FRP加固梁模态分析的摄动解法

采用基于Ritz函数展开的直接模态摄动法,求解纤维复合材料包覆钢筋混凝土（FRP-RC）梁的模态特性.在不考虑剪切变形和转动惯量的情况下,它将FRP-RC梁的无阻尼自由振动的变系数微分方程的求解转化成一组非线性代数方程组的求解,使得求解过程得以简化.在此基础上,计算了不同加固工况下FRP-RC梁在各种约束条件下的自振频率,并与其他方法进行了对比.数值结果表明,利用直接模态摄动法不仅可以简化计算过程,而且计算结果具有较高的精度和较强的适用性.     

预应力梁横向振动分析的模态摄动方法

以预应力简支梁为例,分析了预应力在梁的横向振动过程中的变化,建立了预应力梁横向弯曲振动的微分方程。采用模态摄动法,进一步推导出预应力梁模态特性的近似分析方法,把复杂的变系数微分方程的求解转化为线性代数方程组的求解,从而有效地简化了计算过程。最后通过算例,讨论了预应力对梁的横向振动特性的影响。计算结果表明：当施加预应力的位置有较大的偏心距时,预应力对梁的自振特性有较大的影响。     

Timoshenko悬臂梁自由振动特性的近似分析方法

本文讨论了用模态摄动法分析Timoshenko悬臂梁的自由振动特性。Timoshenko梁是目前较为流行的梁模型之一,Timoshenko梁方程一般较复杂,很难给出解的解析形式。利用模态摄动法,将Timoshenko梁方程转化为一组非线性代数方程组的求解,不仅可以简化计算过程,而且计算结果具有较高的精度,对任意边界条件下的Timoshenko梁都适用。通过算例,讨论了剪切变形和转动惯量对悬臂梁的固有频率的影响。     

环境激励下钢筋混凝土梁模态参数识别研究

基于频域解(FDD)的模态参数识别理论,采用加速度计测量了钢筋混凝土梁的振动响应信息,研究了环境激励下钢筋混凝土梁结构的模态参数识别。通过与理论计算结果分析对比表明,基于频域分解的模态识别方法在环境激励下较好地识别出了钢筋混凝土简支梁实验试件的模态参数。该方法可用于环境激励下钢筋混凝土梁结构的模态参数识别。     

钢筋混凝土梁的横向振动及损伤检测研究

对钢筋混凝土梁的横向振动进行了计算分析,得到了简支梁的频率方程。利用截面换算原则得到双筋截面的惯性矩计算公式,进而计算梁的频率及振型。设计了12根钢筋混凝土简支梁,进行了逐级加荷—卸荷试验,每次卸荷后,对梁的动力特性进行测试。对不同破坏程度的RC梁进行模态分析,得到频率变化量和外荷载之间的关系曲线。根据模态分析得到振型曲线上的尖点判定出梁的损伤位置。     

变截面Timoshenko悬臂梁自由振动分析

为考虑剪切变形和转动惯量的影响，基于模态摄动法基本原理，提出了一种求解变截面Timoshenko悬臂梁自由振动问题的近似解法。这一方法是利用等截面Euler梁的特征值和模态，将变截面Timoshenko梁特征方程的偏微分方程组转化为代数方程组进行求解，从而得到变截面Timoshenko梁的特征值和模态。该方法适用于求解任意复杂截面型式梁的动力特性，无论梁的截面变化是否连续。随后对截面阶跃变化和线性变化2类变截面梁进行算例分析，数值分析结果表明，这一方法简单、实用，具有良好的精度。      

钢筋混凝土梁应变模态研究

基于应变模态理论,采用应变计测量了钢筋混凝土梁的振动应变响应信息,从应变响应信息直接获取了钢筋混凝土梁的应变模态。通过与位移模态的研究对比分析,探讨了随机激励下应变模态理论及其识别方法对于钢筋混凝土梁结构在工程实际应用中的适应性与可行性。研究结果表明,文中所用应变模态识别方法完全可用于自然工况下钢筋混凝土梁结构工程实际应用的固有振动分析。     

FRP筋混凝土偏压柱承载力计算方法

采用OpenSees有限元程序建立纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土偏压柱非线性分析模型,通过已有试验结果验证了该模型的合理性。基于该模型开展了18 000根FRP筋混凝土(FRP-RC)偏压柱二阶效应的参数分析,主要参数包括材料强度、荷载偏心率、长细比、FRP筋类型和配筋方案等。分析结果表明,我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土偏压柱的弯矩增大系数低估了FRP-RC偏压柱的二阶效应。通过对参数分析结果的回归分析,得到了FRP-RC偏压柱的弯矩放大系数修正计算公式。此外,基于平衡条件和变形协调条件,推导了FRP-RC柱正截面承载力计算式。结合弯矩放大系数法和正截面承载力计算式,提出了FRP-RC偏压柱承载力计算方法。将收集的国内外43个FRP-RC偏压柱试件承载力试验值与该方法计算值进行了对比,二者吻合良好。     

