填充墙分布对RC框架结构抗连续倒塌承载力的影响

为研究填充墙分布对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗连续倒塌承载力的影响,基于ABAQUS软件建立了RC填充墙框架结构抗连续倒塌的整体式有限元模型,并与已有的试验研究结果进行对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,对比分析了不同填充墙数量及分布形式下RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、节点水平位移与中柱竖向位移关系、塑性铰分布和峰值承载力。结果表明:位于失效柱跨的填充墙可显著提高框架结构的抗连续倒塌承载力;填充墙分布会改变框架结构塑性铰的位置,塑性铰分布越不均匀,结构的抗倒塌性能越弱;建筑设计中应避免填充墙水平不对称分布及填充墙仅在楼层两端分布的情况。

考虑周边结构约束影响的RC框架结构防连续倒塌性能研究

为了考察周边结构约束对钢筋混凝土(RC)框架结构防连续倒塌承载能力的影响,该文通过QianK等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架两侧边跨的约束情况,分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响;其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力,分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用,讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响;最后建立了多层空间框架结构模型,研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力,分析发现楼层数的增加,成倍地提高框架结构承载力,并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。

大跨度拱桥静动力试验与结构识别的实践

由于有限元建模中存在不确定性因素的影响,大跨度拱桥初始设计模型的理论分析结果与现场测试数据之间存在一定差异.为了消除模型校验技术中的认知不确定性和随机不确定性,从而更好地进行结构识别,本文以来华大桥和巴溪洲大桥为例,对其中若干关键问题进行了讨论.通过合理地现场勘察与精确的有限元模拟相结合,基于灵敏度分析方法进行不确定性参数筛选,并最终采用最小二乘法进行参数优化,实现了可靠的结构工作状况评估与响应预测.研究包括现场静动力试验、有限元模拟、模型校验、响应预测和校验合理性评估等.基于精确建模和模态参数的校验技术可以有效地减小有限元模型与现场静动力试验结果之间的误差,使用未经试验结果校验的设计模型,进行两座桥梁校验系数的评估,分别存在着21%和23%的误差.

全装配式延性节点混凝土框架子结构抗连续倒塌试验研究

为研究全装配式干节点连接的钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用1/2缩尺比例设计了两榀全装配式(PC)试件进行静载试验研究.其中装配式结构在梁柱节点处采用高强螺栓-延性杆-锚固板的连接方式,其中PC1试件未设置牛腿,PC2试件采用暗牛腿,另外结合一榀本团队开展的现浇框架结构RC试件进行对比研究.对两个试件分别进行了中柱移除状态下的竖向加载拟静力试验,并对加载过程中测试所获得的结构极限承载力、应变响应、变形性能及失效破坏模式依次进行了分析.试验结果表明,与RC试件中既存在压拱效应又存在悬链线效应相比,两个PC试件中只存在压拱效应阶段,表明该类型全装配式结构的抗倒塌能力相对不足.同时PC1和PC2试件的极限承载力分别为RC试件在压拱效应阶段峰值荷载的95%和123%,相应的极限位移仅为RC试件的48%和61%.试验过程中,PC试件的受力及变形区域则主要集中在节点连接处,其材料利用率相对有限,PC试件则因节点区域内延性杆与锚固板连接处发生断裂而失效.

基于数字图像相关理论的非接触式结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.

基于精细化有限元模型的混凝土框架结构动力倒塌承载力

为评估混凝土框架结构在柱子突然失效时在动力荷载作用下的承载能力,以研究团队开展的现浇(RC)和全装配式(PC1明牛腿插销节点)混凝土框架子结构中柱移除多级重复倒塌动力试验为基础,通过初级垮塌荷载工况下位移响应曲线的拟合,校核了论文中用ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性,并利用拆除构件法对框架结构的抗连续倒塌性能进行了损伤量化评估.由于研究团队试验是多次重复垮塌试验,无法获取RC和PC1(明牛腿插销节点)试件一次倒塌所承受的荷载,对于全装配式(PC2暗牛腿插销节点)未进行动载试验,根据准确校验模型利用试算法分别预测了RC、PC1和PC2框架结构的最终破坏荷载,并对三者的破坏模式和损伤情况进行了对比分析.破坏时,RC梁柱损伤严重,梁端钢筋拉断,装配式梁端连接区混凝土被压溃,插销杆被剪断,且现浇试件的抗倒塌能力明显高于全装配试件,此外还发现,通过加强装配式结构的角钢能提高其抗倒塌承载能力.

