玻璃、碳纤维布加固短纤维改性混凝土梁的性能研究

提出一种对纤维改性混凝土构件用碳纤维布与玻璃纤维布混杂加固的新方法,通过建立不同材料本构方程,对单层及双层加固模型做了非线性有限元数值计算。分析了在不同加固形式下,加固梁弯曲刚度及初裂荷载与极限荷载情况,将计算结果与试验结果进行了对比。结果表明非线性有限元计算与试验吻合较好,混凝土中掺入杜拉纤维和钢纤维,可以延缓混凝土构件微裂缝的出现,提高混凝土材料的强度。同时,混杂加固具有良好的混杂效应,碳纤维布高强度的特点得到充分发挥。     

受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析

基于受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究结果,运用有限元软件ANSYS建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管内混凝土承载能力的因素进行了分析。研究结果表明有限元模型计算所得极限承载力与实测结果吻合较好,同时得到了混凝土强度、外围箍筋强度、芯钢管强度与受多重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线。     

CFRP片材约束混凝土短柱徐变性能及极限承载力试验

通过不同形式轴压短柱试件727 d徐变及极限承载力试验,研究长期持续荷载下徐变对CFRP约束混凝土柱极限承载力的影响。研究结果表明:CFRP约束混凝土柱的徐变发展趋势与素混凝土柱及钢筋混凝土柱基本相同;其徐变系数明显小于素混凝土柱,且混凝土强度等级愈低,徐变系数减小愈显著,而轴压比对徐变系数的影响较小,CFRP约束圆柱体的极限应变较CFRP约束棱柱体的极限应变大;长期荷载作用引起CFRP约束柱轴心受压极限变形降低4.5%~4.8%,引起无约束柱轴心受压柱极限变形降低23.2%~35.2%;CFRP能显著提高约束混凝土的极限承载力,且CFRP约束钢筋混凝土柱承载力的提高较CFRP约束素混凝土柱要小。     

CFS-AFS混合加固钢筋混凝土梁受拉面应力分析

针对碳纤维布和芳纶纤维布混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,通过建立不同材料本构方程,对单层及双层加固模型做了非线性有限元数值计算。分析了在不同加固形式下,加固梁受拉区混凝土拉应力及混杂纤维布抗拉应变分布情况,并将计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,非线性有限元计算与试验吻合较好,混杂加固具有良好的混杂效应,碳纤维布高强度的特点得到充分发挥。     

外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力计算方法

约束混凝土可以有效改善混凝土的承载性能和延性,被广泛应用于工程实践中。针对轴压作用下多重箍筋约束混凝土柱的极限承载力计算问题,参考Sheikh提出的有效约束模型理论,建立外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压下的约束理论模型。并以约束混凝土计算理论为基础,采用叠加原理和统一强度理论,推导该约束形式下混凝土柱的轴压承载力计算方法,应用有限元软件ABAQUS对该类新型约束混凝土柱进行数值模拟计算。结果表明:外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力的理论计算值与模拟值吻合良好,且理论值偏于保守,多重约束混凝土的承载性能明显优于普通箍筋约束混凝土柱的承载性能。     

带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区竖向承载力分析

基于带有芯钢管的钢管混凝土节点承载力试验研究结果,运用有限元软件 ANSYS 建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行节点竖向承载力数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管混凝土节点核心区承载能力的因素进行了分析.研究结果表明:有限元模型计算所得极限承载力与试验实测结果吻合较好;混凝土强度、芯钢管强度、外围纵筋和箍筋的强度均对节点核心区的竖向承载力影响较大.     

抗弯加固RC梁中FRP应变性能研究

通过理论分析和试验,研究高强纤维片材(FRP)抗弯加固钢筋混凝土(RC)梁中FRP应变随构件变形及外加荷载的变化规律以及FRP的极限剥离应变。结果表明:FRP应变与RC梁的挠度成线性关系,与FRP粘贴长度基本无关,且不受混凝土开裂和钢筋屈服的影响;经FRP加固后RC梁的极限变形量明显减小,构件的延性能力有所降低;在给定试验条件下,FRP加固的RC梁的承载力提高约32%,钢筋屈服前承载力的增加量约占承载力总增加量的64%;FRP极限剥离应变约为8.117×10-3,剥离时相对应的RC梁挠度为1.01×10-3L2/h(L为梁长,h为梁高)。由于实际加固桥梁的跨度较大,允许挠度较小,因此FRP的应变水平较低,其高强性能得不到充分发挥。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

根据规范中组合梁截面在正弯矩作用下塑性极限承载力计算方法,提出新的塑性阶段有效宽度定义,根据混凝土翼缘中合力和合力作用点同时等效来计算有效宽度。采用试验研究和非线性有限元方法,分析简支组合梁在极限状态下跨中截面混凝土翼缘内应变和应力分布规律,给出简化表达公式。针对各种参数情况下的组合梁,计算塑性极限阶段混凝土翼缘有效宽度和矩形应力块高度,根据简化的取值结果,提出塑性承载力的计算方法。     

钢管混凝土(单圆管)肋拱面内极限承载力的参数分析

应用双重非线性有限元分析方法对钢管混凝土(单圆管)肋拱受力全过程的非线性性能与极限承载力进行了参数分析。分析的参数有矢跨比、长细比、含钢率以及加载方式。分析结果可供提出极限承载力实用算法和工程应用参考。     

