工程结构极限承载力上限分析的弹性模量缩减法

基于弹性模量缩减法和基准体法,建立了工程结构极限承载力上限分析的方法。该法结合弹性有限元法进行迭代分析,以广义屈服函数表达的单元承载比作为弹性模量调整的控制参数,根据单元承载比均匀度确定模量调整的阀值——基准承载比,利用单元应变能转化中的能量守恒原理建立单元弹性模量调整策略,通过缩减高应力单元的弹性模量模拟结构弹塑性损...     

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。     

钢桁架结构稳定性与两层面强度优化设计研究

现行桁架结构优化设计方法难以同时满足构件和体系两层面强度需求。鉴于此,利用弹性模量缩减法研究建立了考虑稳定性影响的桁架结构两层面强度优化设计的改进均匀承载法。在桁架杆件的截面轴向强度中引入压杆稳定系数,据此建立考虑稳定性影响的桁架杆件单元承载比计算表达式。根据弹性模量缩减法迭代首步与末步的构件承载比分别确定桁架在构件和体系两个层面的强度系数,建立构件与体系两层面强度之间的显性关系式按照两层面强度系数的目标值调整各构件的截面强度,利用构件承载比均匀度建立桁架结构优化设计的迭代收敛判据。通过对比分析,验证了该文方法建立的结构设计方案,取得了较好经济效果,克服了现行桁架结构优化设计方法难以满足桁架两层面强度需求的缺陷。     

计算加肋轴对称组合壳塑性极限载荷的缩减弹性模量有限元法

基于缩减弹性模量的理念,建立计算加肋轴对称组合壳塑性极限载荷的有限元方法。定义轴对称壳单元的"弹性状态"、"局部屈服状态"和"截面屈服状态",并提出判断条件。提出肋骨单元屈服的判断条件。外载荷分成若干载荷步,分步加载,通过缩减"局部屈服"壳单元和屈服的肋骨单元的弹性模量,模拟组合壳的弹塑性应力状态,直至组合壳达到"截面屈服"的塑性极限状态,从而得到组合壳的塑性极限载荷。编制了有限元计算程序,算例表明该方法计算速度快,计算精度较高,可用于工程计算。     

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。     

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。     

基于平衡向量的刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰法

广义塑性铰法能够保持传统塑性铰的比例特性并据此高效求解杆系结构在多内力联合作用下的极限承载力,克服了传统塑性铰法和精细塑性铰法的局限性。但是由于未考虑前序塑性铰上轴力增量对结构平衡状态的影响,导致刚架结构在部分荷载工况下的计算结果出现较大误差。为此,该文通过建立平衡向量,提出了修正的广义塑性铰法计算格式,从而有效消除了塑性铰上轴力增量导致的不平衡状态及其对计算精度的影响。利用强度折减因子确定各构件在多内力组合作用下的修正截面强度,在此基础上利用齐次广义屈服函数定义单元承载比;根据最大单元承载比及其与外荷载之间的比例关系确定新增塑性铰的位置和荷载增量;进而利用广义屈服准则和转角位移方程建立了平衡向量,据此修正当前加载步的塑性铰位置和荷载增量,从而解决了广义塑性铰法不适用于部分荷载工况的问题;通过与不同方法对比分析,验证了该文方法具有更高的计算精度和计算效率。     

CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的三维非线性分析及试验研究

提出三维虚拟分块破坏分析方法,通过对单元中已破坏的材料分块进行弹模缩减技术处理,并对各载荷步通过迭代不断修正计算模型直至收敛。在对6组不同CFRP粘贴方式加固钢筋混凝土梁进行破坏加载试验研究的基础上,采用此法对结构从开裂直至完全破坏的受力-变形全过程和极限承载力进行了三维非线性分析,比较极限承载力的计算和试验结果表明,二者符合得令人满意。有关研究成果可为混凝土结构加固维修的施工和设计参考。     

高强度双角钢十字组合断面承载力研究

该文结合试验研究和理论分析对双角钢十字组合断面受力性能做了初步探索,分别考察了构件的长细比、肢宽比和填板对承载力的影响。根据薄板能量理论和虚功原理,推导出构件极限承载力公式,提出了适用于工程设计的建议计算方法,并与国内外规范计算结果进行了比较。结果表明:该理论分析模型的适用性较好,建议计算方法对工程设计有一定的适用价值。     

风积砂地基装配式基础下压水平力组合荷载试验

根据塔克拉玛干沙漠腹地2 个装配式基础的现场试验,分析了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基装配式基础的变形、结构受力特性以及地基土压力变化规律,并采用Veisc 理论计算了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基的极限承载力。结果表明,在下压水平力组合荷载作用下:1) 风积砂地基装配式基础顶部竖向和水平方向的位移值相差不大。基础顶部竖向沉降主要由支架压缩量和地基沉降量组成,在极限荷载工况时,角钢支架变形量为风积砂地基沉降量的2 倍~3倍,最终是由于地基的水平承载力不足而使得基础丧失承载能力;2) 角钢支架处于压弯受力状态,在破坏荷载时,尚未达到角钢屈服应力,也未出现压曲失稳;3) 风积砂地基装配式基础的承载性能与基础底板混凝土板条的排列方式有关,平行于混凝土板条轴线方向的水平承载能力高;4) 可采用Vesic理论计算风积砂地基装配式基础在倾斜荷载作用下的竖向下压极限承载力。     