底部框架-砌体房屋结构抗连续倒塌研究

为研究底部框架-砌体结构的抗连续倒塌性能,基于ABAQUS软件建立分析模型,在对框架结构及框支墙梁结构进行试验验证的基础上,分析了底部框架-砌体结构在倒塌下的受力机制,并探究了其影响因素。结果表明:底部框架-砌体结构在中柱失效的情况下,先后经历弯曲阶段和压拱阶段,失效柱两边的墙体形成对角线撑杆传力机制,结构没有悬链线机制的开展;考虑墙梁组合作用后的结构压拱峰值承载力提升了7.6倍;按照受弯梁设计后结构的抗连续倒塌承载力为按照墙梁设计的1.2倍;结构屈服强度及压拱峰值承载力随着砌块强度的增大和开洞率的减小而不断增大。

基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测

钢筋混凝土-钢组合塔筒作为一种新型的风电塔架形式,其混凝土段的开裂对其使用寿命具有重要影响,对其混凝土段的开裂进行监测具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷激励的应力波测量的钢筋混凝土塔段的开裂监测方法,以某钢筋混凝土-钢塔筒缩尺模型为对象,以布置在钢筋混凝土塔筒表面的压电陶瓷片为激励器,利用布置在钢筋混凝土塔筒不同高度位置的压电陶瓷片作为传感器,实现在不同水平往复加载下的应力波的测量。对混凝土塔段从裂缝开始出现直至构件最终破坏整个过程各压电陶瓷片的响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,定义的指标不仅可较好反应裂缝实际出现位置,且与加载等级相关,所提出的监测方法可对钢筋混凝土塔段裂缝的发生和发展过程进行有效监测。

BFRP约束损伤钢筋混凝土圆柱轴压力学性能研究

为了研究钢筋、玄武岩增强复合材料(BFRP)包裹层数及预损伤对BFRP约束钢筋混凝土(RC)圆柱轴压力学性能的影响,对22个直径242mm、高726mm的混凝土圆柱(包括20个RC圆柱以及2个素混凝土圆柱)开展轴压试验。试验结果表明:纵筋对BFRP约束RC圆柱的极限强度有较明显贡献,箍筋对BFRP约束RC圆柱极限强度和极限应变均有较明显贡献;BFRP约束可有效改善损伤RC圆柱的极限强度和极限应变,但无法恢复RC圆柱因损伤而降低的初始刚度;损伤会降低BFRP约束RC圆柱的极限强度和初始刚度,且降低的程度随着损伤水平的增加而增加。最后,提出了BFRP约束损伤RC圆柱强度模型及极限应变模型,模型预测值与试验值吻合较好。

BFRP约束损伤混凝土轴压试验与应力-应变关系

为研究BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)层数、初始损伤对FRP约束混凝土轴压力学性能的影响,对14个素混凝土圆柱体进行轴压预加载,考虑3种初始损伤等级,随后采用3种BFRP层数包裹加固并再次进行轴压试验.试验发现BFRP约束损伤混凝土的极限强度、极限应变分别为未约束混凝土的1.18~1.81倍和5.94~10.55倍;但与BFRP约束完好混凝土比较,其极限强度和初始弹性模量分别下降了7%~15%和38%~55%,极限应变则无明显差别.损伤混凝土经BFRP约束后其抗压强度和变形能力仍得到了改善,但损伤会降低BFRP约束混凝土的强度和初始弹性模量,且降低程度随损伤的增大而更明显.直接套用现有的FRP约束完好混凝土力学模型对损伤结构进行加固设计,会偏于不安全.基于试验结果和收集的文献数据,提出了可以考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土的强度模型、初始弹性模量模型和应力-应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好.

结构可恢复性与加固效益评估方法——以BRB加固RC框架为例

为量化评估加固前后结构的可恢复能力及其投资与效益关系,文中结合不同柱端弯矩增大系数ηc的RC框架采用防屈曲约束支撑加固的工程应用,系统的给出可恢复性评价以及加固效益评估理论体系。采用蒙特卡罗方法,在考虑RC框架剩余功能、恢复函数形式、恢复时间以及地震动不确定性的基础上得到加固前后结构可恢复性指标。结合结构的损失提出加固效益指标计算方法,基于该指标评价加固方法在服役期内的经济效益。研究结果表明:在相同地震动强度下,ηc越大,结构可恢复水平越高;随着地震动强度增大,结构可恢复能力先缓慢下降后快速下降;加固后结构可恢复性显著提高,且地震动强度越大,结构可恢复性相对增长率越大;在相同服役年限内,ηc越大,加固的经济效益越明显;结构服役年限越长,加固的性价比越高。

