大宽高比混凝土独立基础截面优化设计研究

采用ABAQUS软件对混凝土独立基础进行数值模拟,研究在下压荷载作用下大宽高比混凝土基础的正截面承载特性,并提出截面优化设计方法。在以前足尺试验的基础上,对有限元分析结果与已有试验结果进行对比,验证有限元方法的准确性。随后对宽高比大于2.5的混凝土锥形扩展基础进行截面优化分析。通过引入有效宽度修正系数k,对GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》推荐的配筋计算式进行修正。结果表明:随着基础宽高比的增大,受拉区钢筋与受压区混凝土所构成的等效内力臂系数逐渐减小,且两者近似呈线性变化规律。     

大宽高比混凝土独立扩展基础基底反力分布室外试验研究

《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)和《架空输电线路基础设计技术规程》(DL/T 5219—2014)要求基础宽高比不超过2.5且偏心距不超过1/6基础宽度,对宽高比大于2.5的混凝土独立基础基底反力分布模式并未给出相关规定。首先,对9个混凝土独立扩展基础进行室外试验;其次,对不同宽高比混凝土扩展基础的基底反力分布规律进行对比分析,并探讨了宽高比、偏心率、土体类型对基底反力分布的影响;最后,在试验结果的基础上,针对此类大宽高比混凝土独立扩展基础给出了基底反力取值建议。结果表明:大宽高比混凝土独立扩展基础在轴压荷载作用下,基底反力分布模式总体为中间大、边缘小;在大偏压荷载作用下,基底反力的最大值可能出现在基底边缘附近。试验成果可为宽高比大于2.5的混凝土扩展基础弯矩计算提供实际依据。     

非对称钢梁截面组合框架梁端极限状态下有效翼缘宽度研究

针对工程中常用的上翼缘小而下翼缘大的非对称截面钢梁，为了得到对应的混凝土楼板的有效翼缘宽度，基于已有对于对称钢梁截面情况的研究与相应的公式，通过精细化有限元参数分析修正相关系数，在有限元软件MSC.MARC(2018)中建立精细化数值模型，识别出影响极限状态有效翼缘宽度的主要变量，包括钢主梁的上下翼缘宽度、钢横梁的上翼缘宽度。对数值算例结果进行回归分析，得出非对称钢梁截面组合框架梁梁端极限状态有效翼缘宽度的计算方法。结果表明：建议公式计算的正弯矩和负弯矩下的有效翼缘宽度均满足工程精度要求，与已有研究和规范公式对比，研究中的建议公式计算得出的相对误差和离散性均最小。     

现浇混凝土框架梁端截面有效翼缘宽度的试验研究与分析

通过10个现浇混凝土框架节点的低周反复加载试验,研究了现浇楼板对节点受力性能的影响.试验中测量了梁端截面板面钢筋应变的分布规律,分析了梁端截面的有效翼缘宽度,并用DIANA程序对试验节点进行非线性有限元模拟分析,分析与试验结果吻合良好.然后,通过非线性有限元分析研究了层间位移角、板面钢筋材性、梁高、梁跨、板宽、板厚、节点形式等因素对梁端截面有效翼缘宽度的影响.最后,提出了负弯矩作用下梁端截面有效翼缘宽度取值的建议,可供现浇混凝土框架结构抗震设计、鉴定和加固参考.     

工字型钢混凝土偏心受拉构件正截面承载力计算

利用OpenSEES有限元程序,研究了轴拉比、型钢强度、纵筋强度、混凝土强度、型钢翼缘面积、型钢腹板厚度、型钢腹板高度、纵筋面积以及截面尺寸等因素对工字型钢混凝土偏心受拉构件正截面承载力的影响。结果表明:截面中型钢翼缘面积、型钢腹板高度、型钢腹板宽度、纵筋配筋率以及截面高度对偏拉构件正截面承载力的影响较大;型钢强度、纵筋强度对承载力的影响相对较小;混凝土强度、构件截面宽度对承载力基本没有影响。将JGJ 138—2012《组合结构设计规范》中型钢混凝土偏拉构件正截面承载力计算公式的计算结果与OpenSEES非线性有限元的计算结果进行了对比,提出了对规范公式的修正建议,并利用有限元模拟结果对修正后的计算公式进行了检验,二者吻合良好。     

基于优化设计方法的大宽高比混凝土锥形扩展基础工程实例分析

在已有研究的基础上,针对宽高比大于2.5混凝土锥形扩展基础提出下压和上拔优化设计方法。基于现有常规设计方法及提出的优化设计方法,对四川"500kV山桃Ⅰ,Ⅱ线迁改工程"、"500kV山桃Ⅲ,Ⅳ线迁改工程"进行了设计,并将两种方法设计出的基础的钢筋、混凝土用量等技术经济指标进行了比较。结果表明,与现有设计方法设计出的常规扩展基础相比,采用提出的优化设计方法设计得出的大宽高比混凝土锥形扩展基础能显著节省混凝土用量,同时钢筋用量增加有限,整体经济效益非常明显。     

