劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。     

锈蚀钢筋混凝土梁四点弯曲力学行为数值分析

为进一步研究锈蚀状态下钢筋混凝土梁弯曲试验下其力学行为等相关性能分析,本文基于已有的试验结果,构造与钢筋锈蚀率有关的钢筋—混凝土界面的粘结性能退化模型。并使用ANSYS有限元软件,进一步建立钢筋混凝土梁有限元模型。利用该模型,对锈蚀钢筋混凝土梁在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果发现:数值模拟得到的锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度曲线与试验曲线吻合较好,证实了本文有限元模型分析锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究的可行性。论文最后还进一步分析了跨中混凝土与钢筋的应力分布、跨中混凝土与钢筋的应变分布、钢筋与混凝土之间的相对位移以及锈蚀钢筋混凝土梁破坏时的裂缝分布等,旨在更深入地研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁弯曲力学行为的影响,从而能更加具体深入地研究钢筋混凝土结构耐久性。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

纵向非均匀锈蚀梁的非线性有限元分析方法

针对实际工程中存在的受拉钢筋纵向非均匀锈蚀梁,从锈蚀钢筋混凝土本构关系入手,对锈蚀梁结构性能退化和破坏特征进行分析.建立锈蚀梁有限元模型,钢筋单元采用三维杆单元,混凝土单元采用8节点实体单元,钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元.利用大型有限元ANSYS分析软件,对纵向非均匀锈蚀梁的受力性能进行模拟,模拟结果与其他非线性分析方法结果类似,说明采用非线性有限元方法分析纵向非均匀锈蚀梁受力性能正确有效.     

基于Ottosen准则的PC多梁式梁桥全过程分析

为了对预应力混凝土(PC)多梁式梁桥进行非线性全过程分析,采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土的开裂、屈服和压碎等非线性变化,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,提出了一种非线性组合―分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序.结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,极限荷载的相对误差约为0.13%;同时,普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律的研究表明,对于PC多梁式梁桥这类薄壁结构,采用文中提出的非线性壳单元计算模型来研究其破坏全过程是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性.     

高强钢筋高强混凝土预应力梁抗弯性能试验研究

通过对12根高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗弯试验,观测试验梁的破坏现象和失效过程,研究混凝土强度等级、非预应力高强钢筋配筋率、预应力钢筋配筋率等因素对其抗弯性能的影响规律.试验结果表明,高强钢筋高强混凝土预应力适筋梁破坏过程包括开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效3个阶段,各阶段破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似,均为延性破坏.混凝土强度等级以影响钢筋屈服后的抗弯性能为主,高强度等级混凝土试验梁的后期承载力下降较小.非预应力筋配筋率显著影响试验梁开裂后的抗弯性能,即相同变形时,配筋率越高承载力越高.相同张拉控制应力条件下,预应力筋配筋率越高开裂弯矩越大;相同弯矩作用下,预应力配筋率越高变形越小,其极限承载力也越高.     

基于壳梁组合单元预应力混凝土梁非线性响应

基于壳梁组合(SBC)单元,建立了预应力混凝土T梁非线性分析模型,并对其进行了破坏全过程研究,对梁体刚度折减、预应力筋应力重分布规律等进行了分析.基于分层壳单元和梁单元计算模式,对预应力筋采用SBC单元模拟,有效地模拟了预应力筋的空间预应力作用,对普通钢筋和混凝土采用分层壳单元模拟.采用Owen准则等描述了预应力混凝土T梁的屈服等材料非线性效应,并研制了相应的非线性计算程序.研究结果表明,该方法的计算结果与试验梁的试验结果吻合良好,非线性SBC单元方法用于预应力混凝土T梁分析是合适的,为此类工程薄壁结构的评定分析提供了一种较为有效的计算方法.     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

