表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁的应力传递行为

表层嵌贴预应力FRP板条加固钢筋混凝土结构技术可充分发挥FRP材料强度,且不需设置永久锚具,具有较大的潜力。以试验得到的嵌贴FRP混凝土粘结滑移关系为基础,建立了嵌贴预应力CFRP板条与混凝土的粘结应力微分方程,并根据边界条件推导了方程的解析解,得到了嵌贴预应力CFRP板条放张后界面粘结应力、CFRP拉伸应力的分析模型。与试验结果的比较表明,该模型得出的界面粘结应力及CFRP拉伸应力与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑放张后CFRP混凝土界面不出现剥离的条件,分析了粘结界面能抵抗的最大容许预应力。     

循环荷载作用下钢筋与混凝土界面裂纹扩展的模拟

钢筋混凝土的界面脱粘是材料与结构破坏的一个重要方面,循环荷载作用下的界面疲劳问题研究越来越受到关注.基于剪切筒模型和常用加载方式,首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力计算模型;借助断裂脱粘准则和描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,得到了界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系;对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析.     

刚体弹簧元法在钢筋混凝土构件动力分析中的应用

为分析钢筋混凝土结构在动力作用下的性能,采用刚体弹簧元法将结构离散为多段刚体,刚体间的变形通过块体间的弹簧变形来体现。弹簧元模型与实际结构之间满足刚度、荷载和强度三个方面的等效准则,实现非连续介质力学模型模拟连续介质模型,为钢筋混凝土的力学性能计算提供了一种有效的分析方法。     

碳纤维布加固钢结构的边界元法分析

常规边界元法在分析碳纤维布（CFRP）加固钢结构时,由于遭遇几乎奇异积分的计算困难而失效。通过反复运用分部积分的方法,用解析表达式代替了几乎奇异积分的数值计算,使得边界元法可以分析含薄体结构。以CFRP加固两端受均匀拉伸的钢板为例,将加固结构分成3个子域,利用边界元法分析加固强度。计算结果表明,在给定的不同外载作用下,CFRP、粘结剂和钢板所受的正应力都没有超过各自的拉伸强度极限,而粘结剂受到剪切破坏使得CFRP与钢板发生剥离,使得加固失效。结果还表明,处理了几乎奇异积分的边界元法运用较少的单元就可以准确获得界面应力。     

一致多尺度组合多点约束法优化研究

针对一致多尺度多点约束模型往往采用单一多点约束方法造成界面过约束等问题,提出基于位移和能量的组合多点约束法(CMPC),该方法符合界面节点变形约束关系,且能够改善结构塑性阶段的多尺度模拟精度。首先,分析了单一多点约束关系在模型受力塑性阶段存在的约束不合理问题,通过位移方程和能量方程在界面节点不同自由度方向的联立,建立了一种优化的组合多点约束方法,其优点是消除位移方程的界面切向过约束问题,同时避免能量方程的非线性阶段应力迭代。基于组合多点约束理论,推导了典型多尺度连接模型的CMPC方程表达式。最后运用Abaqus有限元软件进行了钢筋混凝土构件多尺度模型对比分析,计算结果表明组合多点约束法有效提高了模型复杂受力下的应力、应变、位移等特性的计算精度,适用于结构多尺度模型的非线性分析。     

FRP-混凝土界面粘结性能有限元方法研究

分析FRP-混凝土界面的粘结性能, 是研究FRP外贴加固钢筋混凝土结构的基础问题。本文根据已有的面内剪切试验研究结果, 采用大型通用有限元程序MSC.Marc建立有限元模型并导入裂面剪力模型子程序, 进行了非线性计算分析。引入了“裂缝带模型”、“界面粘结承载力”、“有效锚固长度”等概念, 对混凝土单元开裂软化模量以及裂面剪力模型进行了优选。得到了FRP应变分布规律和界面粘结应力分布规律, 提出了全新的“粘结屈服平台”概念, 建议相关的界面性能非线性有限元分析采用本文的方法。     

粘结薄板构件界面应力的有限元法预测

在外表面粘结纤维增强复合板材或钢板能提高钢筋混凝土、金属、木构件的强度或刚度。板材与被加固构件之间的剥离是常出现的破坏模式,而剥离主要取决于构件和薄板之间粘结层的界面应力。采用有限元分析法对界面应力进行预测,研究主要聚焦在非均匀分布荷载的简支梁。基于对梁、粘结层、板的不同假设,采用5个不同的有限元模型对界面应力进行描述。将5种方法的预测值进行相互对比,并与不同组合水平下的解析解进行对比。比较结果清楚显示了每个假设对所预测的界面应力的影响。对于复杂的粘接薄板构件,梁-弹簧-梁模型可以简单、精确地预测界面应力和剥离破坏。为说明梁-弹簧-梁模型的通用性,用相同的模型得到两个更复杂构件的界面应力并进行讨论。     

纤维布混杂形式对混凝土界面力学性能的影响

针对CFS-GFS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8种不同加固模型做了非线性界面有限元数值计算.分析了不同加固形式下界面端部剪应力与正应力的分布规律,结果表明界面剪应力与正应力极大值均出现在加固界面端部,且在较短的距离内迅速减小.CFS-GFS混杂加固可以有效降低界面剥离应力,通过控制GFS在加固中所占比例,能够在保证承载力足够的情况下,改善加固界面力学性能,避免端部处发生界面或保护层剥离破坏现象.     

