受压区钢筋锈蚀对混凝土构件承载力影响的研究

从受压钢筋锈蚀引起混凝土抗压强度下降的角度,研究了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件的受弯承载力,提出了受压区钢筋锈蚀的混凝土构件承载力的计算模型和计算方法。理论分析计算表明,受压区钢筋锈蚀对混凝土构件性能的影响在锈蚀开裂前较为明显,锈蚀开裂后影响不大。提出的受压区钢筋锈蚀开裂前后的承载力计算模型,可为锈蚀钢筋混凝土构件承载力可靠性分析提供理论基础。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算模型

在对锈蚀钢筋混凝土受弯构件试验研究和非线性有限元分析的基础上,得到了锈蚀钢筋混凝土受弯构件钢筋和混凝土的应力和应变特性。针对锈蚀钢筋与混凝土之间滑移增大、混凝土平均应变和钢筋应变不满足平截面假定的特征,建立了混凝土应变和钢筋应变之间的几何关系。运用极限平衡理论,建立了与锈蚀钢筋受弯构件正截面受力性能相一致的计算模型。     

锈蚀钢筋混凝土梁承载力退化特性数值分析

采用ABAQUS有限元软件对一未锈蚀钢筋混凝土简支梁的静力承载性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的可靠性。在上述有限元模型的基础上,利用ABAQUS分项计算功能,计算了不同锈蚀程度下钢筋混凝土简支梁的宏观力学特性,计算中分别考虑了锈蚀钢筋黏结滑移性能退化、锈蚀钢筋力学性能退化及二者耦合作用对简支梁承载力及延性退化特性的影响。分析结果表明:随着钢筋锈蚀率的增加,构件的承载力及延性显著降低。轻微锈蚀情况下,钢筋与混凝土之间的黏结滑移性能退化对构件的承载性能无显著影响,而锈蚀引起的钢筋力学性能退化对构件的承载力及延性影响较大。在中等及以上程度锈蚀情况下,黏结滑移性能退化引起的构件承载力和延性退化在构件力学性能退化中占主导地位。总体上看,锈蚀构件的宏观力学特性受到黏结滑移退化及钢筋力学性能退化的耦合影响,随着锈蚀率加大,构件承载力降低,脆性愈加显著。     

钢筋锈蚀对混凝土柱偏压性能的影响

钢筋锈蚀是混凝土构件主要病害之一。钢筋锈蚀通常会造成构件可靠性降低和破坏形式改变,使结构处于更加不利状态。以偏压柱为例,对钢筋锈蚀后柱的失效形式和可靠性进行了分析,期望为锈蚀偏压柱的可靠性鉴定提供新的分析思路。     

锈蚀混凝土压弯构件性能的有限元分析

研究了钢筋锈蚀影响下偏心受压构件力学性能和工作机理的变化规律。使用名义屈服强度描述钢筋锈蚀对有效截面积和屈服强度的影响,使用粘结强度降低系数描述粘结强度降低的影响。分别按照大偏压和小偏压的情况,使用有限元方法,建立了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的分离式模型,得到了压弯构件承载力、延性、钢筋混凝土共同工作性能等的变化规律。     

纵向非均匀锈蚀钢筋拉拔过程的有限元分析

混凝土中的钢筋锈蚀问题日益突出,针对非均匀锈蚀混凝土构件的试验研究,从粘结本构关系入手,对锈蚀钢筋构件结构性能退化和破坏特征进行数值计算分析。混凝土和钢筋均采用8节点实体单元建模;钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元Combine 39,同时,实常数赋值考虑位置函数影响,从而建立了纵向非均匀锈蚀钢筋构件的计算模型。通过计算获得了非均匀锈蚀钢筋拉拔位移与拉拔力之间关系,拉拔过程中混凝土应力变化和破坏发展过程,以及锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的演化规律。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度评估方法研究

为合理评估锈蚀钢筋混凝土梁的变形能力,对影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度退化的因素进行系统分析,明确锈蚀引起粘结力退化使裂缝间受拉钢筋应变趋于均匀和钢筋应变与混凝土应变不协调是影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度计算模型建立的关键因素;抛弃传统的平截面假定,采用刚度解析法对粘结力退化后构件截面刚度进行了理论分析,引进综合应变系数考虑裂缝间钢筋应变趋于均匀和应变不协调的影响,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算模型;通过有限元数值分析,确定了综合应变系数与粘结强度退化系数的关系;经试验验证,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

