盲孔法检测钢结构工作应力研究

通过有限元方法对盲孔法释放系数A、B进行标定,并与轴心受拉下标定试验的结果进行对比验证。结果表明:对于轴心受拉构件,使用盲孔法进行工作应力的检测是可行的;有限元标定得到的释放系数A、B在低应力状态下与实测值吻合较好;对于高应力状态下的孔边塑性应变引发的误差,可根据形状改变比能参量S与释放系数A、B的关系进行修正;对于加载状态下钻孔时产生的切削加工应变,可根据试验测得的切削加工应变与释放应变的关系进行修正。     

转动裂缝模型在钢筋混凝土构件非线性剪切分析中的应用

基于钢筋混凝土转动裂缝模型,应用平面膜单元对钢筋混凝土构件进行全过程非线性剪切分析。通过选择材料单轴本构、总结复杂的平面应力状态、归纳三种主应变空间下的主应变状态及其刚度矩阵共轭项计算方法,改善平面膜单元在有限元分析中的数值稳定性。选取弯-剪作用下钢筋混凝土梁与压-弯-剪作用下剪力墙试验建立有限元模型进行对比验证,试验实测与有限元分析结果吻合良好。对比结果表明,全面细致地考虑可能出现的各种应力状态,依据三种主应变空间下的主应变状态及其刚度矩阵计算方法,可以得到较好的有限元分析的数值稳定性和精度,基于转动裂缝模型的平面膜单元为压-弯-剪作用下的钢筋混凝土构件的全过程非线性分析提供了有效的分析途径。     

采用钢筋混凝土本构关系计算构件正截面承载力

采用双模量弹性理论研究了钢筋混凝土构件正截面承载力的计算。利用钢筋混凝土构件受压应力与应变本构关系,由截面静力平衡条件推导出了采用钢筋混凝土本构关系计算构件正截面承载力的方法,并将该方法应用于受弯构件和短柱的正截面承载力的计算。最后通过算例将该方法的计算结果与相关规范方法的计算结果进行比较。     

ANSYS在CFRP约束混凝土方柱受压分析中的应用

利用ANSYS软件对CFRP布约束混凝土方柱的轴心受压性能的全过程进行了模拟和分析计算,并对其进行了应力和应变分析.结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合良好,有限元分析可较准确地模拟碳纤维布约束混凝土方柱的受力性能;随着CFRP布层数增加,CFRP布约束混凝土的极限强度和极限应变提高,CFRP布对混凝土的约束作用明显增强,研究成果为模拟钢筋混凝土结构的受压性能提供了参考.     

模拟严重锈蚀钢筋的混凝土梁试验与钢筋应力分析

锈蚀引起的粘结性能退化导致钢筋与混凝土之间的协同工作性能降低,跨中的钢筋应变较混凝土应变滞后,当构件严重锈蚀时,钢筋与混凝土间的粘结力基本丧失,可能在钢筋达到屈服应变前受压区混凝土先行压坏,形成粘结失效超筋梁。通过严重锈蚀钢筋混凝土梁的模拟试验和有限元分析,研究在完全无粘结的极限情况下影响钢筋应力水平的因素及其影响规律,并建立了无粘结状态混凝土梁受拉钢筋应力与配筋指标的关系,为严重锈蚀混凝土构件的承载力计算提供依据,同时也为研究一般锈蚀钢筋混凝土构件的性能退化机理与承载力计算方法奠定基础。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力计算模型

本文从锈蚀钢筋混凝土受弯构件的破坏模式入手 ,分析其破坏机理、钢筋与混凝土的应力应变状态。考虑受压区钢筋锈胀力对钢筋周围混凝土抗压强度的降低 ,建立锈蚀钢筋混凝土构件承载力计算模型。     

钻孔法检测预应力小箱梁现存应力的理论研究

利用ANSYS软件建立预应力混凝土小箱梁的模型,分析了预应力混凝土小箱梁跨中底板底部钻孔后的孔边应力分布,利用释放应力和初始应力的比值定义释放比,根据释放比计算出原有应变,通过空间问题的物理方程计算应力,提出了预应力混凝土小箱梁的现存应力的近似计算公式。同时通过基于有限元大量的分析计算进行回归分析,提出了利用小箱梁孔边应力集中系数近似计算预应力混凝土小箱梁现存应力的公式。     

