混凝土中氯离子二维扩散分析的边界元法

混凝土二维扩散分析的有限元法等常用数值法通常需要在空间域和时间域中同时采取细密的离散网格,计算量大.针对混凝土中氯离子二维扩散问题,提出了计算长度的概念及其计算表达式,首次建立了相应的边界元计算方法,确定了时间域离散的步长.通过该计算模型研究了混凝土结构的拐角等几何形状复杂位置的氯离子分布规律.由于边界元法可以将二维问题简化为一维离散问题,而且该计算模型在时间域内的离散网格非常稀疏,因此,相对于其他数值方法,该方法计算量很小,算例分析验证了该方法具有很高的计算精度和计算效率.同时,对角点等位置的氯离子浓度的计算结果表明,二维方法能够更准确地反映氯离子在混凝土结构中的扩散和积聚规律.     

非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型

对经典的单轴Bouc-Wen模型进行改进,研究建立了可以综合考虑P-效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化、应变硬化等典型滞回特性的新型单轴Bouc-Wen模型。根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应,定量地分析了P-效应对地震延性需求的均值和变异系数的影响,进而建立了地震延性需求的经验概率分布模型和预测方程。计算结果显示:由重力引起的P-效应对地震延性需求的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-效应的影响很小;地震延性需求与震级、震中矩、剪切波速等参数之间的线性相关性较小;对于短周期体系,可以采用Lognormal或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布,而对于长周期体系,采用Frechet分布则更为合理。     

圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的解析研究

为了研究水运工程和海洋工程中圆柱体混凝土构件的氯离子扩散过程及耐久性服役寿命,通过二维氯离子扩散控制方程的坐标变换,建立了圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的极坐标控制方程,使用变量分离法和贝塞尔函数的简化公式,推导并建立了圆形截面混凝土构件中氯离子扩散的解析方法,据此分析了不同半径圆柱构件中氯离子浓度的变化规律,通过宏观扩散过程分析以及与有限元方法计算结果的比较,验证了本文方法的正确性;通过与矩形截面混凝土构件中氯离子二维扩散及浓度分布的对比,可知在相同条件下,选择圆形截面代替矩形截面构件可有效提高混凝土结构的抗氯离子侵蚀性能,提高结构耐久性.     

大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型研究

现行大掺量粉煤灰混凝土强度计算模型往往建立于单一批次试验结果基础上,试验样本的因素水平覆盖范围较小,导致模型的适用范围受到影响.为此,本研究广泛搜集国内外大掺量粉煤灰混凝土强度的试验研究结果,建立了试验数据库,并通过因素分析和回归分析研究建立了大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型.首先分析了粉煤灰混凝土强度的主要影响因素及其影响规律,确定了粉煤灰混凝土强度的多元函数表达式.然后通过搜集大量不同地域不同课题组的试验数据建立粉煤灰混凝土强度试验数据库.进而,结合非线性最小二乘法研究建立了大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型.通过与试验数据和现有模型进行对比分析,验证了本文模型的适用性及有效性.研究表明,行标JGJ 55-2011提供的粉煤灰混凝土强度计算模型不适用于大掺量粉煤灰混凝土.     

箱型梁附加挠度与剪力滞效应的一维有限元分析

当前箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法对剪力滞函数的处理存在局限性,而且剪力滞系数难以准确反映翼缘截面剪力滞效应及其变化规律。为此,利用箱梁附加挠度代替剪力滞函数建立箱梁翼缘的纵向位移函数,并根据能量变分原理建立控制微分方程并识别了其中的待定参数。以箱梁挠度、附加挠度及其一阶导数作为单元节点位移参数,提出了箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法,给出了箱梁的自然边界条件和强迫边界条件。基于箱梁挠度和附加挠度定义了新的剪力滞系数,分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。算例分析证明了该方法的有效性,且具有较高的计算精度;与传统的基于应力的剪力滞系数相比,基于挠度的剪力滞系数能够更加准确地反映箱型梁截面的剪力滞效应及其分布规律。     

全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

温度和湿度对钢筋腐蚀控制模式及速率的影响

结合理论分析、数值模拟和模型试验数据,分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.首先基于混凝土中钢筋腐蚀的电化学原理,并考虑电极反应的逆向反应速率对活化极化过电位的影响,改进了传统钢筋腐蚀宏电池模型中的阳极腐蚀电位;然后分析了温度和相对湿度对平衡电位、交换电流密度、极限电流密度等参数的影响,建立了能够有效考虑温度和相对湿度影响的钢筋腐蚀宏电池模型;最后利用人工和自然气候环境下的试验数据,对比验证了所建模型的有效性,并分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.     

基于承载比的弹性补偿有限元法分析杆系结构的极限承载力

常规的弹性补偿有限元法通常建立于结构单元应力分析的基础上,应用于土木工程结构的极限承载力分析时存在局限性。文中以构件承载比为控制参数,结合塑性极限分析的下限定理,提出了建筑杆系结构塑性极限分析的修正弹性补偿有限元法：首先利用构件承载比和承载比均匀度确定基准承载比,进而通过有策略地调整单元的弹性模量来降低高承栽比构件的内力,使得结构的承载比和内力发生重分布,从而形成一系列静力容许应力场,并据此确定结构的塑性极限荷载下限值。该方法可以研究由不同抗力构件组成的杆系结构,且只需利用弹性有限元迭代分析即可求得结构的塑性极限承载力。算例分析说明,该方法计算格式简单、计算精度高。     

混凝土恒电压RCM测试方法的边部效应研究

恒电压RCM试验时混凝土试块中氯离子扩散深度存在明显的边部效应,影响氯离子扩散系数测试结果的准确性。鉴于此,开展了68组混凝土试块的恒电压RCM试验,定义了试块测点上氯离子扩散深度的标准值,利用数理统计方法定量分析了边部效应对氯离子扩散深度及氯离子扩散系数的影响,确定了边部效应的影响范围,进而通过回归分析建立了内部氯离子扩散系数与全截面氯离子扩散系数之间的关系模型。研究表明,边部效应的影响范围为试块周边外表面延伸至试块内部10 mm的区域;传统的未排除边部效应影响的恒电压RCM测试结果会高估混凝土的氯离子扩散系数;内部氯离子扩散系数与全截面氯离子扩散系数之间具有较强的相关性。     

水电站输水系统明钢管可靠度评估

目前水电站明钢管可靠度评估主要结合跨中管壁部位进行计算,但并未充分反映其他部位对结构可靠性的影响。为此需考虑钢材强度参数、静水压力、水锤和焊缝系数的随机特性,建立水电站明钢管跨中管壁、支承环近旁管壁边缘、加劲环及其近旁管壁、支承环及其近旁管壁4个基本部位的强度安全功能函数,给出了基于JC法的管道结构可靠度评估方法。按当前设计方法确定的明钢管结构,加劲环及其近旁管壁和支承环及其近旁管壁的可靠指标低于目标可靠指标,不能充分保障结构强度安全,存在局部失效的风险。