破碎机振动梁支撑轴安装位置确定探究

本文以水泥混凝土破碎机核心部件共振梁为研究对象,通过简化振动梁模型,采用Workbench有限元软件进行模态分析,初步确定共振梁支撑轴安装位置;随后用基于Adams的动力学仿真软件对振动梁的动力学模型进行仿真,得到支撑轴处振动响应特性,并验证了支撑轴在该安装位置合理性,为振动梁定位孔位置的准确确定提供一种理论设计参考依据。     

碳纤维布补强钢筋混凝土梁的动态性能分析

为了研究碳纤维布补强钢筋混凝土梁的动力性能,采用分离式方法建立了碳纤维布补强钢筋混凝土梁的有限元模型,并利用有限元方法对此模型进行了模态分析,得出了补强后钢筋混凝土梁的振动模态,其结果与试验值吻合,并将其与素混凝土梁和未补强钢筋混凝土梁的结果进行比较,发现在梁未开裂前,3种形式梁的自振频率差别不大,在此基础上对其进行了简谐集中荷载作用下的动力响应分析,得出在简谐集中动荷载作用下粘贴碳纤维布补强钢筋混凝土梁底部开裂的极限动荷载幅值-频率曲线.提出,在简谐集中荷载作用下,使补强梁开裂之动载幅值随激励的频率可分为两种区域:其一为在该梁各阶固有频率的约±10%区域是共振区,在此区域开裂荷载幅值很小,接近于零;另一区域为非共振区,在此区域开裂荷载的幅值稍小于静力开裂荷载.     

混杂纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究

提出了用混杂纤维(由碳纤维和玻璃纤维组成)布加固混凝土结构的方法.通过试验得出钢筋混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、跨中挠度、钢筋及加固材料的荷载-应变曲线、破坏形态以及其截面沿梁高的应变分布.结果表明:加固后的钢筋混凝土梁其平均应变的分布符合平截面假定;使用加固材料(碳纤维布、混杂纤维布)来提高钢筋混凝土梁受弯承载力的补强加固方法是有效的;钢筋混凝土梁受弯承载力随加固材料用量的增加而提高;加固材料混杂比例及混杂方式均对钢筋混凝土梁受弯承载力有一定的影响;层内混杂纤维的抗弯性能、延伸性能以及经济性均优于单一纤维和层间混杂纤维.     

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.     

型钢-钢纤维混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土梁中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成型钢–钢纤维混凝土组合梁。完成12个型钢钢纤维混凝土组合梁和1个未添加钢纤维、未设置钢筋笼对比试件的抗弯性能试验。主要研究钢纤维掺量、型钢配钢率、箍筋设置和主筋设置对抗弯性能的影响。增加钢纤维用量能够在一定程度上提高承载力,其影响程度与型钢配钢率有重要的相关性,型钢配钢率越大,钢纤维的影响越突出。纵筋的设置能够大幅提升承载力,箍筋和钢纤维能够使纵筋对承载力的增强效果更为突出。试验结果表明：在相似用钢量的情况下,无配筋的型钢钢纤维混凝土组合梁不但能够解决型钢混凝土结构的施工困难,而且能够大幅提升延性性能,但由于未配置纵筋,正截面抗弯能力有所削弱;减小保护层厚度,提高型钢配钢率,能够充分发挥型钢翼缘良好的抗弯能力,弥补未设置主筋对承载力的影响,同时增加钢纤维用量,解决因保护层减小而导致的钢与混凝土界面黏结性能变差的问题;在设置钢纤维的情况下,钢纤维掺量较多试件的损伤发展快于掺量较少的试件,并且随着钢纤维掺量的增加,峰值荷载的损伤度越来越大;钢纤维用量越多,试件在峰值荷载状态下的耐损伤性能越好,即使在较严重的损伤状态下也依然能够保持极限承载能力。     

采用纤维梁单元分析钢-混凝土组合结构地震反应的应用

将用于钢-混凝土组合结构地震反应分析的纤维梁单元应用于各种类型构件的非线性分析中,包括普通钢筋混凝土构件（钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土受弯剪力墙）、钢-混凝土组合梁构件（承受正、负弯矩的简支组合梁、连续组合梁和往复荷载作用下的组合梁）以及钢管混凝土构件（圆形、方形以及矩形轴心受压短柱构件、纯弯构件、压弯构件和往复荷载作用下的压弯构件）,数值模拟结果和试验结果均吻合良好,证明了该模型具有良好的精度以及广泛的适用性。通过对关键截面关键纤维的应力-应变发展过程进行分析,对这些构件的内在受力机理和破坏规律进行了深入的讨论。经过验证可知,开发的纤维梁单元不仅能充分兼顾准确性、通用性以及高效性,同时还具备求解速度快、数值稳定性好以及前后处理强大方便的特点,为组合结构体系的地震反应分析提供了可靠的手段。     

