基于修正拉-压杆模型的型钢混凝土深梁受剪承载力分析

在型钢混凝土深梁抗剪性能试验基础上,基于修正拉-压杆理论,考虑拉杆分力对受剪承载力的有利影响,采用型钢混凝土深梁的受压区高度作为上部节点高度,并对型钢翼缘和腹板进行合理简化,建立了型钢混凝土深梁的修正拉-压杆模型,推导了型钢混凝土深梁受剪承载力计算公式。将该文提出计算方法与ACI规范拉-压杆模型以及中国规范的计算方法进行比较可得：1）该文建立的修正拉-压杆模型,能较好反映型钢混凝土深梁的剪切传力机理和破坏模式,其受剪承载力计算值与试验结果吻合较好;2）采用JGJ 138-2001计算型钢混凝土深梁的受剪承载力偏低,离散性较大;按YB 9082-2006计算剪跨比大于2的构件受剪承载力偏于不安全。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48～0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

基于简化拉-压杆模型的钢筋活性粉末混凝土框架边节点受剪承载力研究

对5个中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点试件进行了拟静力加载试验,得到了此类节点的破坏过程和破坏特点,明确了各阶段剪力的传递和分配。在试验研究的基础上,采用简化拉-压杆模型并考虑纤维抗拉拔阻力的有利作用,建立了钢筋活性粉末混凝土框架边节点在复合作用下的受剪承载力计算模型,并通过试验验证了此模型的可行性。结果表明：按照此模型计算得到的节点核心区受剪承载力与试验实测值吻合较好,离散度较小,其值与试验实测值的平均比值为1.05,变异系数为0.11;而且此模型亦能较合理地反映轴压比、配箍率及纵筋强度对节点受剪承载力的影响。     

基于修正的软化拉压杆模型的RC框架边节点受剪性能研究

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软化拉压杆模型(Modified softened strut and tie model, MSSTM)。使用传统SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型分别对91个边节点受剪承载力(其中56个发生节点核心区剪切破坏)、26个边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线进行计算。结果表明:MSSTM模型对受剪承载力以及剪应力-剪应变骨架曲线的预测效果整体优于SSTM模型和约束斜压杆模型。就承载力而言,SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型的计算值与试验值之比的均值分别为1.028、1.203和0.995,变异系数分别为0.230、0.273和0.164。MSSTM模型计算结果更准确且离散性更小。此外,MSSTM模型可较好预测应力-应变曲线上的特征参数,尤其是峰值剪应力和开裂刚度。两者计算与试验结果比值的均值分别为1.14和1.02。     

钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算的修正软化拉压杆模型

应用软化拉压杆模型对钢筋混凝土框架节点核心区进行受剪承载力计算时,常常基于经验取柱截面宽度作为节点的有效宽度参与抗剪强度计算。但是,对于实际工程中含有现浇楼板的框架中节点,节点的有效宽度在核心区上下验算截面并不相同且随着作用外力的增加而逐步增大,直至软化拉压杆模型中结点域(nodal zone)混凝土达到其抗压强度后压溃而失效。本文对软化拉压杆模型中节点有效宽度的计算方法进行了改进,应用修正软化拉压杆模型(Modified Softened Strut-and-Tie,简称MSST)对国内外63个框架中节点试件的抗剪强度进行理论计算,并将受剪分析得到的峰值剪应力计算结果与现行规范建议方法及软化拉压杆模型方法的计算结果进行对比。结果表明：修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,与现行规范建议设计方法计算结果相当,该建议模型可较为合理地反映含现浇楼板框架节点的受力机理。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪模型分析

根据集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验结果,重点分析了该类混凝土深受弯构件的破坏过程与破坏形态。在试验研究的基础上,建立了基于软化拉-压杆模型计算理论的高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力计算模型,并应用该模型完成了22组该类构件受剪承载力试验计算与我国GB50010-2010、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果及软化拉-压杆模型计算结果的对比分析。分析表明：高强轻骨料混凝土深受弯构件破坏形态分为剪切破坏和弯剪破坏两种,剪跨比λ≤1,其受剪承载力基本由混凝土斜压杆控制,软化拉-压杆模型计算结果接近试验值,与现行规范计算结果相当,但软化拉-压杆模型有明确的力学模型,能够合理反映深受弯构件受力机理。     

基于软化拉-压杆模型方法的钢筋混凝土变梁中节点抗剪承载力研究

根据10个梁高不等钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析了该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立了框架中节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用软化拉-压杆模型方法(简称SSTM)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:软化拉-压杆模型理论计算值与试验结果接近,与现行规范建议方法计算结果相当,但软化拉-压杆模型方法有明确的力学计算模型,能较为合理地反映框架节点的受力机理。     

跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁箍筋受力性能的拉杆-压杆模型分析

试验表明：对称设置斜向钢筋的小跨高比复合配筋连梁具有良好的抗震性能,在建立并求解水平地震作用下该连梁中由混凝土主斜压杆、次斜压杆、对角斜筋拉、压杆和菱形筋拉杆等组成的超静定拉杆-压杆联合工作受力分析模型基础上,通过对连梁箍筋参与的传力机构分析,提出了由箍筋和混凝土次生斜压杆组成的箍筋桁架宏模型,建立了该模型中各箍筋拉杆和混凝土压杆的几何及变形协调方程、物理方程和平衡方程等共26个计算式和分析程序,2个试验试件的算例对比分析结果显示,该模型能反映连梁屈服后各受力阶段箍筋的受力状态,且计算结果具有较好的准确性。     

外包钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善小跨高比连梁的抗震性能,采用高延性混凝土（HDC）代替混凝土,设计了2个外包钢板-HDC组合连梁、1个外包钢板-混凝土组合连梁和1个内置钢板-HDC组合连梁试件。通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:采用HDC代替混凝土可提高外包钢板组合连梁的变形能力和耐损伤能力;HDC与钢腹板的协同工作性能较好,有利于钢腹板抗剪作用的发挥;外包钢板-HDC组合连梁的耗能能力明显高于外包钢板-混凝土组合连梁和内置钢板组合连梁;外包钢板-HDC组合连梁的剪压比设计值为0.65~0.70,其剪压比明显高于内置钢板组合连梁。因此,采用外包钢板-HDC组合连梁,可提高小跨高比连梁的剪压比限值,解决连梁设计中剪压比超限的问题。     

小剪跨比钢板-混凝土组合板抗剪性能的试验研究

通过2块小剪跨比钢板-混凝土组合板试件在集中力作用下抗剪性能试验,对组合板抗剪性能进行了初步分析。试验中主要变化了钢板厚度,得到组合板的极限承载力、变形、受剪破坏形态以及裂缝的发展情况。试验结果表明：小剪跨比钢板-混凝土组合板试件中混凝土最终破坏以斜压破坏为主;通过栓钉的连接,钢板和混凝土协同工作性能良好;截面应变分布基本符合平截面假定。钢板通过栓钉与混凝土的组合效应,显著提高了混凝土的抗剪能力,同时也改善了构件整体延性,该试验的组合板中钢板承担的剪力占总剪力的50%左右。     

基于Weibull模型的C/C复合材料销钉剪切强度分布及本构关系

针对C/C复合材料销钉力学性能各向异性的特点,开展基于Weibull分布模型的C/C销钉剪切强度分布及本构关系研究,探讨不同剪切方向对C/C销钉剪切强度和剪切本构的影响规律。基于两参数Weibull分布模型,采用最小二乘法获得不同剪切方向上剪切强度的分布规律;根据C/C复合材料损伤失效机制,采用基于Weibull分布的弹性损伤模型表征材料的剪切本构关系,并通过试验数据获取损伤模型中的参数。结果表明:通过Kolmogorov-Smirnov拟合优度检验,两参数Weibull分布模型能较好地表征C/C销钉剪切强度的分布规律;沿45°方向剪切的C/C销钉,其剪切强度最高;随着剪切角度的增大销钉剪切刚度逐渐降低,从0°方向上的19.46 kN/mm下降到90°方向上的12.70 kN/mm。      

Shear strength of reinforced concrete beams with stirrups

This study presents alternative shear strength prediction equations for reinforced concrete (RC) beams with stirrups. The shear strength is composed of the contribution of the nominal shear strength provided by stirrups and the nominal shear strength provided by concrete. For the concrete contribution, cracking shear strength values estimated by Arslan’s equations are almost same those obtained with ACI 318 simplified equation in terms of coefficient of variation (COV). However, mean values estimated by ACI 318 tend to be more conservative comparing to the mean values obtained with Arslan’s equations. Thus, for the consideration of concrete contribution to shear strength, Arslan’s equations are used. To obtain the shear strength of RC beams, shear strength provided by stirrups is added to the concrete shear strength estimated by Arslan’s equations. Results of existing 339 beam shear tests are used to investigate how accurate proposed equation estimates the shear strength of RC beams. Furthermore, ACI 318 and TS500 provisions are also compared to the aforementioned test results. It is found that proposed equations for beams with shear span to depth ratios (a/d) between 1.5 and 2.5 are also conservative with a lower COV than ACI 318 and TS500. However, when a/d ratios exceed 2.5 (both normal and high strength concrete beams), ACI 318, TS500 and proposed equations give similar COV value.     

高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

剪跨比对FRP抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响,但对FRP加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少。采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用,建立了CFRP加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型。在验证细观模拟方法合理性的基础上,拓展模拟与分析了剪跨比对CFRP加固钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明：剪跨比对CFRP抗剪加固梁剪切破坏模式影响较大,剪跨比越大,加固梁愈趋近于延性较好的斜拉破坏;剪跨比对CFRP加固梁抗剪承载力有较大影响,对抗剪强度尺寸效应影响较小;剪跨比对加固梁中的CFRP剪切贡献影响较大,剪跨比越大,CFRP对加固梁的抗剪效果越好,其中对中型剪跨比(λ=2.5)的梁加固效果最有效。     

