壳模型与传统弹塑性梁柱模型进行分析,展示截面纤维划分策略,验证文中纤维梁柱模型的可靠性与高效性;通过设置不同的缺陷参数,探讨缺陷水平与局部屈曲对各个构件极限承载力的影响。研究表明,随着缺陷水平的严重,局部屈曲会显著降低极限承载力,提出的纤维梁柱单元模型能够有效地预测加劲钢箱形构件的极限承载力,具有较广泛的应用前景。

基于非包埋法纤维横截面的混纺织物成分智能分析

为了解决纤维横截面法在混纺织物的成分测定中常遇到图像失真、定性效率较低、定量测定软件准确率不稳定、测定效率有待提高等问题,改进了非包埋纤维横截面图像采集方法,测定纤维横截面轮廓特征结构参数,依据圆形度、异形度指标,同时增加了可原位溶解观测的微通道超薄纤维切断装置,建立了混纺织物智能定性模型,对常规纤维进行初步分类,利于快速自动检测。应用YOLOv5模型的图像识别算法,建立混纺织物智能识别模型,提高了纤维横截面图像边缘特征提取准确性和混纺织物定量模型的测定准确性。经实际样品验证,与化学溶解法相比,算法识别96%的样品数据偏差在5%以内,实现了混纺织物成分测定的数字化和智能化。

RC偏压构件分段光滑的承载力相关方程

为了正确评估钢筋混凝土(RC)偏压构件在压力和弯矩共同作用下的承载能力,建立了分段光滑的压弯承载力相关方程的显性表达式。首先考虑相关方程一阶导数在界限点连续的条件,利用二次分段光滑函数建立了适用于大、小偏心受压状态的承载力相关方程;其次,通过重新定义轴压承载力调整系数,使承载力相关方程能够合理反映大、小偏压构件的破坏机理,且能够平稳回归到轴压点和纯弯点,从而正确表达RC构件在轴压、偏压和纯弯3种受力状态下的承载力,克服了基于现行规范承载力计算公式推导建立的相关方程以及现有文献中相关方程的缺陷;最后利用纤维模型法与119组偏心受压构件的承载力试验数据验证了所建立的承载力相关方程在不同截面参数和偏心率下具有较高的计算精度和广泛的适用性。

地震荷载作用下钢筋混凝土柱的滑移变形

根据钢筋滑移的受力变形原理和Alsiwat-Saatcioglu模型假定推导出钢筋的显式表达式;基于转动弹簧模型和滑移截面模型,阐述了由滑移量-应力关系确定柱端弯矩-转角和构件的荷载-滑移变形关系的理论方法;开发了该方法相应的计算程序对上述两种模型的适用性进行了评定,结果表明采用滑移截面模型得到的钢筋混凝土柱构件荷载-滑移变形反应比转动弹簧模型更为准确.

纤维模型中单元、截面及纤维划分问题研究

应用纤维模型进行结构弹塑性分析时,需要对单元、截面以及纤维进行划分,其划分结果对计算效率和精度有较大影响。基于有限元软件OpenSees中的3种非线性单元(DB、FB和PH单元),本文通过算例计算,对单元、截面以及纤维的划分问题进行了研究。结果表明,对于DB单元,建议一个构件划分为5个单元,单元内使用4个截面积分点,截面上使用6×6的纤维积分点;对于FB单元,建议一个构件用1个单元模拟即可,单元内使用4个截面积分点,截面上使用6×6的纤维积分点;对于PH单元,建议根据经验预设合理的塑性铰长度,截面上使用6×6的纤维积分点。

不同轴压比下叠合板式剪力墙结构抗震性能分析

叠合板式剪力墙结构是一种新型的装配式结构,它吸收了现浇混凝土结构与预制混凝土结构的优点,已经在国内中低层建筑中推广应用。目前的研究只是针对低轴压比下的抗震性能,将其推广应用于高层建筑中必然要开展高轴压比下抗震性能的研究。首先从理论上推导了在高轴压比下叠合板式剪力墙的极限承载力,结果表明叠合板式剪力墙由于预制层中混凝土强度等级高于现浇层的混凝土,在高轴压比下叠合剪力墙的极限承载力达到甚至超过了现浇整体剪力墙。基于OpenSEES采用两种不同模型对叠合板式剪力墙在不同轴压比下的受力性能进行模拟。第一种是多垂直杆单元模型,第二种是模型是纤维截面模型。模拟结果验证了理论推导的正确性,边缘构件预制的叠合剪力墙的极限承载力在高轴压比下要高于边缘构件现浇的叠合剪力墙,而且边缘构件预制的叠合剪力墙施工更加方便。因此预制边缘构件的叠合剪力墙推广价值更大。

