钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构固有频率和阻尼比影响的试验研究

针对钢筋锈蚀使钢筋混凝土结构的抗震性能和耐久性能退化,并且对结构动力特性产生影响的现象,采用电化学加速锈蚀方法,通过法拉第定律控制锈蚀程度,将钢筋的理论锈蚀率分为5%,10%,15%三个锈蚀阶段,在实验室中模拟了钢筋混凝土梁中钢筋的锈蚀过程。根据悬臂梁的自由振动衰减特性,采用自由衰减法采集了钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁固有频率和阻尼比的影响。结果表明:钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的固有频率和阻尼比有显著影响,钢筋混凝土梁的固有频率随着钢筋锈蚀程度的加深而呈减小趋势,阻尼比随着钢筋锈蚀程度的加深而呈增大趋势,因此阻尼比可以作为损伤指标用于混凝土结构腐蚀损伤检测。     

冲击荷载作用下含裂纹的钢筋混凝土梁动力响应及裂纹扩展分析

含裂纹的钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的冲击响应是一个复杂的非线性过程。采用最大主应力准则作为混凝土的开裂准则。利用ABAQUS建立了冲击荷载下含裂纹的钢筋混凝土梁的三维模型,其中,混凝土梁采用三维实体单元,钢筋采用桁架单元,不考虑钢筋与混凝土之间的黏结滑移。通过沙漏能控制确保数值模拟方案的精确性与合理性。通过改变冲击速度、冲击块质量和配筋率等参数,得到这些参数对冲击作用下含跨中裂纹的钢筋混凝土梁的动力响应与裂纹扩展的影响,揭示冲击响应与裂纹扩展随参数变化规律。结果表明:随着冲击速度、冲击块质量的增大,钢筋混凝土梁激起的响应越剧烈;配筋率的提高可以增加钢筋混凝土梁的抗冲击性能;裂纹为非均速发展,前期裂纹发展速度较快,后期扩展速率较慢;提高配筋率可以抑制裂纹的发展。     

初始持荷水平对预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

对4根预应力钢带加固的钢筋混凝土梁以及1根未加固钢筋混凝土梁进行了静力加载试验,研究初始持荷水平及钢带间距对预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪性能的影响作用。试验结果表明:采用预应力钢带加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力高于未加固试件,加固后梁的变形能力有所提高。加固前梁的初始持荷水平对抗剪承载力的提升有明显影响,初始持荷水平越低,承载力提高作用越显著。钢带间距越小,抗剪加固修复效果越显著。通过分析初始持荷水平、钢带间距以及预应力水平等因素对梁试件抗剪承载力的影响机理,在考虑初始持荷水平的情况下,提出了预应力钢带加固钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算式,计算值与试验结果基本相符。     

加载速率对不同界面强度钢筋混凝土梁的影响

为研究加载速率对不同界面强度钢筋混凝土梁力学性能的影响,采用Weibull统计学理论从细观角度模拟混凝土材料的非均匀分布,针对不同界面强度下,加载速率对钢筋混凝土梁力学性能的影响进行数值模拟,得到了试件从裂纹萌生、扩展直至贯通的破坏全过程图和峰值荷载曲线、累计声发射能量曲线。结果表明:随着加载速率的增大,构件的破坏模式从以弯曲裂纹为主的弯曲拉裂破坏逐步演变为以斜裂纹为主的剪切破坏,且在界面强度适中时,加载速率对梁裂纹扩展模式的影响最为显著。构件的峰值荷载随加载速率的增大呈现先增大后减小的规律,但不同界面强度的构件达到最大峰值荷载时所对应的加载速率不同。加载速率相同时,累计声发射能量随界面强度的增大而减小;界面强度相同时,累计声发射能量随加载速率的增大而增大。     

