钢筋混凝土受弯构件抗剪承载力影响因素探讨

本文阐述了钢筋混凝土受弯构件的类型和破坏模式,并对现行规范中的深受弯构件和一般受弯构件的抗剪承载力计算公式进行了对比分析,对受弯构件抗剪承载力的影响因素如剪跨比、配箍率等进行了总结。     

考虑尺寸效应的深受弯构件受剪模型分析

深受弯构件斜截面受剪机理复杂且受尺寸效应影响显著,缺乏准确、合理的受剪计算模型。结合Tan-Cheng模型中对混凝土软化作用和深受弯构件尺寸效应的全面考虑优势,在深入研究混凝土斜压杆倾角α和构件复合抗拉强度f_t对深受弯构件受剪承载力影响的基础上,简化压杆顶部节点区高度l_c与α的关系,考虑腹筋有效作用区域修正复合抗拉强度f_t计算模型,提出了不影响精度前提下的修正Tan-Cheng模型。研究表明:基于国内外308组深受弯构件受剪试验数据计算结果,建议模型计算精度等同Tan-Cheng模型,并能够准确考虑尺寸效应影响,但计算过程较为简洁;通过与现有典型各国规范建议模型对比分析表明,计算结果较规范计算值更接近试验值,能够更准确地对深受弯构件的受剪承载力进行预测。     

考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型

该文比较了边界效应模型（BEM）和尺寸效应模型（SEM）在研究材料断裂性能方面的不同。提出了由处于准脆性断裂状态的三点弯曲试件的峰值荷载P_max,同时确定材料参数--断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t的理论与方法。由于实验室条件下混凝土试件高度W与骨料最大粒径d_max的比例W/d_max约为5~20,试件的非均质性明显,破坏为准脆性断裂控制。因此,区别于以连续介质力学为基础的应用于准脆性断裂研究的力学模型,该文研究将骨料最大粒径d_max引入相应的断裂模型解析表达式中,由参数组合β d_max来计算结构峰值状态对应的裂缝扩展量,通过离散参数β的不同取值,实现了对材料参数--断裂韧度与拉伸强度的准确预测。基于不同学者的相同尺寸W而不同初始裂缝长度a₀,以及相同初始缝高比a₀/W而不同尺寸W的几何相似的砂浆、混凝土及岩石类材料试件的试验成果（骨料最大粒径d_max从1.2 mm~40 mm变化）,验证了所提理论与方法的合理性。     

基于裂缝带理论的深受弯构件受剪分析

目前,现行各国规范和典型抗剪模型未能准确、合理考虑尺寸效应对深受弯构件受剪能力的影响。基于拉压杆模型,结合断裂力学中能量损失平衡方程和裂缝带抗剪理论,建立了深受弯构件抗剪计算模型;通过对大量钢筋混凝土深受弯构件受剪试验数据的回归分析,对模型进行简化;采用该模型对343组深受弯构件的受剪承载力进行计算,并将其预测结果及美国ACI318-14、欧洲EC2、加拿大CSA A23.3-04、我国规范（GB50010-2010）、Tan-Cheng模型计算结果与试验值进行对比分析。分析表明:基于裂缝带理论的深受弯构件抗剪模型预测结果较各国规范及Tan-Cheng模型的计算结果与试验值吻合良好,建议模型具有明确的力学概念且受剪跨比影响较小,消除了尺寸效应的影响,能够准确预测深受弯构件的抗剪能力。     

预应力混凝土深受弯构件的裂缝实验研究

结合4根预应力深受弯构件的实验,分析不同剪跨比和不同预应力筋对构件抗剪承载力的影响。分析表明,剪跨比影响不大。通过开裂荷载和极限荷载的计算值与实验测试值的对比可以看出,有效预应力的作用规范偏于保守,因此该文提出考虑预应力影响的深受弯构件的承载力公式,此承载力公式与实验值符合较好。试验表明:施加预应力后,开裂荷载明显提高。从裂缝分布图看出:预应力混凝土深受弯构件在受剪过程中的受力可比拟为桁架拱模型。     

基于共轭先验分布的深受弯构件受剪承载力概率模型分析

钢筋混凝土深受弯构件由于影响因素多、受力复杂,其计算模型和设计方法未形成统一定论。贝叶斯理论已被应用于钢筋混凝土部分构件承载力的预测和设计中,且合理性、准确性及优越性已得到证明,然其先验分布的选取不同,对计算结果的精度影响不同。采用共轭分布法推导了贝叶斯参数先验分布,利用贝叶斯多元统计理论,建立了基于共轭分布的钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力贝叶斯概率模型,通过贝叶斯后验参数剔除法简化概率模型,并结合国内外学者已完成115组钢筋混凝土深受弯构件受剪性能试验结果验证模型。研究表明:基于贝叶斯简化模型得到的深受弯构件受剪承载力与试验结果吻合良好,较各国规范建议设计方法的计算结果更接近试验值。简化模型能较为合理地进行深受弯构件受剪承载力预测及设计。     