含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板拉伸剩余强度预测

为了对含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板的剩余强度进行预测,基于连续介质损伤力学法(CDM)和唯象分析法,建立了表征复合材料雷击热-力耦合损伤的刚度矩阵渐进损伤退化模型。基于该模型,通过ABAQUS有限元仿真软件,建立了含雷击热-力耦合损伤的复合材料层压板结构三维模型。结合UMAT子程序,完成了拉伸载荷下的剩余强度预测。结果表明:通过与试验对比,仿真结果与试验结果取得了良好的一致性。本文所建立模型,能够有效进行含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板结构拉伸剩余强度预测。     

Analysis of composite beams with partial interaction using the direct stiffness approach accounting for time effects

This paper presents a modelling technique based on the direct stiffness method (DSM) to describe the behaviour in time of composite beams with partial shear interaction accounting for creep and shrinkage of the slab. The time‐dependent behaviour of the concrete is modelled using algebraic representations, such as the age‐adjusted effective modulus method and the mean stress method, while the steel joist, the reinforcement and the shear connection are assumed to behave in a linear‐elastic manner. Only one discretization (i.e. in the time domain) is required by the proposed stiffness formulations to perform a time analysis, while two discretizations (i.e. one in the time domain and the other in the spatial domain along the beam axis) are required by other modelling techniques available in the literature. The ability of the derived elements to overcome curvature locking problems observed to occur in some conventional displacement formulations is also highlighted. The proposed DSM approach is then validated against analytical solutions derived by the authors for simple structural systems. The applicability of this method for the time analysis of continuous composite beams is also illustrated. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Vibration characteristics of laminated composite beams with magnetorheological layer using layerwise theory

Vibration characteristics of laminated composite beams with magnetorheological (MR) layer are investigated using layerwise theory. In most studies, shear strain across the thickness of MR layer has been considered as a constant value, which does not precisely describe the shear strain. In this study, layerwise theory is employed to develop a finite element formulation to investigate MR-laminated beams. Experimental tests under different magnetic fields are carried out to verify the numerical results. Layerwise numerical results are compared with the experimental results and other theories. An empirical expression for complex shear modulus is presented. The effects of MR layer thickness on vibration of MR-laminated beams are examined.     

Effect of stress ratio on fatigue behaviour in SiC particulate-reinforced aluminium alloy composite

Axial fatigue tests have been performed at three different stress ratios, R, of ?1, 0 and 0.4 using smooth specimens of an aluminium alloy composite reinforced with SiC particulates of 20 μm particle size. The effect of stress ratio on fatigue strength was studied on the basis of crack initiation, small crack growth and fracture surface analysis. The stress ratio dependence of fatigue strength that has been commonly observed in other materials was obtained, in which fatigue strength decreased with increasing stress ratio when characterized in terms of stress amplitude. At R=?1, the fatigue strength of the SiC_p/Al composite was the same as that of the unreinforced alloy, but at R= 0 and 0.4 decreased significantly, indicating a detrimental effect of tensile mean stress in the SiC_p/Al composite. The modified Goodman relation gave a fairly good estimation of the fatigue strength at 10⁷ cycles in the unreinforced alloy, but significantly unconservative estimation in the SiC_p/Al composite. At R= 0 and 0.4, cracks initiated at the interfaces between SiC particles and the matrix or due to particle cracking and then grew predominantly along the interfaces, because debonding between SiC particles and the matrix occurred easily under tensile mean stress. Such behaviour was different from that at R=?1. Therefore, it was concluded that the decrease in fatigue strength at high stress ratios and the observed stress ratio dependence in the SiC_p/Al composite were attributed to the different fracture mechanisms operated at high stress ratios.     

各向异性复合材料开孔板拉伸强度预测及模型验证

基于有限断裂力学方法建立了一种预测多向复合材料开孔板拉伸强度的通用和半经验模型。该模型同时采用基于应力形式的失效准则和基于能量形式的失效准则预测失效。模型仅需铺层弹性常数、无缺口层合板的强度以及0°铺层的断裂韧性等参数。基于线弹性断裂力学建立了多向复合材料层合板的断裂韧性与0°铺层断裂韧性之间的关系, 进而预测了任意铺层复合材料开孔板发生纤维主导拉伸失效时的强度。将模型预测结果与开孔板拉伸强度的试验数据进行了对比验证, 预测误差最大为9.7%, 与点应力和平均应力等方法的对比表明, 该模型的预测精度高于传统的特征长度方法。      

复合材料三维损伤模型在大开口结构强度预测中的应用

为了预测复合材料大开口结构的强度及损伤扩展情况,开展了3种不同复合材料三维损伤退化模型(瞬间退化模型、渐进损伤退化模型和连续损伤退化模型)在复合材料大开口结构强度预测中的应用研究,完成了含口框加强件的复合材料大开口结构面内纯剪切试验,并采用3种损伤退化模型对试验件及相关文献算例进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果的对比表明:3种损伤退化模型均可以较为精确地预测复合材料大开口结构的极限强度;与其他模型相比,连续损伤退化模型的预测精度最高、通用性最好且网格依赖度最低。研究结果为复合材料大开口结构力学性能的研究提供了理论指导。