钢筋混凝土梁裂纹损伤分析

应用人工神经网络模型，对钢筋混凝土梁结构上面出现的裂纹损伤对于结构固有频率下降率的影响进行了诊断和预测研究，并与传统的诊断和预测结果进行了比较，结果表明，采用神经网络技术能够更好地反映结构损伤与特征参数之间的非线性特征。     

预应力钢带加固混凝土梁抗剪性能试验研究

预应力钢带加固技术为一种新型加固技术,用于钢筋混凝土梁抗剪加固时能有效约束混凝土,改善梁抗剪破坏形态,提高钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载能力。预应力钢带加固通过1根普通钢筋混凝土梁和4根预应力钢带加固的钢筋混凝土的对比试验,初步研究了预应力钢带的加固间距﹑加固层数及倒角处理对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响。试验结果表明,利用预应力钢带进行加固,可以显著提高钢筋混凝土梁的抗剪承载力,改善钢筋混凝土梁的变形性能,且加固间距越小,梁的抗剪承载力提高程度越明显。     

动载荷作用下含偏置裂纹 三点弯曲梁破坏过程的数值模拟

 偏置裂纹三点弯曲梁被广泛应用于研究I–II复合型裂纹的扩展过程。利用岩石破裂过程分析(RFPA)程序，对含偏置裂纹三点弯曲梁在动载荷作用下的破坏过程进行数值模拟，研究偏置裂纹的位置(用g 来表达)对三点弯曲梁破坏模式的影响。数值模拟结果表明：当g ≤0.745时，偏置裂纹尖端首先起裂，并沿着一定的角度向上扩展，最终贯通整个试样的高度；当g ＞0.745时，在偏置裂纹发生扩展的同时，在梁底部中心位置也萌生出一条中心裂纹，但最终只有中心裂纹贯通整个试样的高度。数值模拟在现了实验中观测到的2种典型破坏模式及其对应的临界g 值。     

基于数字图像处理的混凝土内蕴裂纹扩展变形规律及破裂过程研究

基于数字图像处理技术和RFPA2D-DIP软件建立了含不同裂纹几何分布的混凝土真实细观结构的数值模型,模拟了单轴压缩作用下混凝土内蕴裂纹的扩展变形规律及破裂过程,研究了裂纹几何分布及细观非均匀性对混凝土力学结构效应的影响。结果表明:随着裂纹倾角增大,试样的峰值强度升高,翼裂纹长度变短,裂纹萌生位置不断向预制裂纹尖端靠近;随着裂纹长度增加,试样的峰值强度降低,裂纹倾角对材料强度的影响显著;预制裂纹长度对材料的破坏模式有一定影响,骨料对翼裂纹的萌生及扩展具有一定的阻碍作用;当15°≤α≤45°时裂纹萌生及扩展较易,当裂纹倾角为60°和75°时,翼裂纹很难萌生及扩展,在靠近峰值应力时裂纹突然萌生扩展,最终形成劈裂破坏,研究结果对混凝土失稳破坏机理的研究具有一定参考意义。     

孔洞对爆生裂纹动态扩展行为影响研究

试验研究含有预制裂纹的砂岩圆板在爆炸荷载下不同孔洞间距(S)对裂纹动态扩展行为的影响。试验中采用应变片测试获取爆炸加载波形作为AUTODYN数值模拟裂纹扩展效果及ABAQUS数值计算应力强度因子的加载力。试验中采用CPG测得裂纹起裂—扩展时刻,根据测得试验数据得出普适函数,对ABAQUS计算所得应力强度因子进行修正最终得到裂纹动态极限应力强度因子。通过对比分析在不同孔间距下裂纹的动态极限应力强度因子,裂纹扩展长度及裂纹扩展速度得出以下述结论:(1)孔洞对爆炸荷载下的预制裂纹动态扩展行为有所影响,且孔洞间距越小其影响效果越显著;(2)一般情况下裂纹的起裂极限应力强度因子要略高于扩展极限应力强度因子,裂纹的扩展速度对裂纹扩展极限应力强度因子有一定影响,且二者总体趋势呈反比;(3)当裂纹扩展至孔洞附近时,由于孔洞的作用提高了裂纹的扩展极限应力强度因子,进而降低了裂纹的扩展速度并减小了裂纹的扩展长度。此外若将孔洞视为隧道光面爆破中的辅助孔或周边孔,那么研究结论可为隧道光面爆破中控制断面内的原生裂纹扩展长度,以期达到隧道围岩最大程度上的完整性提供理论支撑。     