基于Bayesian-MCMC方法的深受弯构件受剪概率模型研究

考虑主观、客观不确定性因素的影响,以深受弯构件受剪分析模型为研究对象,基于引入马尔科夫链-蒙特卡洛（MCMC）高效采样方法,通过R语言对深受弯构件概率模型参数进行MCMC随机模拟,给出参数的最优估计值及其对应的可信度,在先验模型基础上建立钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型,完成模型前后的对比分析,并根据不同置信水平确定了深受弯构件受剪承载力的特征值。结果表明:基于MCMC方法得到的受剪承载力概率模型是在50000次迭代分析后产生的结果,能合理地解释影响参数的不确定性,可信度较高;后验概率模型计算结果与试验结果吻合良好,较先验模型更接近试验值,且离散性小。     

常温及火灾下蜂窝梁腹板屈曲承载力计算方法

采用斜压柱理论模型及有限元方法,研究了常温及火灾下圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲性能和受剪屈曲承载力计算方法。孔间腹板S/d₀和d₀/t_w的取值范围分别为1.4~2.0和41.4~80.7。在参数分析的基础上,对斜压柱的有效宽度及压力进行修正,用于计算孔间腹板的屈曲承载力;并提出了等效矩形理论,用于计算孔洞截面的受剪屈服承载力。蜂窝梁受剪承载力为孔间腹板屈曲承载力和孔洞截面受剪屈服承载力的较小值。采用修正的斜压柱理论模型和等效矩形理论得到的圆角多边形孔蜂窝梁受剪承载力稍小于有限元结果,比值在0.856~0.978之间。采用修正的斜压柱模型,并按照规范BS5950计算斜压柱屈曲应力,反算火灾下蜂窝梁孔间腹板屈曲温度,得到的火灾下圆角多边形孔蜂窝梁的孔间腹板屈曲温度仅稍低于有限元结果,偏差为0.17%~6.28%。     

钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型研究

贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明:利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。     

深受弯构件受剪承载力计算方法的探讨

本文分析了深受弯构件的破坏特征和主要影响因素,探讨了均布荷载和集中荷载作用下深梁、短梁和浇梁和衔接以及统一的深受弯构件受剪承载力计算公式,并且讨论了跨高比和剪跨比的适用范围。     

磁电雷管结构及生产工艺的优化设计

为解决当前磁电雷管生产工艺复杂、成本较高的问题,设计了一种新型磁电雷管。首先,阐述了磁电雷管的设计原理。在此基础上,分析了感应电流I₂与次级绕组匝数n₂、次级端脚线及桥丝电阻R₂、磁导率μ、电流频率f的关系,确定了n₂、R₂、μ和f等的取值。生产中,采用了磁环、脚线定位注塑措施;确定了磁电雷管的磁环材料,初、次级绕组匝数和电线材质;优化了点火药配方和桥丝的直径,点火药选择m(苦味酸钾)∶m(高氯酸钾)＝47.30∶44.65的零氧配方,桥丝直径为0.03 mm,解决了规模生产的一致性问题。结果表明:本产品生产工艺简单,能够实现大批量生产,同时具有很强的可靠性,满足了行业的需求。     

公路工程路堤临界填土高度一种计算方法研究

路堤临界填土高度是公路工程中一个非常重要的问题,填筑高度小于临界填土高度时,地基的变形和稳定能得到控制。依据极坐标表示的弗拉曼公式和统一强度理论,考虑中间主应力σ₂对地基承载力的影响,推导出土的静止侧压力系数K₀≠1条件下地基的临塑与临界荷载公式,提出路堤临界填土高度一种计算方法。结合算例,对中间主剪应力系数b和土的静止侧压力系数K₀取不同值时,临界荷载与路堤临界填土高度计算结果进行了对比分析,结果表明:基于统一强度理论得到的计算方法能确切地反映地基承载力的实质,使地基土体强度得到充分的发挥。     