BFRP约束损伤混凝土棱柱体轴压力学性能研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)约束有初始损伤的混凝土棱柱体的轴压力学性能,对37个边长150 mm、高300 mm的混凝土棱柱体进行了轴压试验,其中包括34个BFRP约束混凝土试件和3个素混凝土试件,试验变量为BFRP层数(1、2、3、4和6层)和初始损伤程度(轻微、中等和严重损伤),试验结果表明:BFRP约束棱柱体的抗压强度和轴向变形能力随FRP约束层数的增加而提高,特别对变形能力的提高更为明显;初始损伤程度对BFRP约束试件的峰值点以及极限点的强度影响较明显,但对极限应变影响较小;当BFRP层数为2层及以下时,BFRP约束棱柱体的应力—应变曲线有明显软化段,当BFRP层数为4层及以上时,应力—应变曲线开始有明显强化段。基于试验结果,提出了考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土棱柱体的强度模型和应变模型,并分别给出了弱约束和强约束下的应力—应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好。

BFRP约束损伤混凝土圆柱体长细比效应

为研究长细比效应对BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)约束完好及损伤混凝土轴压力学性能的影响规律,首先对3组不同长细比的素混凝土圆柱体试件进行轴压预加载,考虑了3种不同程度初始损伤,随后采用3种BFRP层数包裹加固并再次进行轴压试验。结果表明,损伤混凝土经BFRP约束后其抗压强度和变形能力仍能得到有效改善,但损伤等级对BFRP约束混凝土的强度、初始弹性模量等力学性能具明显不利的影响。通过直观分析与多因素析因分析,发现BFRP约束完好及损伤混凝土的极限强度具有长细比效应,随着长细比的增加,极限强度逐渐下降,而极限应变则无明显规律。值得注意的是,随着约束层数的增多,长细比效应对强度的影响可能有所下降,而随着损伤等级的加重,长细比效应对强度的影响反而可能会增加。考虑约束层数与损伤等级对长细比的交互效应,建立了考虑长细比效应的极限强度模型,模型预测结果与试验结果吻合良好。

基于能量的主余震作用下RC框架损伤与震后性能评估

地震发生后,震损结构能否承受强余震是震害调查与灾后重建中的重要问题。因此,准确评估主余震造成的结构损伤以及评估主震后震损结构的剩余倒塌能力至关重要。采用基于能量的地震损伤指标对结构损伤进行评估,以能量谱作为工程需求参数,再通过引入震损结构模型对结构在主余震作用下的累积损伤进行评估,建立主余震作用下结构整体损伤评估理论框架。然后,基于I V损伤指数对主余震下的结构损伤进行量化,得到震损结构的倒塌能力曲线,并确定结构剩余承受强余震的能力。以6层3跨钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构为例进行分析,结果表明:地震能量损伤指标法物理意义明确,可以从能量角度快速评价主余震下结构损伤;震损结构的剩余倒塌能力随着主震强度增加而逐渐降低;对于案例结构而言,主震下结构损伤小于0.32时可以认为震损结构是安全的可以承受强余震,介于0.32~0.52之间时,需要对震损结构加固修复,以保障余震安全。

基于气象大数据的大跨桥梁温度效应预测方法

为了提高结构健康监测的经济性,扩大其应用范围,提出了一种基于气象站大数据信息的大跨度桥梁结构温度场预测方法,从而实现轻量化和可持续性的桥梁温度场及温度变形计算.以某大跨钢拱桁架桥为研究对象,通过气象数据平台获取气象站大数据信息(包括天气、气温和风速信息),利用Elbadry等改进的凯尔别克辐射模型计算桥梁关键构件各表面受到的辐射强度,基于热交换传递理论计算结构热分析边界条件,结合有限元分析方法进行结构瞬态热分析,从而获得目标桥梁关键构件的时变温度场.温度场的计算结果与桥梁上实测温度在时间历程和结构竖向分布上均吻合良好,平均误差在3%以内.将计算得到的结构温度施加到桥梁结构整体有限元模型上,得到桥梁结构的温度变形,桥梁支座纵向位移的计算值与实测值吻合良好,平均误差在13 mm以内.验证了所提出的基于气象站大数据的桥梁结构温度场预测方法是可行的,利用该方法可进一步得到桥梁结构的温度变形.

局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明:钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.