钢筋混凝土简支梁固有频率的数值计算

通过振型函数导出了求解梁横向振动固有频率的微分方程,在组合梁理论的基础上推导了完整钢筋混凝土梁固有频率的计算公式,对实际简支梁进行了动力试验,验证了固有频率理论计算公式的准确性。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁裂缝性能分析

为了研究钢筋混凝土梁的裂缝扩展规律以及碳纤维布加固对裂缝扩展的影响,建立加固前与加固后钢筋混凝土梁的三维有限元分析模型。对钢筋混凝土梁以及碳纤维布进行受力分析,研究碳纤维布加固对钢筋混凝土梁受力性能与裂缝扩展的影响。结果表明,碳纤维布加固能提高钢筋混凝土梁的受弯承载能力,粘贴一层碳纤维布钢筋混凝土梁的承载力提高了3.4%,粘贴两层碳纤维布的钢筋混凝土梁的承载力提高了6.5%,并能够延缓和抑制裂缝的发展。文中研究结果为今后优化钢筋混凝土梁加固方式提供参考。     

钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构动力特性影响数值分析

利用有限元软件ANSYS,对发生钢筋锈蚀后的钢筋混凝土结构进行了数值模拟,探讨了在钢筋不同锈蚀程度的情况下,钢筋混凝土结构固有频率的变化情况,模拟结果表明,钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁的固有频率有显著影响,钢筋混凝土梁的固有频率随着钢筋锈蚀程度的加深而呈减小趋势。     

ANSYS对钢筋混凝土梁的结构动力分析

在分离式钢筋混凝土梁的有限元模型的基础上，通过改变钢筋混凝土梁的布筋方式，建立了不同的有限元模型，并利用这些模型对钢筋混凝土梁进行了动力特性分析与动力计算。     

单轴拉伸作用下层状岩石表面裂纹的形成模式及其机制研究

 层状岩石的表面裂纹发端于表面自由边界,而后向着层与层之间的交界面扩展,最后止于交界面或沿着交界面继续扩展。为更深入地理解这一表面裂纹扩展现象的机制,采用数值模拟方法,再现微裂纹从萌生、扩展、贯通、成核、填充到饱和的全过程,以及层间剥离现象。首先以表面预制裂纹的模型为例,对其进行单轴拉伸加载,发现不同预制裂纹间距的情况下两裂纹间的应力分布不同,这将直接影响到新裂纹的产生模式,即裂纹是插入到表层(与已有裂纹平行),还是不再有新裂纹插入(裂纹饱和),而是产生层间剥离,或已有裂纹向下扩展,导致模型破坏。其次,对比分析模型均质和非均质情况下不同裂纹间距时的应力分布,结果表明非均质材料情况下产生相同间距的裂纹所需的荷载较均质材料情况下更小,裂纹饱和对应的裂纹间距与层厚比值的临界值基本一致。最后,提取等间距裂纹形成过程中若干具有代表性的截面应力,通过分析其应力转化机制,解释裂纹饱和现象的力学机制。数值计算得到的应变与裂纹间距之间的关系拟合结果良好。研究结果还表明：产生层间开裂的裂纹间距比没有层间开裂的裂纹间距大。通过对层间的应力传递过程随着裂纹间距变化规律的探讨,研究此过程的应力传递模式。     

