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.     

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.     

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。     

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。     

临时支撑卸载冲击对施工中弦支穹顶结构性能的影响研究

临时支撑卸载安全性是弦支穹顶结构等半刚性结构施工的关键因素之一。基于此背景,本文针对标准弦支穹顶结构提出了卸载冲击荷载下结构的失效判别准则,采用该判别准则,结合ANSYS有限元软件针对临时支撑不同卸载速率对结构动力稳定性能的影响进行分析,研究发现采用直接卸载时,存在一定安全风险,且临时支撑卸载不当可能引起结构失效;提出了不利速率条件下结构失效模式及相应的预警参数;对某大跨度弦支穹顶结构的卸载失效模式和机理进行了研究,验证了本文所提方法可行、有效。     

工字型钢框架极限承载力分析的通用广义屈服函数

工字型钢构件空间受力下的精确广义屈服函数为隐式函数，不便使用，而现有的近似显式函数不能全面考虑截面几何参数的影响，在适用性和精度方面普遍存在问题。为此，通过合理选择工字型截面几何参数，研究建立了具有广泛适用性的工字型截面齐次广义屈服函数，据此提出了平面和空间受力下框架结构极限承载力分析的高效线弹性迭代方法。研究了工字型截面几何参数对广义屈服函数计算精度的影响；选择腹板面积与单翼缘面积之比γ₁和翼缘宽度与腹板厚度之比γ₂作为截面几何参数，通过回归分析建立了同时适用于平面和空间受力，且能够全面反映工字型截面几何特征的通用齐次广义屈服函数；通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量，建立了工字型截面框架结构极限承载力分析的高效高精度线弹性迭代方法。通过对比分析验证了该方法具有良好的计算精度和效率以及较强的适用性。     

基于有限域的混凝土中氯离子扩散的解析解

在给定时间内,氯离子在混凝土中的扩散深度是有限的,因而当前基于半无限扩散域的Fick第二定律的解析解存在缺陷.利用等比级数研究建立了氯离子扩散和浓度分布的解析解,建立了氯离子扩散深度的解析表达式,同时也证明了氯离子扩散场计算长度的合理性.算例分析表明,提出的基于有限域的混凝土中氯离子扩散的解析解具有较高的精度,且计算简...     

钢筋混凝土拱承载力分析的齐次广义屈服函数

为了解决弹性模量调整法应用于钢筋混凝土(RC)结构的难题，建立了矩形截面RC偏压构件的通用齐次广义屈服函数。充分考虑RC偏压构件的破坏机理，并利用二次函数建立了矩形截面RC构件的分段光滑压弯承载力相关方程。通过回归分析建立分区表达的截面特征函数，以综合考虑钢筋混凝土偏压构件的截面几何和材料性能对承载力的影响，在此基础上采用分数指数幂的一阶多项式建立矩形截面RC偏压构件的齐次广义屈服函数。利用单元承载比定义高承载单元的自适应识别准则，通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量模拟RC拱结构高应力区域的刚度退化，并根据线弹性迭代分析确定RC拱的极限承载力，据此提出了RC结构承载力分析的弹性模量缩减法。通过与模型试验及增量非线性有限元法对比分析，验证了该文方法具有较高的计算精度与计算效率。     

水库土坝漫坝危险度评价

根据联合国对自然灾害风险的定量表达式,提出水库土坝漫坝危险度的定义和求解模型。采用5级制对漫坝危险度[0,1]划分等级,并赋予相应的漫坝危险属性,为漫坝安全评判提供依据。该评价方法克服了传统漫坝风险分析中评判标准过于绝对化且标准取值不统一的缺点。该方法应用于澄碧河水库安全评价中得出,水库危险度在不超过"中度危险"前提下,其汛限水位可提高1.40 m。     

混凝土变电压RCM试验的边部效应研究

通过氯离子快速迁移（RCM）试验测试混凝土中氯离子扩散系数时由于存在边部效应,导致混凝土试件与橡胶套相邻部位的氯离子扩散深度明显大于试件中心部分的扩散深度。为此通过对混凝土RCM试验结果的统计分析,系统研究了边部效应及其对氯离子扩散系数测试结果的影响,建立了修正计算式 。首先进行74组混凝土试件的变电压RCM试验,并定义试件上各个测点氯离子扩散深度的标准值;然后通过对试验实测结果的统计分析得到试件各个测点上氯离子标准扩散深度的均值及标准差,并据此定量分析边部效应的范围及其对氯离子扩散深度及扩散系数的影响;最后,通过回归分析建立排除边部效应试验结果与传统的不排除或部分排除边部效应试验结果之间的转换关系。研究表明,边部效应对直径100 mm圆柱形混凝土试件的影响范围为试件外边缘至试件内部20 mm深的区域 ,排除边部效应的影响能够有效减少结果波动性,从而提高RCM试验的准确性。