基于InSAR技术的大跨桥梁温度变形监测研究

以国内某高速铁路钢拱桥为研究对象,选取2017—2018年期间59幅C波段Senti⁃nel-1号雷达卫星影像,利用PS-InSAR技术处理影像获得桥梁的视线向(Line of Sight,LOS)位移,根据SAR成像空间几何关系解算出支座的纵向位移.研究结果表明:支座纵向位移的时空特性与实际桥梁结构相符合,验证了PS-InSAR技术观测桥梁结构位移的可行性.建立支座纵向位移与温度的线性相关模型,并与结构健康监测系统的实测结果进行对比.两者吻合良好,相对误差控制在10%以内,验证了PS-InSAR测量桥梁结构位移的可靠性.利用有限元模拟温度作用下桥梁支座的位移变化,并与PS-InSAR位移时间序列进行对比.两者趋势基本一致,LOS向位移误差在[-10,10]mm,验证了PS-InSAR测量桥梁结构位移的准确性.

预制拼接槽型UHPC柱偏心受压性能试验研究

为研究预制拼接槽型UHPC柱在受压条件下的力学性能及其影响因素,开展2根整浇UHPC柱及14根预制拼接槽型UHPC柱在不同拼接形式、不同偏心受压方向及不同偏心距下的轴心或偏心受压试验研究.通过考察试件的极限承载力、破坏形态、轴向及侧向变形性能,研究了拼接方式、偏压方向和偏心距对其静力性能的影响.试验结果表明:钢纤维延缓了UHPC的开裂,增强了试件的变形能力,但预制拼接槽型UHPC柱在轴压和小偏压荷载下仍表现出明显脆性破坏特征;在该试验中,偏压柱的破坏形态主要为小偏心受压破坏及大偏心受拉破坏;在相同偏心距下,不同拼接形式、不同偏心受压方向的柱体破坏形态及承载能力表现趋于一致;在相同尺寸与配筋下,预制拼接槽型UHPC柱承载力随偏心距的增加而减小.最后,通过对比试件承载力试验值和我国现行规范理论计算值,定性地指出了现行规范的局限性.本文试验数据可为预制拼接槽型UHPC柱设计提供参考.

新旧混凝土结合面剪切强度参数分析和计算研究

新旧混凝土结合面的抗剪强度是装配式混凝土结构和混凝土结构加固等领域重点关注的问题.基于搜集、整理的新旧混凝土结合面(以下简称结合面)的剪切试验数据库(含439个试件),对GB 50010―2010、ACI 318―19、Eurocode 2、PCI7th四个规范所给结合面抗剪建议计算式进行对比分析.结果表明:在各参数的影响下,ACI结果的保证率表现最好,而Eurocode 2计算强度的拟合效果最好;在结合面宽度达到300~400 mm时,GB 50010―2010的表现最好,但安全富余均较低,相对误差最大达到9倍.对数据库进行参数分析,发现结合面剪切强度τ_(exp)存在尺寸效应,与结合面的沿剪切方向尺寸关联较大;且τ_(exp)与夹紧力ρfy有较好的相关性.基于分析结果,根据叠加计算理论,对计算式提出建议和修正:分析引入尺寸效应系数β;同时修正了摩擦系数μ;应用了数据库拟合的销栓力分段函数,极大值为6.6 MPa.经对比验算证明,修正计算式在有无插筋及各种粗糙度情况下的误差最小,拟合效果最好,可为工程应用提供参考.

基于保护层劈裂破坏的钢筋屈服后粘结锚固性能研究

《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)要求钢筋拉断先于锚固破坏,但是在地震作用下,结构往往出现锚固破坏。此外,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)要求抗震钢筋强屈比不应低于1.25,但是其中抗震锚固长度的修正系数仅考虑了往复荷载对钢筋粘结性能的不利影响,未明确要求钢筋应力达到1.25fy所需的附加锚固长度。主要通过试验研究的方法,探讨混凝土保护层发生劈裂破坏的条件下钢筋屈服后的粘结锚固性能。采用在钢筋表面开槽密贴应变片的方法测量钢筋的应变分布,以混凝土强度、钢筋强度、钢筋直径、保护层厚度等为变量,完成21个梁端式试件锚固试验。结果表明:钢筋屈服后,加载端滑移显著增大,屈服段粘结应力降低;劈裂裂缝的出现会导致粘结应力重分布,由筋端锚固问题向缝间粘结锚固问题转化。基于试验结果,得到了钢筋屈服后锚固强度计算公式以及钢筋应力-滑移的本构模型,能较好地预测钢筋锚固承载力和加载端滑移。