基于截面纤维模型的弹塑性时程分析方法

为了得到适用性更广、稳定性更高的弹塑性时程分析方法,采用了通过材料本构关系直接反映构件恢复力特性的截面纤维模型,提出了基于该模型的计算方法和相应的材料本构关系;通过与钢筋混凝土柱拟动力反复加载试验对比,检验了该计算模型的准确性;对典型的底部框架多层砌体房屋在罕遇地震作用下的弹塑性变形性能进行了实例分析.试验对比及实例分析结果表明,所提出的计算方法及本构模型可描述结构构件进入弹塑性阶段后承载力下降的现象,直接反映构件轴力与弯矩的相互作用,适用于结构在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析和抗震性能评估.

混凝土梁柱构件基于截面纤维模型的弹塑性分析

采用了弹塑性纤维单元模拟钢筋混凝土梁、柱杆件,通过材料应力-应变本构关系对截面动态积分,直接得到构件刚度及恢复力特性,提出了适用于该模型的计算方法和相应的钢筋和混凝土材料单轴应力-应变本构关系。并应用通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土悬臂柱及钢筋混凝土框架进行了拟动力反复加载计算,并与试验结果进行对比分析。

玄武岩纤维布约束混凝土方柱的尺寸效应研究

开展了不同尺寸几何形状相似的玄武岩纤维布约束素混凝土方柱的抗压试验,得到了各试件的抗压强度。试验结果表明试件的抗压强度存在明显的尺寸效应,且随着纤维约束层数的增加,尺寸效应愈明显。最后在试验结果的基础上提出了考虑尺寸效应影响的纤维约束混凝土试件的强度模型,改进后的模型值与试验结果吻合较好。

FRP布约束RC矩形空心桥墩抗震性能试验研究

为研究纤维增强复合材料(FRP)布约束钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩抗震性能,进行六个高宽比为4的矩形空心桥墩拟静力试验研究,分析FRP布约束矩形空心桥墩破坏形态、位移延性、耗能、最大水平承载力等抗震性能参数。试验结果表明:在轴压比0.2低轴压荷载作用下,采用FRP布加固可明显提高矩形空心桥墩的延性及耗能,位移延性系数及累计耗能分别提高65.4%,25.8%,但对最大承载力影响较小,仅提高3.0%。基于Clough退化双线性滞回模型,结合试验结果,建立考虑强度、刚度退化等FRP布约束RC矩形空心桥墩的简单滞回模型,给出其卸载刚度与再加载刚度的回归公式。

反复荷载作用下L形钢管混凝土柱滞回性能研究

本文介绍了7根L形钢管混凝土柱试件在承受常轴力和水平荷载作用下的试验研究。试验中考虑了不同的轴压比、内部有无加劲和加载方式对试件抗震性能的影响,试验结果表明,内部加劲能够明显地延缓柱子钢板的屈服,而且柱子的耗能能力和延性也有较好的改善。最后通过编写计算程序,对L形钢管混凝土柱的荷载-变形进行了全过程分析,考察了常用的方钢管混凝土柱的钢材和混凝土的本构关系对L形钢管混凝土柱纤维模型数值分析的适用性,计算得到的弯矩-轴力-曲率关系和荷载-位移关系与试验结果吻合较好。

多叶形纤维成形动力学模型及产品开发实验研究

首先推导了纺丝动力学数学模型及多叶形纤维截面形变动力学模型,并将两者相结合,建立了多叶形纤维纺丝成形模型.在此基础上,进行实验确定了各种不同形状时的形状系数,通过计算机数值模拟计算出多叶形纤维纺丝时的速度、温度、应力、异形度沿纺程变化情况.最后进行了多叶形纤维的产品开发实验研究.