大气环境条件下钢筋混凝土受弯构件抗力退化分析

混凝土碳化、钢筋锈蚀、保护层胀裂引起混凝土结构性能退化,在试验研究和非线性有限元分析的基础上,建立了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面承载性能分析方法和计算模型,通过实例分析了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯、斜截面抗剪性能变化特征和规律。     

室外环境中钢筋混凝土受弯构件抗力退化分析

混凝土碳化、钢筋锈蚀、保护层胀裂引起混凝土结构性能退化，本文在试验研究和非线性有限元分析的基础上，建立了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面承载性能分析方法和计算模型，通过实例分析了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯、斜截面抗剪性能变化特征和规律。     

锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究

根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋—混凝土界面的性能退化模型,采用有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,通过试验验证了数值分析结果的准确性。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能进行了参数分析。结果表明:(1)钢筋锈蚀率对钢筋混凝土梁受力性能影响较大,随着锈蚀率的增加,构件的承载力降低、刚度退化及延性变差;(2)钢筋—混凝土界面粘结力对钢筋混凝土梁承载力影响较小,但会改变构件的破坏模式,随着锈蚀率增加,构件从延性破坏变为脆性破坏。本文研究成果可为锈蚀钢筋混凝土梁加固设计提供参考。     

基于效率系数的组合钢桁梁优化设计方法

组合钢桁梁具有桁架结构的受力特征,同时还受节点性能和板桁组合作用的影响,受力机理复杂。传统有限元优化方法无法兼顾杆件和节点,为对组合钢桁梁设计方案进行快速、准确地优化,提出了一种基于效率系数的优化设计方法。在采用杆系有限元模型进行初步分析基础上,根据结构内力分布相似的假定,以杆件和节点承载力效率系数为优化指标对构件进行优化,再将优化方案代入有限元模型进行验证。以矩形钢管混凝土组合桁梁连续梁桥既有通用图集为依托工程,进行设计方案优化。结果表明:组合钢桁梁空间效应等因素产生的弯曲应力可达组合应力的15%～42%,弯矩产生的影响不可忽略,在计算杆件效率系数时应将弯矩和轴力同时考虑在内; 效率系数可直观反映组合钢桁梁构件应力状态,快速定位优化构件,还可依据杆件截面特征将优化方案细分至板件层面; 所提优化设计方法可对组合钢桁梁的节点和杆件进行统筹优化,避免反复进行有限元试算,显著提高优化计算效率。     

Numerical study of built-up double-Z members in bending and compression

The use of the finite element method (FEM) for the design of composed, thin-walled, structural steel members is considered. The bolted double-Z frame member is an interesting and economical engineering solution, already used in practice [1]. However, the European recommendations for the design of steel structures do not consider built-up members from cold-formed steel profiles. Finite element analysis is used to capture the various buckling effects that shape the response of slender thin-walled members. From the finite element model, the importance of initial imperfections and stiffness of connections is identified. The experimentally validated model predictions show that a non-linear finite element analysis can predict the member behaviour, in terms of failure mode and ultimate load, yield line pattern, overall stiffness and local strain in the cold-formed profiles. To obtain a good prediction, overall and localised initial imperfections should be considered and included in the analysis.     

A finite element analysis model for the behaviour of cold-formed steel members

A finite element analysis model for the post-local buckling behaviour of cold-formed steel (CFS) members subjected to axial compression has been developed. The finite element model consists of a Total Lagrangian nonlinear 9-node “assumed strain” shell finite element, and experimental-based material properties models to represent the body of the CFS sections. Experimentally derived residual stress variations, and initial geometric imperfections have also been incorporated. A special loading technique and a displacement solution algorithm were employed to obtain a uniform displacement condition at the loading edges. Details of a test program involving 20 non-perforated, and perforated cold-formed stub-column steel sections have been presented in the second part of the paper. The comparison between the test results, and the finite element results was performed for axial and lateral displacement behaviour, buckling loads, ultimate loads, and axial stress distribution. The comparison forms the basis for the evaluation of the efficiency, and the accuracy of the finite element model, and it indicated that the finite element analysis model constructed herein gives accurate and consistent results for the behaviour of the cold-formed steel members subjected to axial compression.     