对混凝土中的FRP钢筋黏结应力-滑移模型的评估

首先对现有的几种关于混凝土中钢和FRP钢筋的黏结应力-滑移模型进行介绍,并讨论这几种模型的利弊。这些模型可用于FRP钢筋混凝土梁黏结应力-滑移模型的数值分析,通过对考虑黏结应力-滑移效应的FRP钢筋混凝土梁的有限元分析评估这些模型。使用一种新型的、改进的黏结-滑移关系的组合梁构件来对一个GFRP钢筋混凝土梁和CFRP钢筋混凝土梁的黏结应力-滑移模型进行有限元分析,并建立有限元模型。概括和总结这些从有限元模型了解到的黏结应力-滑移模型的适用性和性能。最后,对最合适的黏结应力-滑移模型进行参数研究,从而调查不同表面状况的钢筋对结构性能的影响。     

材料阻尼对钢筋混凝土框架结构动力响应影响分析

介绍应力相关复阻尼模型求解结构动力响应的方法;并在时域内考虑阻尼是一个变量,采用应力相关复阻尼模型计算一个钢筋混凝土框架结构的动力响应和结构的材料阻尼值,按相同的阻尼比,采用黏性阻尼模型计算了同一个钢筋混凝土框架结构的响应,并将结果进行对比,分析两种不同的阻尼模型对结构动力响应的影响。结果表明,结构的材料阻尼值都表现出随应力增长而增大的特性,该特性有利于增加结构的耗能,且能有效抑制结构振动响应振幅;采用不同类型的阻尼对结构响应影响很大。     

非协调四结点平面等参位移元新列式方法

本文导出一种等参协调元位移函数的新的表示方法,在此基础上建立起了构造等参非协调元的新方法。作为实例,构造两个可以给出单刚显式的四结点平面非协调新单元。     

用连续-非连续方法分析混凝土梁的破坏过程

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移间断的连续、非连续模型。非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关。不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界,与扩展有限元方法在构造上也有本质的区别。结合粘结裂纹模型,对混凝土梁在剪切作用下的断裂过程模拟说明了该方法的有效性。     

非协调实体壳元及其在振动分析中的应用

在八节点三维实体等参单元的基础上,为局部坐标系下的挠度位移分量附加单元内非协调位移项,构造了能很好反映横向剪切变形影响的八节点非协调实体壳单元,并将该单元用于板壳结构的振动分析。修正的应力—应变关系可有效地克服实体壳元的厚度自锁,高阶非协调位移项的附加可免除剪切和厚度锁闭。通过修正单元常应变矩阵和非协调形函数,保证单元在不规则网格时能通过常应力分片检验。数值算例表明:单元计算精度高,且对于厚板和薄板结构的动力分析都能适用。     

无网格法对岩体不连续面的模拟

 鉴于以Goodman单元为代表的界面单元在传统有限元法中取得了广泛而成功的应用,因而采用无网格法进行岩土工程数值分析时,首先考虑引入Goodman单元以模拟不连续面。详细分析将Goodman单元引入无网格法模拟不连续面的可行性和当前研究所存在的问题。研究结果表明,由于Goodman单元最初的应用对象是有限元法,其位移模式实质是为了实现与其相连接的有限单元相协调;而无网格的位移模式是基于离散节点的,对于不同的待插值点,影响域覆盖该插值点的节点及其数量也不相同;因而必然存在着无网格法的位移模式与Goodman单元边界上假定的位移模式不相协调的问题。解决这个问题的关键是在考虑节理单元的刚度对总体刚度矩阵的贡献时,应采用数值积分计算得到节理单元的刚度矩阵而不是简单的将传统解析表达式累加到求解系统的总体刚度矩阵中去;考虑到上述特点,界面单元可以隐式或显式出现在计算模型中。以自然单元法为例详细介绍显式和隐式Goodman单元的具体实现方案,并给出相应的算例进行数值验证和对比;所提出的思路对于一般的无网格方法都是适用的。     