混合结构PBL剪力键的荷载-滑移特征曲线研究

剪力键的荷载-滑移特征是混合结构简化有限元分析的基础。为研究混合结构PBL剪力键(Perfobond strip connectors)群的剪力传递,基于三批24组较大规模的PBL剪力键静载试验,借助于分布式光纤传感测试技术,深入分析了PBL剪力键的受力机理及影响其荷载-滑移的重要因素,提出了PBL剪力键极限承载力的计算公式;根据总体标准差的估算原理及回归分析,归纳出PBL剪力键弹性极限及承载能力极限状态下的荷载-滑移特征,得到了剪力键加载过程的荷载-滑移全曲线表达式。试验研究表明:设置穿孔钢筋的混合结构PBL剪力键具有较高的极限承载力和良好的延性性能,穿孔钢筋对PBL剪力键的荷载-滑移特征影响显著,开孔钢板与外围混凝土间的剪力-摩擦效应是PBL剪力键承载力构成的重要部分;PBL剪力键的弹性极限荷载对应于0.35倍的承载能力极限荷载,其屈服荷载约为极限承载力的0.695倍;荷载-滑移全曲线中弹性段可由直线表征,非线性段曲线服从对数分布。     

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱受力全过程分析

在试验研究的基础上,对外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱这一新型加固形式进行了理论分析,并编制了非线性分析程序BC,根据其计算结果绘制了荷载-挠度全过程曲线,与14根偏心柱试验结果比较,吻合较好。同时在此基础上分析了长细比、含角钢率、含碳纤维布率和偏心距等因素对复合加固偏压构件力学性能的影响。分析结果表明:含碳纤维布率和含角钢率越大,构件长细比以及荷载的偏心距越小,加固效果越好。最后,对外包钢、碳纤维布和混凝土柱之间的粘结和锚固措施进行了分析,结果表明:胶层的弹性模量、胶层厚度、角钢厚度和植筋都是影响复合加固柱粘结的主要因素,对加固柱的破坏形态和承载力有较大影响。     

基于能量法的变截面层合管整体稳定承载力计算方法

为计算变截面层合管杆件整体稳定承载力,提出一种基于能量法的理论计算模型。采用基于三维梁理论的层合管等效抗弯刚度计算方法,计算了等截面段、变截面段的等效工程弹性系数。在考虑剪切变形的影响以及杆件变截面对轴压挠曲线函数影响的基础上,基于能量法推导了变截面杆整体稳定承载力解析公式。以NASA复合材料变截面杆为算例,进行了理论计算和有限元数值模拟,结果显示:同时考虑上述两因素的理论计算结果与有限元结果最为接近,剪切变形对临界承载力的修正可达10%以上,轴压挠曲线函数的变化对承载力的修正约为1%,可忽略。以锥长和锥角为参数,对变截面杆的承载力、体积和承载效率进行双参数分析,发现变截面对弯曲变形能的影响远大于对剪切变形性能的影响,采用变截面形式能够提高层合管承载效率,且一定锥长下存在承载效率最高对应的最优锥角。     

Evaluating the performance of geosynthetic-reinforced unpaved roads using plate load tests

This study evaluates the performance of geosynthetic-reinforced unpaved road sections over soft subgrade using plate load test. The parameters investigated included the location and tensile modulus of geosynthetics, and the number of geosynthetic layers. Stress distribution on top of the subgrade layer and strain distribution along the geosynthetic reinforcements were also investigated. The test results indicated that geosynthetic reinforcement resulted in appreciable reduction of surface deformation and increase of bearing capacity. The test results also demonstrated the effects of geogrid arrangement/location on the performance of unpaved test sections, with double reinforcement location consistently yielded the best improvement. The definite trend of increasing Bearing Capacity Ratio (BCR) and reloading elastic modulus with increasing tensile modulus of geosynthetics was observed when geosynthetics were grouped according to aperture shape and polymer type. The BCR is defined as the ratio of the bearing capacity of reinforced unpaved sections to that of unreinforced unpaved section.     

预应力组合箱梁抗弯能力计算分析

预应力钢-混凝土组合梁作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用,准确计算其抗弯承载能力是工程上最为基本也是最重要的要求。该文以弹性分析理论为基础,推导了考虑交界面相对滑移和预应力增量的预应力组合梁弹性承载能力和挠度计算公式;以完全协同作用和平截面假定为前提,采用简化的塑性理论,推导了考虑预应力增量的极限抗弯承载能力计算公式。公式能够反映预应力组合梁的受力特点,计算结果与试验值吻合良好,满足工程精度。     

钢管再生混凝土长柱偏压性能研究

对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。     

近海大气环境下锈蚀平面钢框架抗震性能试验研究及有限元分析

为研究近海大气环境下锈蚀钢框架结构的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀技术对42件钢材材性试件和4榀平面钢框架进行加速腐蚀试验,然后对不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸破坏试验,获得锈蚀Q235B钢材力学性能指标（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与其失重率的函数关系。并对4榀平面钢框架进行低周往复加载试验,研究了锈蚀对平面钢框架的破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等的影响。结果表明:4榀平面钢框架试件均发生了延性较好的破坏,呈现出混合屈服机制;但随着锈蚀程度的增加,试件承载力、耗能能力显著降低,强度和刚度退化明显,延性变差。在试验研究的基础上,利用通用软件ABAQUS对试验平面钢框架进行了非线性有限元分析,研究了轴压比对其力学性能的影响,结果表明:随着轴压比的增大,试件承载力、延性不断降低。