初始应力线和原状土的修正Mohr-Coulomb准则

原状土与重塑土在力学性质方面存在显著差别的原因,本质上在于建立在初始应力状态之上的结构性。重塑土一般是各向同性的,故在三维应力空间中其屈服曲面以等倾线为轴线。原状土由于在形成过程中一直处于三向不等压状态,故理论上讲其屈服曲面不能再以等倾线为轴线而应以初始应力线为轴线。该文以某真三轴试验为例,首先研究了特定八面体应变对应的广义剪应力随加载角的变化特征。随后,基于广义塑性力学和原状土的初始应力状态,提出了初始应力线的概念,并研究了初始应力线与等倾线的关系。进一步给出了三个适用于原状土的修正Mohr-Coulomb屈服准则,即平移模式、缩移模式和旋转模式。其中平移模式、缩移模式的屈服迹线仍然位于π平面上,而旋转模式的屈服迹线位于与初始应力线垂直的χ平面上。前两种模式可以通过等p真三轴试验结果直接对原状土的结构性进行评估;最后一种模式可以通过σ₁+K₀σ₂+K₀σ₃=c真三轴试验或等p真三轴试验数据在χ平面上的映射对原状土的结构性和各向异性进行研究。文献资料的验证表明,旋转模式修正Mohr-Coulomb屈服准则更能反映原状土的结构性,且物理意义清晰明确。     

倾斜坡体中圆孔扩张的弹性应力分析

针对实际工程中遇到的斜坡边界下圆形孔扩张问题,提出了相应的计算方法。在考虑坡体自重应力的情况下,通过坐标变换将其转为水平边界半无限体中圆孔扩张,采用复变函数共形映射的方法得到应力解析。当圆形孔埋置较深时,将问题简化为无限体中圆孔的扩张,通过弹性力学的基本叠加得到最终应力解答。以一斜坡边界下圆形孔洞扩张为例,求解了圆孔周围径向正应力、环向正应力与切应力的分布。计算结果表明:斜坡倾角对坡体中应力分布影响显著,某点应力随距圆心距离的增大而减小,超过约4倍圆孔半径远处逐渐趋于稳定,其值接近于初始地应力场。当圆孔为深埋的情况时,与简化为无限平面的情况进行了对比,两种方法计算结果接近,距圆心2.5R远处岩体径向正应力和环向正应力均为负值,而切应力正负值间隔分布,各应力极值分布与斜坡倾向呈一定的相关性。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究

偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。     

圆形静压油腔流场特性的PIV实验与数值模拟研究

利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)和计算流体动力学(CFD)方法,研究了高档数控机床液体静压支承系统中油腔内部的流场特性,包括入口雷诺数(Re)、油腔深度(H)和封油边间隙(h)对油腔内部流场的涡胞结构、壁面压强及剪应力分布等的影响。研究结果表明:实验结果与数值模拟结果相一致;油腔内部存在复杂的涡胞结构;随Re(70~1400)的增大,涡胞数量由1个增加为3个,涡胞尺寸和位置也不断变化;随着油腔深度H从6mm增大到18mm,涡胞尺寸逐渐增大,但涡胞数量减小;随封油边间隙h的增大,涡胞尺寸明显增大;相同条件下,增大入口雷诺数Re或减小封油边高度h都会增大承载面压强和剪应力。该结论为提高数控机床静压油腔的稳定性和承载力提供理论依据。     

Q420焊接圆钢管轴心受压稳定性能试验和设计方法研究

该文进行了15个Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管柱轴心受压试验研究,基于试验结果总结了其失稳变形特征,分析比较了15个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,并验证了有限元模型的可靠性。基于有限元参数分析计算结果,对比60个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,对Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议:一是对于我国规范柱子曲线选择的建议,即对于Q420埋弧焊接圆钢管可以按a类截面计算其稳定承载力;二是更新我国柱子曲线整体稳定系数φ的计算参数α₁、α₂、α₃,建议了一条新的设计曲线。     

正方形孔扩张的弹性分析

圆孔扩张理论作为一种相对成熟的理论工具已经广泛的运用于岩土工程中的各类问题,但是对于一些初始孔形并非圆孔的扩孔问题,圆孔扩张理论并不适用。基于保角变换的方法将原物理平面上初始非圆形孔洞映射到像平面上的单位圆,将原物理平面上由于孔洞扩张所产生的位移边界条件转换到像平面上,利用平面复变弹性理论,得到初始非圆形孔洞孔扩张的弹性理论解。通过基于该文的方法计算圆孔扩张并且与现有的圆孔扩张的弹性解进行对比分析,验证该文解的可靠性。续而,针对初始孔形为正方形的孔洞,采用该文方法详细地分析了正方形孔扩张的力学特性。研究结果表明,该文解在退化到圆孔扩张问题后与现有的圆孔扩张弹性解完全一致;正方形孔在扩张过程中角点处出现应力集中现象,尤其在极角为30#x000b0;~45#x000b0;时应力急剧增加。在离孔心的距离大于4倍的a₀/2(a₀为初始正方形孔边长)处,其应力分布状态就接近于圆孔扩张,即孔洞非轴对称的影响只在离孔心一定的范围内,当大于这个范围时,这种影响就可以忽略不计。     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1:2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明:在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。