自由钢筋混凝土梁固有频率理论解

基于组合梁理论推导了完整钢筋混凝土梁固有频率的计算公式;通过变分法推导了局部破损钢筋混凝土梁低阶固有频率的近似计算公式。对实际梁进行了振动模态测试,验证了固有频率理论计算公式的正确性,发现固有频率是进行钢筋混凝土梁损伤定性辨识的重要指标。     

含预制裂纹大理岩的压剪试验分析

采用含预制裂纹大理岩块试件对单轴压缩荷载作用下的裂纹扩展及裂纹搭接进行试验研究。试验表明含预制裂纹试件的临界失稳荷载、破坏时的应变及弹性模量都明显降低,原生裂纹的方位对产生何种裂隙有显著的影响,岩桥区尺寸对翼裂的萌生和扩展有显著的影响,使试件表现出完全不同的破坏方式。试验中观察到预制裂纹尖端萌生的裂纹有张拉型的翼形裂纹、压剪型的二次裂纹和翼裂反向裂纹等多种形态。试验观测还表明大理岩翼形裂纹的起裂角为52°～68°之间,而模型材料试验的结果为77°左右,这表明模型材料并不能完全模拟真实岩体的特性。     

大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究

钻孔卸压能够有效降低巷道上方及其周围岩体弹性能量的积聚,降低区域冲击危险性。因此,对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有工程应用价值。通过室内试验研究孔径、孔间距及孔深等参数对试样强度的影响,以及分析不同参数影响下试样破坏形态;同时借助颗粒流PFC研究不同参数条件下试样裂纹扩展形态及裂纹数量。研究表明:裂纹扩展贯通导致的应力释放是钻孔产生卸压作用的根本原因,且孔径、孔深越大,钻孔周围裂纹数量越多,主控裂纹纹路越清晰,钻孔卸压效果越好;同样随着孔间距越小,试样破坏形态由独立型破坏转变为贯通型破坏,试样破坏强度明显降低,卸压效果明显。     

断裂力学在钢筋混凝土梁开裂研究中的应用

采用断裂与损伤力学原理分析钢筋混凝土梁的破坏机理,运用有限元分析软件ANSYS模拟混凝土梁破坏过程中裂缝的扩展过程分析应力强度因子在裂纹扩展过程中的变化规律,分析表明断裂与损伤力学在混凝土梁开裂研究中具有一定的可行性。     

不同角度单裂纹缺陷试样的裂纹扩展与破坏行为

在诸如岩石、混凝土、陶瓷和玻璃等脆性介质中，常分布大量的裂纹缺陷。这些缺陷在载荷作用下造成裂纹的孕育、萌生、繁衍、扩展和贯通，导致介质的强度和刚度降低。通过自制的试验系统，研究了不同角度的预置单裂纹缺陷的花岗岩试样的裂纹扩展与破坏过程，并用数值模拟进行了验证。试验和数值结果显示：单轴载荷作用下，裂纹扩展和最后的破坏行为受预置单裂纹缺陷的角度影响。当角度较小时，裂纹萌生比较容易，在整个受压过程中均匀扩展，试样一般以混合模式破坏；当角度较大时，裂纹不易萌生，但在接近峰值强度时，扩展较快，并直接导致最后的剪切或劈裂破坏；当预置裂纹缺陷的角度与试样的破坏角接近时，试样最容易发生脆性破坏，并产生很大的应力降。     

CFRP加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳试验研究

通过对一组粘贴U型碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳试验,研究了完好加固梁与损伤加固梁的箍筋和碳纤维布应变随疲劳次数增加的变化情况,不同碳纤维布用量对抗剪加固效果的影响以及斜裂缝的扩展变化状况等。试验表明,钢筋混凝土梁粘贴U型碳纤维布后箍筋应变减小20%~50%,斜裂缝宽度减小35%~45%,且碳纤维布用量越大效果越明显,完好梁加固效果优于损伤梁。粘贴碳纤维布可以明显提高钢筋混凝土梁的抗剪疲劳性能,延长钢筋混凝土结构的使用寿命。