碳纤维约束混凝土圆柱本构关系参数确定方法研究

通过收集和分析国内外大量圆形截面碳纤维约束混凝土试件的试验数据,发现不同文献在碳纤维约束混凝土试件破坏时的实测拉断应变存在较大的系统偏差,从而导致由约束强度fl来确定其强度和应力—应变表达式中的有关参数取值不具有通用性。认为,碳纤维对试件的约束刚度Cj和混凝土特性决定了应力—应变曲线的形式,而碳纤维拉断应变仅决定了曲线的终点。     

圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析

根据钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析理论,在试验验证的基础上,对钢管混凝土轴压短柱受力机理进行数值仿真,分析了钢管混凝土加载过程中各内力随纵向应变的变化情况,探讨了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明:钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到显著提高,钢管为混凝土提供径向约束,但其纵向应力大幅度降低;在其他条件相同的情况下,含钢率和钢材屈服强度越高,则钢管混凝土轴压短柱套箍作用越强,承载力越高,延性越好;而混凝土强度越高,则试件套箍作用越弱,延性越差,但承载力越高。     

圆钢管套箍混凝土轴压短柱受力机理分析

应用连续介质力学理论,建立圆钢管套箍混凝土同心圆柱体混凝土受压计算模型,建立圆钢管套箍混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力—应变关系全曲线理论表达式。编制相应的计算程序,进行圆钢管套箍混凝土受力全过程数值分析。从圆钢管套箍混凝土加载过程的钢管环向应力—应变关系以及核心混凝土的轴向应力—应变关系、径向应力—应变关系等方面,探讨圆钢管套箍混凝土和圆钢管混凝土力学性能之间的差别,并用试验结果验证。分析结果表明:与钢管混凝土力学性能相比,钢管套箍混凝土中核心混凝土的径向压应力、纵向强度和钢管环向拉应力增加;圆钢管套箍混凝土将套箍约束作用发挥至最大,且其极限承载力和剩余承载力高,延性好,但组合弹性模量偏小。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。     

粘贴预应力纤维片材加固混凝土梁截面非线性分析

与简单粘贴纤维片材加固法相比,采用粘贴预应力片材加固技术能更充分地利用纤维片材的强度,更有效地改善构件的使用性能,因而逐渐受到重视.采用条带划分法,运用C语言编程,对粘贴预应力碳纤维布加固混凝土梁截面的非线性受力性能（包括弯曲破坏形态和承载能力）进行了数值模拟分析.与试验结果的比较表明,应用该计算方法和程序,能够较好地反映外贴预应力纤维片材加固混凝土梁截面的试验现象和规律.基于分析结果,得到了一些有意义的结论.     

地面堆载作用下盾构隧道管片开裂行为分析

针对盾构隧道管片的非线性响应提出一种基于地层结构法的数值模拟手段,考虑土体、混凝土、钢筋和接触的非线性力学行为,将能够准确描述混凝土受拉压与剪切行为的总应变开裂模型赋予衬砌管片。针对实际工程的数值计算结果能够与隧道沉降及实际裂纹开展特征吻合,验证了该数值分析模型的有效性。引入最大裂缝宽度、开裂因子和开裂率等指标评价及预测衬砌开裂行为。研究结果表明:堆载作用下管环的主要损伤区扩展,深度增加,并萌生出宏观裂纹。基于对上、下行线开裂行为的对比分析可知堆载高度和堆载偏移距离对管片开裂行为有重要影响。     

端锚有粘结预应力纤维片材加固混凝土梁的受弯承载力

以现有的试验结果为基础,研究预张纤维片材在钢筋混凝土梁上的锚固方式及其加固梁的有效预应力取值。关于在片材两端进行机械锚固并沿其全长粘贴于梁底的纤维增强聚合材料与混凝土构成的复合截面,基于界面无滑移假定、平截面假定和材料应力—应变关系,分析了截面压区顶部混凝土纤维应变不同时对应的可能应变组合下的受弯极限状态。根据破坏时钢筋是否受拉屈服,分别给出了由片材拉断、混凝土压碎所引发的两大弯曲破坏类型的极限承载力表达式和界限破坏判别条件。通过分析19根矩形截面梁的试验数据及对这些试件进行的受弯承载力计算,得出承载力计算值与试验值之比的平均值为0.979,变异系数是0.064,说明承载力及破坏形态的计算值与试验结果吻合较好。只要考虑相应的材料参数,给出的公式还可用于预应力混合纤维片材加固的计算。     

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

FRP加固技术研究新进展

纤维增强复合材料(FRP)在加固工程中的应用是土木工程研究热点之一。围绕国内外FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从混杂纤维材料(HFRP)加固、FRP加固砌体结构、预应力碳纤维布(CFRP)加固、CFRP与钢板复合加固混凝土结构等技术的研究方面进行综述。试验研究表明:混杂纤维加固柱的承载力和变形能力优于单一纤维加固,且在承载力提高幅度相同的情况下,成本显著低于CFRP加固柱;FRP加固砌体结构可以提高砌体结构的抗震、抗剪和平面外抗弯性能;预应力CFRP加固技术结合了预应力技术和FRP粘贴技术,能明显提高梁的刚度、屈服荷载和极限荷载,其提高程度随预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大。预应力加固的研究主要集中于预应力控制值、端部锚固和预应力损失方面。CFRP与钢板复合加固混凝土结构技术作为一种新型的加固技术,可以直接利用钢材参与受力,钢材形成的骨架在约束混凝土变形的同时,还提高了CFRP的利用效率,从而大幅度提高构件的极限承载力,改善构件的工作性能。