坡度及宽高比对隧道火灾烟气温度的影响

利用FDS数值模拟,研究隧道坡度以及宽高比对隧道火灾顶棚烟气温度的影响。结果表明,隧道坡度对隧道上坡方向顶棚烟气温度分布影响不明显,随着坡度的增大,隧道下坡方向顶棚烟气温度与羽流撞击区域最高烟气温度均会降低;隧道顶棚羽流撞击区域最高烟气温度随着隧道截面宽高比的增大而增大,上坡方向和下坡方向顶棚烟气温度均随着宽高比的增大而降低。提出了不同坡度与宽高比隧道顶棚最高烟气温升预测模型。     

不同宽高比混凝土扩展基础承载性能模型试验研究

对宽高比分别为2、2.5、3、4的混凝土扩展基础进行了室内模型试验研究,主要探讨了常规宽高比与宽高比大于2.5的混凝土扩展基础在不同荷载模式作用下的承载特性,阐述了试验基本现象、主要破坏模式与底板变形特征,并将基础极限承载力试验值与参考现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)得出的计算值进行对比。试验结果表明:基础破坏模式主要为弯曲破坏、弯冲破坏、冲切破坏;对轴压试件而言,在地基土均为砂土的情况下,模型基础的极限承载力试验值随宽高比的变化几乎无太大变化;对偏压试件而言,在地基土性质与偏心率均相同的情况下,模型基础的极限承载力试验值随宽高比的增大呈现变大趋势。本文结果可为宽高比大于2.5的混凝土扩展基础后续相关研究提供参考。     

钢桁架约束混凝土组合柱约束机理及截面曲率分析

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱具有良好的力学性能及抗震性能，且其截面形式能够有效提高内部钢材的利用率。基于已进行的轴向力学性能试验，对ST约束混凝土的约束机理进行详细分析，建立有效约束力计算模型、承载力计算模型以及本构模型。进行ST约束混凝土组合柱低周反复荷载试验研究，在试验研究的基础上，建立组合柱的截面弯矩-曲率分析模型。基于所提出截面分析模型，分析轴压比、混凝土强度等级、角钢含钢率、缀板宽度与角钢间距之比、缀板净距与角钢间距之比、角钢间距与缀板厚度之比对柱截面屈服曲率和极限曲率的影响。建立组合柱截面屈服曲率和极限曲率的计算公式，进一步推导截面曲率延性系数和位移延性系数的计算公式，并与试验结果进行对比，验证公式的准确性与适用性。所提出公式基于大量计算数值，所考虑的因素较为全面，可为后续组合柱的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供一定依据。     

高强钢筋受弯构件裂缝宽度计算参数分析与试验研究

通过600MPa级热轧带肋高强钢筋混凝土受弯构件试验,对GB 50010—2010中关于混凝土受弯构件裂缝宽度计算的相关参数提出修正建议。经分析,建议短期裂缝宽度的扩大系数τ_s取为1.58,反映裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度影响的系数α_c取为0.73,在计算受弯构件裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数时,参数ω_1取为1。根据试验结果提出了裂缝宽度的修正建议,修正后的裂缝宽度计算公式不仅具有95%保证率,且与实测值的吻合度优于中、美、欧规范中的裂缝宽度计算公式。     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。     

矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱非线性屈曲性能研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱(STHCC)的整体稳定性能,以套箍系数、试件长度、名义长细比、混凝土强度等级及截面尺寸为控制参数,设计了30根不同参数的STHCC试件。基于简化的钢材本构模型及考虑套箍效应的混凝土非线性本构模型,利用ABAQUS有限元软件建立19根钢管混凝土柱(CFST)的有限元模型,引入初始缺陷(特征值屈曲一阶模态的1/1 000),开展试件的非线性屈曲分析,将有限元数值解与试验数据进行对比,两者吻合较好,验证了有限元建模方法的合理性。基于此开展30根STHCC试件非线性屈曲分析,提取相应的荷载-位移曲线,考察屈曲荷载随套箍系数、试件长度、名义长细比、混凝土强度等级及截面尺寸的变化规律。结果表明:套箍系数及试件长度对轴压长柱的稳定承载力影响更加明显。最后,依据有限元数值解建立考虑初始缺陷情况下STHCC组合长柱的稳定承载力计算表达式,提出该类轴压长柱的设计方法与设计建议。     

大宽高比混凝土独立扩展基础承载性能室外试验研究

对8个常规配筋、1个改进配筋的大宽高比足尺混凝土独立扩展基础进行了现场试验,主要研究宽高比大于2.5的混凝土独立扩展基础在轴心与偏心荷载作用下的破坏模式和承载性能。首先对室外试验的基本信息进行简单描述,并阐述了基础破坏模式与试验现象,最后对试验结果进行分析,将基础承载力试验值与各规范计算值进行对比。试验结果表明,试件破坏时底板均未出现梯形塑性铰线,基础实际承载力普遍高于规范计算值,并且基础宽高比较大或偏心率较大时更易发生冲切破坏,配置箍筋能够有效提高基础抗冲切承载力。结果可为大宽高比混凝土独立扩展基础设计方法与相关研究提供参考。     