基于ABAQUS纤维梁的钢筋混凝土材料模型二次开发

目的研究ABAQUS纤维梁钢筋混凝土材料本构模型,以解决软件中缺乏可用的三维梁单元约束混凝土材料模型及软件自带金属塑性材料模型无法考虑加卸载过程中刚度退化等问题.方法采用FORTRAN语言,基于经典混凝土和钢筋单轴材料本构模型,开发用于显式模块的钢筋混凝土梁单元材料子程序.首先,通过对钢筋的变幅值拉伸试验和素混凝土柱往复拉、压过程的模拟对子程序的有效性进行了初步验证;其次,分别采用不同的材料本构模型对钢筋混凝土梁、柱拟静力试验进行数值仿真,验证子程序用于构件分析的准确性和有效性;最后,以一个12层方钢管混凝土平面框架结构为例,分别建立二维和三维有限元模型,并进行地震作用下动力弹塑性时程分析.结果钢筋混凝土梁、柱试验的数值模拟结果与试验结果吻合良好,对比误差均小于4%,对钢管混凝土平面框架结构弹塑性地震反应分析结果也较为理想.结论采用不同钢筋加载规则得到的构件荷载-位移骨架曲线大致相同,但滞回捏拢行为有显著改变.与ABAQUS自带材料本构模型相比,笔者所开发的材料子程序可以更好地反映循环荷载作用下钢筋混凝土构件及结构的力学特性,可用于构件及结构的非线性分析.     

碳纤维布加固梁抗弯荷载试验研究

通过碳纤维布加固模型试验梁的破坏荷栽试验,研究了钢筋混凝土梁在采用碳纤维布加固后,混凝土、钢筋及碳纤维布的应变变化和梁的裂缝,挠度发展,分析钢筋应变与碳纤维应变变化的协同关系,并对平截面假定进行检验.基于相关规范,将规范方法计算值与破坏荷载试验结果进行对比分析,为实际工程加固设计提供参考和依据.     

钢筋混凝土构件拉伸破坏过程的三维模拟研究

采用三维的材料破坏过程分析系统RFPA3D(3D-Realistic Failure Process Analysis)对钢筋混凝土轴心受拉构件的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏的断裂全过程进行了数值模拟。充分考虑了混凝土的非均匀性,通过简单直观的本构模型并采用单元材料性质弱化的办法,利用位移加载来实现钢筋混凝土构件的拉伸破坏过程,再现了钢筋混凝土结构中等间距裂缝形成过程,从细观角度模拟分析了混凝土及钢筋的破坏过程及破坏机理。数值试验结果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律有参考价值。     

钢筋再生混凝土梁抗裂性能试验研究*

为了推广再生混凝土在我国土木领域的工程应用,用再生粗骨料全部替代天然粗骨料,设计制作了10根钢筋再生混凝土矩形截面试验梁(再生混凝土强度等级:RC20~RC30,配筋率:0.83%~1.29%),并对其受弯抗裂性能进行试验研究。通过试验系统地研究了钢筋再生混凝土梁的静力受荷破坏过程。结果显示,钢筋再生混凝土梁的受荷破坏过程可划分为线性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段,破坏形态均表现为延性破坏。同时分析再生混凝土强度等级、配筋率对试验梁开裂荷载与平均裂缝间距的影响。结果表明,依据GB 50010—2010《混凝土结构规范》计算的平均裂缝间距小于试验实测值,而开裂荷载计算值明显大于试验实测值。在试验结果的基础上,提出了钢筋再生混凝土受弯梁开裂荷载及平均裂缝间距的建议计算公式。     

高温下/后钢筋混凝土梁抗冲击性能:细观分析

冲击(或爆炸)和火灾往往伴随发生并威胁工程结构的使用安全,高温和高应变率对钢筋混凝土(RC)结构的耦合作用引起了研究者的广泛关注.本文结合混凝土细观非均质性,考虑钢筋和混凝土材料的应变率增强效应及高温退化效应,同时考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移行为,建立了RC梁抗火抗冲击性能研究的细观数值模型.与室温下落锤冲击试验结果对比,验证了细观数值模型的合理性,进而比较分析了高温下及高温后RC梁在冲击作用下的力学响应,揭示了RC梁的破坏模式与失效机制.结果表明:建立的细观数值模型能够有效描述RC梁在高温和冲击荷载联合作用下的破坏模式;相同受火时间,高温下RC梁表现出比高温后RC梁更为严重的破坏,且随受火时间的增加,差异逐渐扩大.     