圆端形椭圆钢管混凝土受扭性能数值分析及抗扭承载力计算

为探究圆端形椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算方法,采用ABAQUS建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元分析模型。为解决核心混凝土本构关系问题,提出了一种关于圆端形椭圆钢管核心混凝土本构关系的新等效方法,利用已有试验结果验证了等效方法的可行性和数值分析模型的准确性。开展了纯扭作用下圆端形椭圆钢管混凝土构件性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面尺寸等。揭示了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,提出了圆端形椭圆钢管混凝土构件的抗扭承载力简化计算公式。结果表明:构件抗扭承载力随钢材强度、截面尺寸、含钢率增大而增大,随长短轴比增大而减小;研究成果将为圆端形椭圆钢管混凝土构件的设计提供参考。     

冷弯厚壁型钢轴压构件设计可靠度分析

在材性试验的基础上对冷弯厚壁型钢进行了轴压承载力试验及有限元分析。试验中发现：对于长细比较大、板件宽厚比较小的试件,破坏模式为整体失稳;对于长细比较小、板件宽厚比较大的方管柱,其破坏过程首先是柱中部产生很小的弯曲变形,随着荷载增大,整体弯曲变形也逐渐增大,并引起方管板件的局部屈曲。采用ANSYS软件进行有限元分析,其结果与试验结果接近,表明将残余应力引入有限元模型对冷弯厚壁型钢构件进行分析具有较高的精度。在此基础上,利用收集到的26组不同牌号、不同截面冷弯厚壁型钢的试验数据建立有限元模型,并引入已有的残余应力模型进行了大量的有限元分析,得到了多组冷弯厚壁型钢轴心受力构件的承载力。对冷弯厚壁型钢构件进行了设计可靠度分析,提出了Q235、Q345冷弯厚壁型钢的抗力分项系数和强度设计值的建议值,可为相关技术标准的修编提供依据。     

高性能钢预应力撑杆柱整体稳定性能研究

采用高性能钢材对预应力撑杆柱整体稳定性能具有显著影响。采用有限元软件ANSYS对普通强度钢材预应力撑杆柱和无预应力柱进行了弹性屈曲分析，并与理论公式相比较，验证了有限元模型的正确性。考虑了材料非线性、几何非线性和初始缺陷，对模型进行弹塑性轴压稳定承载力分析，比较了钢材种类对预应力撑杆柱和无预应力柱稳定承载性能的影响。分析结果表明：预应力撑杆体系和高性能钢材的合理使用，能显著提高轴心受压柱的承载能力，充分发挥两者的优势。     

循环荷载作用下偏心受压构件的滞回性能研究

利用双重非线性壳体有限元方法 ,对偏心受压钢构件在循环荷载作用下的滞回性能进行了计算机模拟 ,分析了H形截面偏心受压构件的滞回特性 ;得出了强烈地震作用下 ,构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、轴压比和长细比等参数对H形截面偏心受压构件滞回性能的影响规律     

分离式环梁提升烟囱钢内筒的有限元分析

采用分离式环梁提升烟囱钢内筒时,钢内筒受力状态不同于其使用时,因而对钢内筒需要加固,同时还要保证吊装各构件的安全,但相关验算在规范和手册中均没有参考。本文利用ABAQUS有限元软件对这一吊装过程进行有限元模拟,分析了钢内筒、倒牛腿、环梁和下锚固垫板等主要构件的受力和变形特征,并与附壁式环梁模型进行了对比。分析表明,各构件应力较小,吊装过程安全可靠,多数构件具有较大的优化潜力。重力荷载在环梁上分布不均匀。当分离式环梁整体刚度相对于钢内筒大的多时,采用节点耦合的简化计算模型对结果影响并不大。分析结论对设计起到了一定的指导作用,实际吊装过程也证实了本分析的正确性。     

矩形钢管弯扭构件的工作性能研究

利用通用有限元软件ABAQUS对矩形钢管弯扭构件的荷载一变形关系进行计算,计算结果与试验结果基本吻合。在此基础上,考虑不同加载路径的影响,对矩形钢管弯扭构件的工作性能进行分析,最后在参数分析结果的基础上,提出矩形钢管弯扭构件承载力相关方程的实用简化计算方法,该方法所得计算结果得到试验结果的验证。