基于双剪统一强度理论的圆板塑性极限分析

通过对轴对称弯曲圆板在塑性极限状态下应力和弯曲内力的分布研究,建立了双剪统一强度理论下用弯矩表示的屈服条件,即广义双剪统一屈服条件。该广义双剪统一屈服条件是一条对称的外凸闭合折线,可应用于由各种拉压强度比及剪压强度比材料构成的圆板和环板的塑性极限分析。对均布荷载作用下的简(固)支圆板进行了塑性极限分析,得出了圆板的塑性极限荷载、塑性极限状态时的内力场和速度场,分析了拉压强度比α以及中间剪应力影响系数b对塑性极限承载力的影响。     

活性粉末混凝土拱极限承载力试验研究

进行了两根活性粉末混凝土(RPC)模型拱的L/4处单点加载的面内受力全过程试验,建立了考虑材料与几何双重非线性的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。通过与普通混凝土(RC)模型拱的受力性能的比较,对RPC模型拱荷载-竖直位移曲线、裂缝开展情况、截面应变和结构破坏模式等方面进行了分析。试验与有限元计算结果表明,RPC拱受力过程和破坏模式与RC拱相似,分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段,最终因出现4个塑性铰形成机构而呈塑性破坏,其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算。RPC拱由于其材料性能优越,使其受力性能优于RC拱,在同级荷载下RPC拱裂缝的宽度约为RC拱的25%~50%;而RPC拱的开裂荷载、钢筋屈服荷载和极限承载力均较RC拱有明显的提高。在极限承载力相同的条件下,RPC拱的截面积与自重可以减小到RC拱的67%左右,表明RPC可有效减轻结构自重,提高拱桥跨越能力。     

大跨度混凝土斜拉桥抗爆分析

为研究大跨度混凝土斜拉桥在爆炸荷载下的动力响应和损伤模式。建立全桥实体模型和跨中主梁局部模型,并开展不同炸药条件下的斜拉索应力分析和结构动力响应分析。结果表明:(1)斜拉索在爆炸荷载下直接破坏的风险较低,只有偏载作用时近爆点斜拉索有断索风险;(2)斜拉桥混凝土主梁的局部破坏模式与爆炸位置和TNT当量均有关系;爆炸位置相同时,随着TNT当量增大,破坏模式由弯曲破坏转变为直剪破坏;(3)梁体纵向加劲肋在中小爆炸荷载作用下能有效提高梁体的抗爆能力,其与箱梁顶板形成具有相对强弱刚度的熔断体系,有效限制梁体横向破坏面的扩展,降低破坏程度,甚至可改变梁体的破坏模式;(4)箱梁结构破坏时冲击波在箱室内传播存在明显的约束效应并引起更严重破坏。     

基于塑性理论的钢筋砼简支深梁的抗剪强度研究(一)

根据混凝土的塑性理论及极限分析的上限方法,探讨了求解钢筋混凝土简支深梁的抗剪强度的数值计算方法。材料性质采用理想的刚塑性模型,混凝土屈服准则采用不考虑混凝土拉应力的修正的库伦屈服准则。分析了钢筋混凝土简支深梁发生塑性剪切破坏时屈服线的形状以及屈服线上混凝土和钢筋的能量耗散情况。最后从能量守恒的原理出发,即屈服线上的混凝土和钢筋消耗能量等于外荷载所做的功,导出了深梁剪切破坏荷载比例因子的隐函数表达式,对此隐函数进行优化求解,得到了深梁发生塑性剪切破坏的极限荷载。     

考虑材料非线性的RC冷却塔风致动力破坏研究

为明确RC冷却塔的风致动力破坏过程和极限脉动风荷载，采用ABAQUS对一代表性结构进行了计算。以分层壳单元模拟塔筒，分别采用塑性损伤模型和双折线模型模拟混凝土和钢筋的非线性本构，在对该塔规范静风极限承载力计算以及与既有弥散开裂模型结果对比的基础上，进行了试验脉动风荷载下的动力增量分析(IDA)，结合变形模式、位移IDA曲线、裂缝分布、应力发展、塑性和刚度演化等方面对塔筒的破坏过程进行了系统阐述，并与静风破坏过程进行了对比。结果表明：静风荷载下，塑性损伤模型所得结构开裂荷载与弥散开裂模型结果一致，但前者所得结构极限荷载略高，结构延性更好；静力和动力风荷载作用下的结果差异来自本构模型、荷载模式和动力效应；脉动风荷载作用下RC冷却塔的结构破坏依然源于迎风子午向受拉导致的塔筒开裂和钢筋屈服，但应更关注塔筒大范围开裂导致的结构刚度下降：动力风荷载作用下塔筒破坏(V0=57 m/s)时混凝土受拉开裂单元比例为63.13%，明显高于静风作用下的结果。     