土工格栅加筋拓宽路堤有限元分析

采用二维非线性有限元法对软土地基上的拓宽路堤土工格栅加筋作用和效果进行模拟分析。计算中采用一维抗拉单元来模拟土工格栅,采用接触面单元考虑筋土界面的状态非线性。研究土工格栅嵌入老路基长度、格栅设置层数对格栅拉力、拓宽路堤不均匀沉降和水平位移的影响。计算结果表明,格栅嵌入老路基长度越长,拓宽路堤侧向位移和新老路基差异沉降越小,增加格栅层数并不会显著减小拓宽路堤的差异沉降。     

接触面刚度对双排桩支护结构的影响分析

在深基坑支护结构的科学研究和实际工程设计计算中,有限元数值分析方法得到了越来越广泛的运用。目前一般通过设置接触面单元来模拟支护结构与土之间的相互作用。但在实际应用过程中,接触面参数的取值问题给模拟计算结果带来了许多不确定性,目前其取值仍是一个比较棘手的问题。利用Goodman接触面单元模拟了双排桩支护结构与周围土体之间的相互作用,通过改变Goodman接触面单元的初始法向刚度及初始切向刚度,分析了其变化对双排桩支护结构水平位移、桩顶竖直位移及周围土体沉降及坑底隆起量的影响,对双排桩支护基坑数值分析时接触面初始刚度系数的选取具有重要意义。     

层状地基中单桩-桩帽-土共同作用等效剪切位移法

基于单桩-桩帽-土共同作用的特征,推导了桩和桩帽下土体的荷载传递矩阵,提出了层状地基中带帽单桩的等效剪切位移法.当桩与桩帽下土体以及桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的位移协调时,分别建立桩与桩帽下土体的平衡微分方程;考虑交界面处的相对滑动时,桩与桩帽下土体交界面处的侧摩阻力较大导致非线性,主要表现在桩与桩帽下土体间的相互滑动;当帽桩较小时,桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的侧摩阻力引起的桩帽外侧土体自由位移场比较小.与有限元法、已有理论分析方法以及模型试验的对比表明桩帽的加入可明显增大带帽桩的整体刚度,并且一定尺寸的桩帽下桩体长径比的增大不会无限增大带帽单桩的整体刚度,桩帽始终贡献一定的荷载分担比例.     

基于耦合模型的地下隧道抗震分析研究

在考虑了土与结构的相互作用的基础上,采用耦合模型来模拟土体的分层性、非线性以及土体和钢筋混凝土之间的滑移、拉裂、嵌入以及土体的半无限边界条件。文中首先阐述了接触元建立的方法以及单元刚度矩阵的积分方法;由于无限远处的土场位移、地震作用力皆为零,计算中对该单元刚度矩阵的形式不同于四节点等参元,文中推导了平行无限元的单元刚度矩阵方,并介绍了无限元单元刚度矩阵组装原理。通过对一双洞口矩形截面隧道的地震反应进行分析,为地下结构的抗震设计提供参考意见。     

单桩非线性分析的半解析半数值方法

在分析了桩侧摩阻力和桩周土剪切位移相互关系的基础上 ,提出了一种单桩非线性分析的半解析半分析方法 ,该方法可以分析位于多层介质中单桩的非线性位移。在该方法中 ,采用了两种模型 ,第一种为Randolph提出的解析式 ,该方法可计算在剪切应力作用下土的位移的和桩周土的剪切应力 ,另一个模型为双曲线模型 ,该曲线可用来描述桩侧摩阻力与桩周土的局部剪切位移的非线性关系。该计算方法所得到的计算结果与现场试验结果以及有限元计算结果非常吻合     

Analysis of Shear Connector of Steel–Concrete Composite Box-Girder Bridge Considering Interfacial Bonding and Friction

Steel–concrete composite bridges consist of steel and concrete parts which are connected by shear connector such as the widely-used headed stud. Through the chemistry bonding, interface friction and mechanical action the two different materials parts are combined as a composite structure system. Because of the structural mechanism, longitudinal and lateral relative slip and normal separation between the concrete deck and steel girder flange will inevitably exist during the loading process. Further, the complex interface mechanical behavior causes difficulties with nonlinear numerical analysis. Multiple broken lines mode cohesive zone model considering bonding and friction is used in this paper to describe the tangent slip and normal crack of the interface. A zero thickness cohesive element was implemented via the user-defined element subroutine UEL in ABAQUS. Using this method, numerical simulation analysis of a two span composite continuous box-girder was carried out. Results showed load–displacement curves of the structure, relative displacement between the steel girder and the concrete slab interface, interface stress distribution, and internal force of shear studs. Discontinuous deformation numerical simulation has been realized, and effectiveness of the proposed method and accuracy of the program were verified. Although shear stress was assumed to be transmitted by shear connector in the design stage, interface bonding and friction resistance can affect the force state of the shear connector. Results of this study can be used for detailed analysis and evaluation of the composite box-girder bridge without the need to rely on the constitutive laws of shear connectors obtained from push-out tests.