欧洲规范2正截面承载力计算的应变法

弯矩-轴力相关曲线上各点的应变分布具有很强的规律性,利用该规律可由应变法直接计算抵抗弯矩和轴力,求解过程无须数值迭代。采用欧洲规范2的极限状态可能的应变分布图,以所有可能的应变为自变量,代入本构关系求应力,可得到所有可能的抵抗内力。选择截面由轴心受拉、拉弯、纯弯、压弯到轴心受压的15组极限状态应变分布,基于截面纤维模型计算混凝土和钢筋的内力,得到抵抗弯矩和轴力,以及弯矩-轴力相关曲线。该法能够用于任意本构关系和任意截面。

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱反复受压本构模型

为填补FRP约束混凝土滞回本构模型的空白,对边长305mm,高915mm及边长204mm,高612mm两种尺寸的CFRP约束钢筋混凝土方柱,采用500t四棱柱压力试验机进行了单调及反复轴压试验.试验结果表明,大尺寸CFRP约束钢筋混凝土方柱的应力-应变关系曲线存在软化段,CFRP的约束作用为中等约束,且尺寸效应对CFRP的有效约束作用有明显影响;箍筋对单调受压应力-应变曲线形状、极限压应变、反复受压卸载曲线和残余应变影响均较大.基于试验结果提出了考虑钢筋、尺寸效应及CFRP包裹层数等影响参数的CFRP中等约束混凝土方柱的反复受压本构模型.模型由描述包络线的单调受压本构模型、曲线形式的卸载曲线及直线形式的再加载曲线3部分组成,模型预测结果与试验结果吻合较好.

煤柱应力应变分布的光纤监测试验研究

为科学留设区段煤柱,基于光纤传感监测技术,从煤柱内部应力应变角度研究煤柱的合理尺寸及其稳定性。制作平面物理相似材料模型,通过3个工作面开挖形成2个区段煤柱,在煤柱内分别埋设5个光纤Bragg光栅传感器及分布式传感光纤,同时,在模型底板铺设60个压力传感器,监测煤柱内部应力应变变化。试验表明,煤柱内部垂直应变随工作面推进而增大,水平应变随工作面推进呈"马鞍形"分布;煤柱的破裂区宽度约为3~5 m,塑性区宽度约为5~8 m,弹性区宽度约为22~27 m;1~#区段煤柱和2~#区段煤柱一侧开采时,对应的应力集中系数分别为1.54和2.04;两侧均为采空区时,应力集中系数分别为1.99和2.18。光纤光栅监测结果揭示了煤柱内部应力应变规律,为煤柱稳定性实时监测提供了科学手段。

基于柔度法与截面轴力弯矩屈服面本构的梁柱单元

基于截面层次的梁柱单元能兼顾计算精度与效率,但现有截面上的本构模型不能准确反映轴力存在与变化对弯矩的影响,且柔度法在构建梁柱单元中未发挥优势,为此提出了基于截面轴力与弯矩屈服面本构和柔度法的梁柱单元模型。首先,根据截面组合思想构建截面上轴力与弯矩的屈服面;然后,依托柔度法和塑性理论进行单元状态和截面状态确定;最后,利用提出的单元进行平面钢框架的动力弹塑性分析。结果表明,所选用的基于截面轴力弯矩屈服面的本构能很好考虑轴力存在及变化对弯矩的影响;相对于刚度法,使用一个由柔度法构建的单元就足够描述一个梁-柱构件,其计算精度接近基于柔度法的纤维单元模型。

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元Ⅰ:原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土(RC)连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。

RC框架-内填带竖缝剪力墙结构的滞回性能及计算模型研究

为研究钢筋混凝土框架-内填带竖缝剪力墙(RCFW)结构的抗震性能,对两个单跨两层、缩尺比为1∶2的RCFW试件进行了拟静力试验研究。结合RCFW结构在往复荷载作用下的响应特性,提出了适用于RCFW结构弹塑性分析的带刚臂纤维截面计算模型,并基于有限元程序ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,开发了混凝土、钢筋两种材料的单轴滞回本构模型,从材料本构层次直接反映构件层次的恢复力特性。通过与RCFW结构低周反复荷载试验结果的对比,验证了计算模型的准确性,模拟曲线较好地反映了RCFW结构在反复加载过程中荷载-位移曲线的承载力和刚度退化及捏拢现象;此外,该计算模型还具有高效的求解效率和数值稳定性,适用于RCFW结构的弹塑性分析和整体抗震性能评估。