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能试验研究

为抑制地震荷载作用下梁柱节点剪切裂缝的形成和梁纵向钢筋的滑移,提高梁柱节点抗震性能,采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料替代普通混凝土是可选措施之一。设计8个梁柱节点试件,其中6个试件采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料,2个对比试件分别采用单掺PVA纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土,进行拟静力试验以研究混杂纤维的掺加对梁柱节点抗震性能的影响。通过改变纤维掺量,在循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究其滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明：纤维的掺加可有效抑制梁柱节点剪切裂缝的形成与发展,显著提高梁柱节点的承载能力、延性及耗能能力;混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点在峰值荷载前后的抗震性能均优于单掺PVA纤维增强水泥基复合材料梁柱节点。     

不同强度混凝土T形加固梁抗弯承载力试验研究

通过11根T形梁试验,研究了嵌入式FRP筋加固具有不同强度等级混凝土梁的破坏模式、内力和变形特征等力学性能,讨论了混凝土强度等级对加固梁性能的影响。结果表明:加固筋的表面特征影响加固梁的破坏模式,光圆FRP筋加固梁产生因FRP筋-黏结剂/黏结剂-混凝土界面的剥离引起的加固梁弯曲破坏,混凝土的强度对加固梁的破坏模式基本无影响;螺旋FRP筋加固梁可能产生沿轴线方向裂缝,并最终发生由混凝土保护层的劈裂、剥落引起的加固梁弯曲破坏,但随着混凝土强度提高,加固梁的破坏可能转变为局部保护层剥落破坏模式。加固筋的表面特征是影响加固梁黏结性能的重要因素,并导致对加固梁极限承载力的影响,FRP筋的材料种类对承载力的影响不明显。随着混凝土强度等级的提高,嵌入式FRP加固梁的局部黏结强度增大,但其对加固梁承载力的影响远小于FRP筋的表面特征(变形筋)对加固梁承载力的影响。并且,混凝土强度对加固梁的极限承载力影响不大。在破坏时,各加固梁的跨中挠度的变化也差别不大。     

Research on non-linear structural behaviors of prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes

The flexural behaviors of fully and partially prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes are studied by experiment and non-linear finite element method. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and for each PPR, a pair of two-span continuous beams with box-section are designed. In each pair of the test beams, one is constructed by the high strength concrete completely, and for the other one the steel fiber reinforced concrete is used in the negative moment zone (the mid-support zone). Such structural behaviors as the deflection of beam, the formation and the development of crack, the strain of concrete and reinforcement bar, and the moment redistribution are investigated. A non-linear finite element analysis program is developed and applied. The constitutive behavior of concrete is modeled by the microplane theory. A four-nodal six-DOF (degree of freedom) degenerated shell element is adopted to simulate the structural behaviors of the box-section beam. To obtain the ultimate limit state of the structure, the arc-length method is introduced in the non-linear solution. The analytical results agree well with test ones. The influences of the steel fiber reinforced concrete used in the negative moment zone on the structural behaviors are mainly concerned.     

钢绞线、FRP筋预应力加固混凝土梁抗弯性能试验研究

纤维增强复合材料是一种新型的材料,对FRP筋材使用预应力的方式加固混凝土梁,是一种新兴的加固技术,可以有效地发挥FRP的高强性能。为了研究混凝土梁加固以后的抗弯性能,采用试验研究与理论分析相结合的方法,制作了12根混凝土梁试件,通过试验比较CFRP筋、BFRP筋和高强钢绞线3种预应力筋材的加固效果,包括开裂荷载、屈服荷载和极限承载力,对加固梁的裂缝开展、刚度提高以及破坏形式进行初步研究和探讨。     

预应力碳/玻混杂纤维筋混凝土梁受弯性能研究

针对单一纤维的FRP筋延性较差的缺点,在采用碳/玻混杂纤维复合材料(C/G-HFRP)筋的同时,引进预应力技术。通过对2根预应力HFRP筋混凝土梁、1根普通钢筋混凝土梁和1根普通HFRP筋混凝土梁的受弯性能试验研究,分析预应力HFRP筋混凝土梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力和变形等,提出了等效抗弯刚度的计算模型,为HFRP筋的工程应用提供了依据。