温度对斜拉桥跨中竖向位移的作用机理研究

跨中竖向位移是桥梁结构健康监测中的重要指标之一,它会随环境温度的改变发生可观的变化。利用上海长江大桥的现场实测数据,该文通过平面几何分析和有限元分析研究了温度对双塔斜拉桥跨中竖向位移的影响机理,揭示了斜拉桥在温度作用下的行为规律。研究表明:温度引起的斜拉桥跨中竖向位移不随环境温度或某种结构温度单调变化,可通过拉索温度、主梁平均温度、主梁顶底板温差和桥塔平均温度的热胀冷缩效应线性叠加计算;拉索温度和主梁平均温度对上海长江大桥跨中竖向位移的影响远大于主梁顶底板温差和桥塔平均温度,且拉索温度的效应方向与其余三种温度相反;该文提出的平面几何分析模型可初步估计斜拉桥跨中竖向位移随温度的变化。     

岩土动力极限应变判据在边坡稳定分析中的应用

岩土材料受力从弹性进入塑性,最终发展到破坏,材料的屈服与破坏不同,屈服表示材料从弹性进入塑性状态,破坏表示从塑性发展到工程失稳。对于理想弹塑性材料,应力表述的判据难以区分屈服与破坏,为此提出采用极限应变作为岩土材料的破坏判据。给出了岩土材料动力极限应变的求解模型与方法,并以动力极限应变作为破坏准则,它既可以表述动力作用下材料的点破坏或开裂破坏,当点破坏贯通形成破坏面时,还可以表述材料整体破坏。通过地震作用下动力边坡工程算例,得到边坡滑体起裂的位置、演化过程和起裂极限荷载;当边坡中极限应变区贯通时得到边坡整体破坏极限荷载,并与数值极限分析中(超载法、强度折减法)采用位移不收敛破坏准则的计算结果比较,基本一致,验证了极限应变法在动力分析中的可行性。     

钢筋砼无梁板结构的极限承载力计算及破坏类型判别方法

本文对均匀满布荷载作用下钢筋砼无梁板结构的可能破坏机构进行了分析，采用屈服线理论推导了弯曲破坏的极限承载力表达式，指出了现行试验模型得到的抗弯强度与实际结构抗弯强度的差异；利用双剪理论，分析了冲切破坏时的极限承载力；在此基础上，建立了无梁板结构类型破坏类型的判别方法。本文的计算结果与试验结果符合较好。     

基于平衡向量的刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰法

广义塑性铰法能够保持传统塑性铰的比例特性并据此高效求解杆系结构在多内力联合作用下的极限承载力,克服了传统塑性铰法和精细塑性铰法的局限性。但是由于未考虑前序塑性铰上轴力增量对结构平衡状态的影响,导致刚架结构在部分荷载工况下的计算结果出现较大误差。为此,该文通过建立平衡向量,提出了修正的广义塑性铰法计算格式,从而有效消除了塑性铰上轴力增量导致的不平衡状态及其对计算精度的影响。利用强度折减因子确定各构件在多内力组合作用下的修正截面强度,在此基础上利用齐次广义屈服函数定义单元承载比;根据最大单元承载比及其与外荷载之间的比例关系确定新增塑性铰的位置和荷载增量;进而利用广义屈服准则和转角位移方程建立了平衡向量,据此修正当前加载步的塑性铰位置和荷载增量,从而解决了广义塑性铰法不适用于部分荷载工况的问题;通过与不同方法对比分析,验证了该文方法具有更高的计算精度和计算效率。     

火灾下邻边简支邻边固支双向板极限承载力的能量计算法

对2个足尺邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板试件进行了抗火试验,介绍了试验炉及试件设计、试验方案及观测内容和方法,描述了试验现象、裂缝及邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板的破坏特征,研究了受火过程中沿板厚度的温度场分布规律及板的竖向和水平变形,分析了受火过程中固支边的内力重分布;试验结果表明,未受火面裂缝最终形成半椭圆形破坏模式。在试验基础上,给出了火灾作用下邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板极限承载力的新能量法计算模型,该模型假定火灾作用下板的张拉薄膜效应在塑性铰线形成后出现,且张拉薄膜效应为塑性铰线上屈服钢筋伸长所做塑性功提供。该模型计算结果与试验结果吻合很好,而基于塑性铰线理论的传统能量法计算值偏保守。     

内压和面内弯矩作用下含局部减薄弯头塑性极限载荷的有限元分析

局部减薄是一种压力管道表面常见的体积型缺陷,它不仅会降低管道的承载能力,而且还可能引起管道破坏,导致严重的事故。采用数值分析方法,对内压和面内弯矩作用下含局部减薄弯头的极限载荷进行了研究,分析了载荷组合、缺陷形状、位置、尺寸对弯头极限承载能力的影响,讨论了导致弯头破坏的典型失效模式。计算结果为含缺陷弯头的安全评定提供了一定的理论依据。     