缓粘结部分预应力混凝土梁等幅疲劳性能试验研究

自行研制配制出满足后张法有粘结预应力混凝土的缓凝砂浆.根据12根缓粘结部分预应力混凝土梁静载以及等幅疲劳荷载作用下的试验结果,得到了钢筋和混凝土的应变增量、梁的裂缝宽度和挠度随重复荷载循环次数的增加而增长的规律,及部分预应力混凝土梁的疲劳破坏始于非预应力钢筋的疲劳断裂的结论.缓粘结部分预应力混凝土梁与同条件下通过灌浆浇筑的部分预应力混凝土梁相比,疲劳寿命较高.建议了预应力损失的计算公式和部分预应力混凝土梁疲劳验算的计算公式,对试验梁进行了结构静力计算和疲劳验算,计算结果与试验结果吻合较好.     

纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟研究

使用纤维复合材料(FRP)加固混凝土结构已成为土木工程中复合材料的主要应用形式.采用串行/平行混合理论分析复合材料,从复合材料的本构方程来推断其特性.基于有限元法建立纤维复合材料加固混凝土梁的数值模拟公式,提出FRP加固混凝土梁的数值分析方法.进行数值模拟,计算结果表明,数值结果与试验结果吻合良好,验证本文数值方法的有效性.     

配500 MPa钢筋折线先张法预应力混凝土梁受力性能分析

运用Matlab的电算程序,对配HRB500钢筋的折线先张法预应力混凝土梁进行了非线性全过程分析,并与郑州大学结构实验室的试验结果进行比较,考查了构件的破坏形态和破坏特征,分析了跨中挠度和弯矩随荷载的变化规律.数值分析和试验研究结果表明,以HRB500钢筋作非预应力筋的先张法折线形预应力混凝土梁,受力性能良好,可充分发挥HRB500钢筋的高强度,承载能力和短期挠度均可按现行规范公式进行计算.运用Matlab编写的程序进行非线性分析,其结果具有可靠性和适用性,为相应规范的编制和工程设计提供了参考.     

基于细观颗粒元的混凝土弯曲试验模拟与率效应

为研究混凝土动态力学性能、解释混凝土材料动力破坏机理,该文基于颗粒元(PEM)建立细观模型,模拟混凝土动力弯曲试验,并进行率效应研究。数值仿真中以不同加载速率进行弯曲试验,得到混凝土抗弯强度的率相关强度增长系数(DIF),再现了不同应变率下弯曲破坏模式。数值仿真模拟得到的弯曲应力-应变结果和破坏现象与试验吻合良好,证明了数值模型的有效性。通过对破坏过程进行分析,高应变率条件下混凝土梁产生多条裂纹,表现出与低应变率条件完全不同的破坏形式,这是混凝土动强度提高的主要机理。     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验研究

为研究体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁的抗弯性能,以剪跨比、张拉控制应力及预应力度为试验参数,进行了4根体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验.基于试验结果,明确了梁的受力破坏特征,推导了梁的开裂弯矩、极限弯矩计算公式并以试验结果验证了其适用性.结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁,均发生少筋特征的脆性断裂破坏,增大张拉控制应力可提高全预应力梁的开裂荷载,但不改变其破坏形态;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较预应力度为1.0的全预应力梁分别提高88.7％和18.1％,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏.钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置.     

在荷载作用下加固的钢筋混凝土梁的承载能力

本文叙述包括矩形及 T 形两种截面的26根钢筋混凝土梁在外荷载为原构件设计破坏荷载的0%,45%及70%作用下的加固及加固后的破坏试验及试验结果。梁试件采用一种标号混凝土,两种牌号钢筋及代表低、中、高配筋的三种含钢率。补强钢筋量与原有钢筋量的比值为0.644,1.00及1.55。试验结果表明,加固后梁的试验所得的破坏弯矩值与理论计算的破坏弯矩值是一致的,充分地说明了在允许最大含钢率范围内,已负外荷载的作用并不影响加固梁的承载能力。通过补强材料,梁的承载能力可增大到三倍。试验资料同时揭露了加固梁的破坏特征及原有的与补强的钢筋的共同工作特性及其应力与弯短的分配过程。试验结果并提供了在荷载作用下加固梁的计算原理。     

细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.