预应力高强混凝土梁抗裂度和裂缝宽度试验研究

概括介绍了预应力比率为 0 6～ 1 0、混凝土强度等级为C40～C80的 1 4根先张法预应力高强混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的试验结果。通过与《混凝土结构设计规范》(GB5 0 0 1 0— 2 0 0 2 )相关计算公式进行对比分析 ,讨论了混凝土强度对截面抵抗矩塑性系数的影响作用 ,提出了修正系数计算公式 ;分析了混凝土强度、预应力比率对受拉钢筋的等效应力、平均裂缝间距及裂缝宽度的影响规律 ,给出了规范裂缝宽度计算公式的预应力比率适用范围 ,提出了计算修正方法     

部分包裹钢-混凝土组合轴压柱整体稳定性能及设计方法

为研究部分包裹钢-混凝土组合轴压柱的整体稳定性能与设计方法,完成了两个试件的试验。利用有限元软件ABAQUS建立部分包裹钢-混凝土组合柱数值分析模型,并对比试验数据校核模型准确性。利用该数值模型进行参数分析,考虑材料强度、组合柱长细比、含钢率、纵筋和系杆的布置对该类轴压构件整体稳定性能的影响,分别获得不同因素影响下构件绕强轴和绕弱轴的极限承载力。结果表明,材料强度、系杆间距及含钢率对稳定性能的影响均较为显著,纵筋对轴压稳定性能的影响可以忽略。基于数值模拟结果,按照不同含钢率进行归类分析,拟合出稳定系数曲线,并考虑材料强度组合和系杆间距的影响,对稳定系数曲线进行修正,获得适用于PEC柱的轴压整体稳定系数计算方法。基于现行规范,引入可靠度指数,得到PEC柱截面承载力计算公式,进而提出适用于部分包裹钢-混凝土组合柱的轴压整体稳定设计方法。     

轴心受压方钢管-钢骨混凝土组合长柱力学性能的非线性有限元分析

基于钢管-钢骨高强度混凝土轴压组合长柱轴压试验,利用大型有限元软件ANSYS建立三维有限元数值分析模型,并对建立的模型进行非线性有限元数值模拟,分析方钢管-钢骨高强度混凝土组合长柱在轴心压力作用下的力学性能。有限元计算出来的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数与试验结果吻合较好,证明所建立三维有限元模型和分析结果是可靠有效的;在此基础上,利用有限元模拟对若干影响组合长柱受力性能的因素进行了分析。研究表明:组合长柱截面含骨率与混凝土轴心抗压强度对方钢管-高强度混凝土组合长柱的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数有重要影响;随着方钢管厚宽比的增大,方钢管-高强度混凝土组合长柱的屈服承载力和极限承载力均有明显的增加。     

低周反复荷载作用下CFRP-PCPs复合筋混凝土梁裂缝试验研究

基于5根不同张拉控制应力和不同截面面积的CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载作用下的试验,对比试验梁的裂缝分布与发展,在GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算裂缝宽度的基础上,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,提出CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载下最大裂缝宽度计算公式,对比表明,试验结果与计算值吻合较好。     

锚板型地脚螺栓抗拔承载力试验及计算理论

锚固端设置锚板可以有效提高地脚螺栓的锚固承载力,且具有传力可靠、加工方便等优点。本文分别开展不同锚固长度的光圆型、锚板型地脚螺栓抗拔试验,并对试件进行有限元分析,将研究结果与现有文献规范进行对比,重点考察上拔力作用下锚板型地脚螺栓的传力机理及抗拔承载力变化规律。研究表明,地脚螺栓在上拔荷载作用下,基于不同的锚固型式和锚固长度,有三种典型的破坏形式:(1)螺杆受拉屈服直至拉断;(2)基础混凝土与螺杆表面粘结破坏;(3)基础混凝土锥形崩裂破坏。目前的地脚螺栓抗拔承载力计算理论存在一定问题,本文基于前人研究成果,参考库伦破坏准则,提出锚板型地脚螺栓抗混凝土崩裂承载力的修正计算公式,可供工程设计应用参考。     

受弯混凝土箱梁翼缘有效宽度试验研究与分析

在大比例长悬臂梯形截面混凝土箱梁模型受弯性能试验研究的基础上,结合混凝土箱梁的特点,通过选用相应的单元类型和材料本构关系,运用ANSYS大型有限元分析程序模拟了试验全过程,模拟结果与试验结果吻合较好;大量参数分析表明：在弹性受力范围内,宽跨比是影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素;在承载力极限状态下,影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素有宽跨比、纵向受拉区钢筋配筋率、钢筋屈服强度以及混凝土抗压强度。分别给出了翼缘有效宽度计算系数在弹性工作状态下和承载力极限状态下的计算公式,为初等梁理论应用于解决混凝土箱梁正截面受弯承载力计算提供了试验和理论依据。     

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好.对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析.对国内CECS 28:90、JCJ 01-89和DL/T 5085--1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析.分析结果表明CECS 28:90规程的偏心率折减系数计算公式较合理.柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法.斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议.最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法.