钢筋混凝土梁和柱性能界限状态及其变形限值

根据以受弯为主的钢筋混凝土梁、柱的地震破坏过程提出了各性能水平和性能界限状态的划分标准,并建立了对应于各性能界限状态的变形计算方法。通过对梁、柱截面的弯矩-曲率分析,分别建立了梁、柱截面受压区高度的计算方法。利用对美国太平洋地震工程研究中心建立的钢筋混凝土柱试验数据库的统计分析和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论,提出了柱在各性能界限状态时截面压区边缘混凝土的应变限值计算方法。通过混凝土受压应变和钢筋受拉应变的限值得到钢筋混凝土梁、柱的变形限值。研究结果可为钢筋混凝土结构基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据。     

混凝土梁柱构件基于截面纤维模型的弹塑性分析

采用了弹塑性纤维单元模拟钢筋混凝土梁、柱杆件,通过材料应力-应变本构关系对截面动态积分,直接得到构件刚度及恢复力特性,提出了适用于该模型的计算方法和相应的钢筋和混凝土材料单轴应力-应变本构关系。并应用通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土悬臂柱及钢筋混凝土框架进行了拟动力反复加载计算,并与试验结果进行对比分析。     

腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型评述

混凝土中钢筋腐蚀后,会导致钢筋横截面面积减少,钢筋力学性能退化;受压区钢筋腐蚀,产生锈胀压力,使受压区混凝土处于双向应力状态,混凝土抗压强度降低;混凝土保护层开裂、脱落、混凝土与钢筋黏结强度退化,腐蚀钢筋混凝土构件承载力降低。论文从试验、有限元计算和理论模型三方面总结了当前腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型,并对腐蚀钢筋混凝土构件承载力模型进行了展望。     

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。     

钢筋混凝土核心筒结构受力性能的数值模拟

钢筋混凝土核心筒是一种空间性能较好的抗侧力构件,其在地震作用下受力机理复杂,故准确模拟其非线性受力过程是结构抗震分析的重要课题。本文利用先进的数值模拟技术,在已有试验研究的基础上,对混凝土核心筒进行合理建模,并系统分析了轴压比、配筋率、加载角、高宽比和连梁刚度等对混凝土核心筒承载力和变形性能的影响规律。分析结果表明,数值模拟结果和试验结果吻合较好;轴压比、配筋率对核心筒的弹性和弹塑性性能影响显著;加载角和连梁刚度主要影响混凝土筒体开裂后的性能;而高宽比既影响核心筒的承载力和变形性能,又决定着核心筒的破坏形式。研究结果对混凝土核心筒的地震弹塑性计算具有一定的参考价值。     

既有钢筋混凝土结构抗震设防目标与性能评估

以基于性能的抗震设计与评估理论为基础,考虑既有钢筋混凝土结构性能特点,结合我国现行抗震设计规范,对国内外规范及相关研究成果进行对比分析,给出既有建筑地震作用取值方法、抗震设防性能目标及性能指标的量化标准。给出既有建筑结构有限元分析模型的建立方法,形成较为系统的既有建筑抗震性能评价体系,其实用性及有效性通过对某一实际工程进行的抗震性能评估得以验证。分析结果表明：既有建筑结构抗震性能较拟建之初有明显降低,有必要建立既有建筑结构有限元分析模型。在进行抗震性能评估时,为获得较合理的评估结果,应根据后续使用期确定相应地震作用取值。结合给出的抗震性能目标、性能指标及其量化标准,该评价体系能够对既有钢筋混凝土结构进行合理、可靠的抗震性能评估。     

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。     

盲孔法检测钢结构构件应力的数值模拟研究

目前,盲孔法已应用于钢构件残余应力测量,但对于工作荷载下钢构件的应力水平测量则研究甚少。针对这一情况,采用模型试验,研究用于实际工程现场检测的盲孔法。为了使试验更准确地反映工程实际,在充分考虑钢结构设计及施工现状的基础上,结合有限元分析,并通过大量的数据分析和计算,对试验的测试过程及关键参数做了进一步的研究。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

A machine-learning-based two-step method for failure mode classification of reinforced concrete columns

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此，准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据，采用机器学习方法，提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中，第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量，采用机器学习中的回归算法，建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量，采用机器学习中的分类算法，对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别，实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳；极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果；相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法，提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果，分类精度可以达到96%。