任意截面钢筋混凝土构件配筋计算方法

钢筋混凝土构件在工程结构中广泛应用,复杂异形截面多向受力状态下,弯矩作用平面与弯曲平面不重合,截面的强度与配筋计算极为复杂,没有较好的解决方案。本文以平截面假定为依据,基于容许应力法推导出了任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算公式,将复杂截面的配筋计算问题转化为复杂截面几何特性的求解,利用格林积分变换公式精确高效地实现了任意截面的特性求解,解决了任意截面钢筋混凝土构件单向以及多向受力状态下配筋验算问题,并编制了相应的任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算程序。通过大量对比验算表明,本文的计算方法和程序计算结果精确可靠,计算效率高。     

钢筋混凝土板应力计算的迭代方法

研究目的:异形板或受力复杂的混凝土板的配筋问题一直困扰着工程设计人员,而配筋不合理又是产生裂缝影响结构正常工作的一个主要原因.在采用允许应力法进行钢筋混凝土板设计时,配筋问题实际上可归结为给定外力条件下的应力计算问题,为解决这个问题提出了一种通用算法.研究结论:该算法的要点是在2个主弯矩方向上分别建立平衡方程,并采用迭代法求解非线性方程组,计算钢筋和混凝土应力.大量计算实例证明了该算法的迭代过程收敛快,结果准确,并能很好的模拟板在受力中的一些特殊行为.该计算方法在实际设计中,可计算出各荷载工况作用下所需主筋和辅筋的理论面积,进而得到钢筋面积包络图用于实际配筋.     

使用阶段两跨连续梁中碳纤维筋应力研究

为计算使用阶段两跨无黏结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁中CFRP筋应力增量,基于连续梁的仿真分析程序,研究预应力筋配筋指标、非预应力筋配筋指标、预应力筋相对位置、加载方式、跨中控制截面与中支座控制截面配筋指标差异等参数对CFRP筋应力增长的影响规律,进而确定对应力增量有较大影响的关键参数。再以关键参数为自变量建立连续梁中无黏结CFRP筋应力的计算公式,为准确计算连续梁的刚度及裂缝开展宽度提供依据。     

GFRP筋混凝土T型梁正截面抗弯承载力研究

为研究GFRP筋T型截面梁的承载力和设计方法,以现有GFRP筋矩形截面梁、钢筋混凝土T型截面梁的理论为参照,推导GFRP筋混凝土T型截面梁承载力的计算公式。与钢筋混凝土梁的计算方法不同,GFRP筋混凝土梁是以平衡配筋率作为判断破坏模式及进行后续计算的关键。应用该公式,通过若干组计算,对3种不同截面情况下,GFRP筋混凝土T型梁与钢筋混凝土T型梁的承载力,进行交叉对比。上述计算公式表明,由于GFRP筋弹性模量较低,因此平衡配筋率较小,用于钢筋混凝土梁的截面,通常并不符合GFRP筋处于平衡破坏配筋范围的要求,以致无法满足承载力。这一点与计算结果是一致的,从侧面验证了该公式的正确性。     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

钢筋混凝土矩形截面梁的优化设计及钢筋代换计算

研究目的:以钢筋混凝土单筋矩形截面梁的造价为目标函数,截面高度和配筋率作为自变量,以挠度作为控制条件,建立约束条件,可得非线性优化数学模型,并利用Matlab优化工具箱通过编程进行求解.在考虑钢筋代换相关规定的基础上,给出矩形截面梁等强度代换、等挠度代换及等裂缝宽度代换的实用计算方法,并分析不同情况下起控制作用的因素,从而使钢筋代换计算过程简捷且结果可靠.研究结论:大截面尺寸受弯构件采用考虑正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计,避免了因盲目加大截面尺寸和配筋量而造成浪费;运用Matlab 软件能简便、快捷地实现单筋矩形截面梁正截面优化设计,从而得到截面高度及配筋率的初始值,再考虑梁的自重及尺寸模数要求稍作调整即可确定最终设计结果;对于矩形截面梁,在其常用配筋率ρ∈[0.6%,1.6%]范围内,根据本文给出的钢筋代换原则及具体计算方法,能简便地得到满足截面承载力、挠度控制及裂缝宽度验算要求的代换结果.算例表明,该优化设计方法经济效益显著,可推广应用于工程实际.     

活性粉末混凝土梁受弯非线性全过程分析

采用活性粉末混凝土（RPC）材料的单轴拉压应力—应变关系,考虑RPC梁受力特性,以平截面假定及数值积分法为基础,根据内力平衡关系编制RPC梁的截面计算分析程序,计算其弯矩—曲率关系曲线。在此基础上利用共轭梁法,进一步得出RPC梁的荷载—挠度关系曲线,获得任意一级加载后的任意节点的位移,从而达到对RPC梁进行全过程分析的目的。用7组RPC梁的三分点破坏加载试验对数值计算结果进行验证,试验结果表明：RPC梁受力全过程中平截面假定仍然适用,数值计算出的配筋PRC梁的荷载—挠度全曲线、破坏形态以及极限荷载与试验结果吻合良好;无筋RPC梁试验结果均小于理论计算结果,且相差较大,无筋RPC梁的最终破坏模式为单一裂缝的脆性破坏。建议设计RPC梁时,在受拉区配置一定量的抗裂分布钢筋。     

碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁刚度分析

碳纤维布与钢板复合加固是一种新型的加固方法,可应用于桥梁等大跨度梁的加固。本文对12根碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁进行了试验研究,结果表明,碳纤维布与钢板复合加固方法可较大幅度地提高钢筋混凝土梁的截面刚度,减小其变形。在试验研究的基础上,分析钢筋混凝土梁在碳纤维布与钢板复合加固后截面刚度的变化规律,并运用刚度解析法对截面刚度进行了计算,同时结合相关试验资料的统计分析,提出复合加固梁截面刚度的简化计算公式。其计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考。     

GFRP—钢混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能研究

为了研究GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能,以混凝土碳化深度到达钢筋表面为标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析6组不同配筋布置的GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性。推导GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板适筋破坏的正截面受弯承载力计算公式,利用推导的受弯承载力计算公式对7组具有相同整体配筋率、不同GFRP筋与钢筋面积比的混合配筋板的抗弯承载力进行计算。研究结果表明:GFRP筋与钢筋合理混合布置,可较大程度地提高混凝土结构的耐久性和抗弯承载力。将钢筋布置于远离迎风面、角区的中间位置时,构件耐久寿命比传统的截面单一钢筋配筋方式延长1.19倍,耐久性达到最佳效果;随GFRP筋与钢筋面积比的增加,构件抗弯承载力提高的百分比最大可达到52.7%,且抗弯承载力随面积比的增加而增大。     

混凝土曲线梁弹塑性力学行为分析

针对曲线梁的几何特征,根据Timoshenko曲梁理论,提出每结点有6个自由度的三维曲梁单元.对于截面的内力计算,采用钢筋混凝土分块组合模型,在混凝土开裂前按线弹性理论计算,而对于混凝土开裂后,则引入钢筋混凝土软化桁架理论,提出混凝土开裂后截面内力重分布的计算方法.该方法充分考虑开裂后混凝土拉应力的贡献及箍筋的作用,从而建立预应力混凝土曲线梁非线性有限元分析模型,并编制计算程序.用该程序对一座两跨预应力混凝土曲线连续试验梁进行计算,并与试验结果进行比较,理论值与试验值符合良好,从而验证该模型是可靠的.     

任意带任意投影面的平面坐标转换方法研究

探讨任意带任意投影面的平面坐标转换方法,给出了不同椭球变换方法的计算公式和坐标转换步骤。数据分析结果表明,不同椭球变换方法在控制长度变形上是一致的。     

任意桥梁截面自由扭转常数计算的快速方法

计算任意截面的自由扭转常数可采用有限元分析方法,位移法有限元计算出的自由扭转常数比理论值偏大且网格剖分尺寸大小明显影响计算速度。本文从弹性理论圣维南自由扭转问题基本假设出发,针对悬臂梁模型采用基于位移的最小势能原理和基于应力的最小余能原理两种方法,推导势能泛函和余能泛函表达式,并求得泛函的极小值从而推导出相应的有限元方程,得到两种计算自由扭转常数公式。根据推导出的有限元方程,采用三角形单元编写程序进行两种截面的计算并与理论值对比。对比结果表明,采用两种方法计算自由扭转常数并取其平均值作为最终结果相较于采用单一位移法计算其精度大幅提高,两种方法互相参考有利于解决计算结果偏大和计算量过大的问题。     

基于ALE方法的列车横风绕流动力学分析

利用有限体积法对横风作用下列车周围的空气流场进行计算.结合车辆-轨道耦合动力学,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法处理列车与空气间存在的运动边界,实现了车辆系统动力学与计算流体力学之间的结合.以某国产客运列车为例,计算列车在20 m/s的横风作用下以160 km/h的速度运行时的动力学响应,给出列车周围的流场分布;分析了考虑与不考虑风-车之间流固耦合效应时,作用在车辆上的气动力和气动力矩的变化情况.结果表明,流固耦合效应对车体摇头力矩的影响比较大,而对于车体垂向、横向位移和加速度的影响甚微.     

全站仪自由设站法在地铁基坑 水平位移监测中的应用

着重介绍转站测量技术的基本原理及作业流 程,并将此技术方法应用于地铁深基坑桩顶水平位移 监测中,从而实现对复杂条件下基坑水平位移的高精 度监测。实践表明,该技术方法具有监测精度高、范围 广、操作灵活、适应性强、工作效率高等优点,还可进一 步推广应用到复杂外形的建/构筑物的三维变形监测。     

实用的交通隧道中任意点对应中桩平面坐标计算的统一模型

给出了实用的交通隧道中任意点对应中桩平面坐标计算的统一模型和实用的计算公式,方法简单实用。     

具有抵偿高程面的任意带坐标系设计原理与方法

高速铁路对边长投影变形提出了2.5cm/km(1/40000)的控制要求,长期以来一直采用的3°带高斯正形投影平面直角坐标系,已难以满足铁路建设的精度要求。对投影变形问题进行了分析,阐述了具有抵偿高程面的任意带坐标系设计原理,并结合某铁路客运专线的实例,介绍了该形式坐标系的设计方法。具有抵偿高程面的任意带坐标系,克服了3°带坐标系的局限性,能有效地实现两种长度变形的相互抵偿,从而达到控制投影变形的目的。     

任意带高斯正形投影平面直角坐标系统在武广客运专线勘测设计中的应用

由于定义国家大地坐标系的椭球面是一个凸起的不可展平的曲面,当采用高斯正形投影将曲面上的元素投影到平面上时,投影后的长度就会发生改变。当边长的两次归算投影改正不能满足2.5 cm/km的要求时,需要对坐标系统进行修正。结合武广客运专线勘测设计,分析引起投影变形的因素,研究改正投影误差的方法,并对任意带高斯正形投影平面直角坐标系统进行实践,取得良好的效果。