钢管混凝土哑铃形偏压长柱极限承载力研究

以长细比和偏心率为参数,进行了共16根钢管混凝土哑铃形偏压柱的试验。介绍了试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-变形曲线、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:钢管混凝土哑铃形偏压长柱属整体破坏,其极限承载能力和弹塑性阶段的切向刚度随着构件长细比和偏心率的增加而降低。建立了有限元模型,对哑铃形偏压长柱进行了受力全过程和极限承载力分析。分析表明:长细比和偏心率两个参数对钢管混凝土哑铃形偏压柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响。稳定系数的计算公式可采取与哑铃形轴压长柱相同的计算公式。偏心率折减系数可采用本文通过对试验数据和有限元计算数据的回归拟合出的计算公式。     

大宽厚比H形截面轴压构件极限承载力直接强度法研究

利用ANSYS有限元程序对大宽厚比H形截面轴压构件的极限承载力进行了非线性有限元分析。分析中考虑了材料非线性和初始几何缺陷的影响,通过变化构件尺寸、材料屈服强度等参数,对共计44个构件进行了分析。应用新兴的直接强度法和传统的有效截面法对构件的极限承载力进行了计算。结果显示:有限元计算结果与直接强度法计算结果及有效截面法计算结果比值的平均值分别为1.039和1.098。与直接强度法相比,有效截面法计算过程较繁琐,且结果略显保守。直接强度法起源于单轴对称截面冷弯薄壁型钢结构构件的承载力计算,分析表明用其对大宽厚比H形截面柱的极限承载力进行计算是可行的。     

基于抗剪抵抗机构的无开洞RC剪力墙的极限承载力分析模型的探讨

以探讨基于抗剪抵抗机构和破坏模式的带边框柱或暗柱的普通配筋形式的钢筋混凝土(RC)剪力墙极限承载力的分析模型为目的,鉴于RC剪力墙受力特性、破坏过程及破坏模式,以混凝土斜压杆为主的抗剪抵抗机构可简化成:倾角为θ的混凝土斜压杆、纵向及横向分布钢筋三部分组成。基于抗剪抵抗机构、力的平衡条件以及RC剪力墙的极限承载力的计算公式,编制了计算程序,对14片不同配筋、不同几何尺寸和受力状态的RC剪力墙进行了极限承载力分析,理论计算结果和试验结果吻合较好,可以得出该分析模型能够较好的反映无开洞RC剪力墙的极限承载力特性,可应用于不同受力状态下RC剪力墙的极限承载力验算。     

内嵌预应力碳纤维增强塑料筋混凝土梁正截面承载力计算

对拉区混凝土保护层中内嵌有预应力碳纤维增强塑料筋加固的混凝土梁的受力阶段进行了分析,对其受弯破坏形态、受弯承载力极限状态及正截面的承载力进行了分析和讨论,导出了对应不同破坏形态下承载力计算公式,并与试验结果相比,得出了一些有益的结论,可供设计参考。     

船舶结构极限强度分析的理想结构单元法

基于理想结构单元法的基本思想,用加筋板单元模拟拉伸/压缩载荷作用下船体的屈曲/塑性破坏行为,并将其应用于船舶结构极限强度的计算,建立了一种面向船舶结构设计的新的极限强度计算方法,为船舶结构设计载荷的确定和安全性评估提供了一种快速可靠的方法。     

Dynamic plastic response of a circular plate based on unified strength theory

The study and design of structures under dynamic loads require a knowledge of the plastic response and deformation behavior under impact loading. The calculations of dynamic plastic response of structures are useful for the design and investigation of colliding vehicle, engine and various impacting structures. The unified solutions of dynamic plastic load-carrying capacities, moment fields and velocity fields of a simply supported circular plate are introduced. The strength is different in tension and compression and the effect on the yield criteria is taken into account by using the unified strength theory. Upper bound and lower bound plastic responses of the plate, under moderate partial uniformly distributed impulsive loading, are obtained. The static and kinematical admissibility of the dynamic plastic solutions are discussed. The unified solutions of the static plastic load-carrying capacities, moment fields and velocity fields of a simply supported circular plate are also obtained according to the dynamic solutions in this paper. The solutions are suitable for many materials with or without different strengths in tension and compression and the effect of intermediate principal stress.The solutions based on the Tresca, the von Mises, the Mohr–Coulomb theory, and the twin-shear strength theory, as well as the unified yield criterion, are all the special cases of the unified solutions. The influences of the coefficient of failure criteria, b, and tension-compression strength ratio, α, on the dynamic and static solutions, are investigated. It is shown that the effects of different strengths in tension and compression and yield criteria on the dynamic load-carrying capacity are greater than in the static plastic limit state.     

带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力理论研究

基于空腹桁架破坏机理,根据腹板开洞组合梁在极限状态下的洞口区域塑性应力分布建立洞口4个次弯矩函数。提出了一种带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力的计算方法,该方法考虑了洞口上方混凝土板对组合梁的竖向抗剪承载力的贡献。计算结果表明:洞口设置加劲板能有效的提高腹板开洞组合梁的抗弯和竖向抗剪承载力,而且竖向抗剪承载力随着加劲板面积的增大而增大,混凝土板对组合梁的抗剪承载力有较大的贡献。并与试验和有限元结果进行了比较,结果吻合较好,算例验证了该计算方法的准确性和可靠性。