节段施工混凝土箱梁接缝抗剪性能有限元分析

接缝是预制节段施工桥梁的重要部位,也是薄弱环节,接缝抗剪性能的好坏直接影响桥梁整体的承载能力,然而国内外针对接缝抗剪性能的研究并不多,也没有相应的设计规范。以广州地铁4号线高架区间30 m体外预应力简支梁桥的预制节段施工接缝截面为依托,运用通用有限元分析软件ANSYS进行非线性数值模拟,分析预制节段施工体外预应力混凝土...     

ANSYS在箱梁节段三向预应力分析中的应用

基于重庆石板坡长江大桥复线桥节段张拉及加载试验，建立了大桥节段三向预应力混凝土箱梁的有限元模型，通过非线性数值模拟与试验对比，重点探讨了在竖、纵、横三向预应力作用下，数值模拟在箱梁节段受力性能分析中的适用性。     

基于混凝土损伤模型的PC梁力学性能有限元分析

为了探明混凝土塑性损伤模型中有无损伤因子对无黏结预应力混凝土梁与有黏结预应力混凝土梁力学性能的影响,通过ABAQUS软件对以往两种预应力混凝土试验梁进行有限元数值模拟分析,选择适当单元、预应力筋与混凝土之间的接触讨论有无损伤因子对其力学性能影响分析,并将得出的力位移曲线与试验结果对比。结果表明:(1)两种有限元分析结果的PC梁初期刚度与试验结果基本一致,未考虑损伤因子的有限元模型最大承载力略大于试验结果,考虑损伤因子的有限元模型最大承载力略小于试验结果,但两种模型的最大承载力与试验结果相差不大,表明有限元分析建模是行之有效的;(2)从混凝土、普通钢筋以及预应力钢筋的应力分布来看,考虑损伤因子的模型无论无黏结PC梁还是有黏结PC梁,都更符合PC梁的实际受力状况。     

冻融后预应力混凝土构件受弯性能有限元模拟

为有效研究冻融后预应力混凝土构件受弯性能,利用ANSYS对《冻融后预应力混凝土受弯性能试验及数值模拟》一文中5根试验构件建立有限元模型,采用非线性本构模型,揭示冻融对预应力混凝土受弯构件力学性能影响的变化规律,得到了有限元模拟荷载-位移曲线,并给出了有限元仿真模型命令流,模拟结果能为我国北方地区混凝土结构的塑性极限分析提供参考。     

基于三维弹簧联结模型的装配式叠合梁受力性能数值模拟研究

以预制装配式结构数值模拟方法为基础,结合弹性力学有限元法的基本理论原理,采用ANSYS软件中线弹性弹簧单元COMBIN14组成的三维联结单元模拟预制-现浇混凝土叠合面的相互作用,形成叠合梁三维弹簧联结模型,并对国内三位学者试验叠合梁试件的受力性能进行非线性有限元数值模拟,分析结果表明:构件变形、极限荷载、箍筋应变等内容与试验情况相同,满足计算精度要求,采用三维弹簧单元有限元理论而建立的钢筋混凝土叠合梁数值模拟方法是合理可行的,该方法为后期用有限元分析预制装配式结构受力性能提供了一种可靠途径。     

缓粘结部分预应力混凝土T梁试验研究及有限元分析

为了研究缓粘结预应力混凝土构件的受力性能和使用性能,对3根缓粘结部分预应力混凝土T梁和1根有粘结以及1根无粘结部分预应力混凝土T梁的受力性能进行了对比试验研究。结果表明,缓粘结部分预应力混凝土T梁的受力性能与有粘结部分预应力混凝土T梁极为相似,但明显不同于无粘结部分预应力混凝土T梁。采用有限元软件ABAQUS对缓粘结部分预应力混凝土T梁进行了非线性有限元数值模拟,分析中考虑了几何非线性和材料非线性的影响。选取适当的材料本构关系和单元类型,从梁的变形发展规律、正截面极限承载力和缓粘结预应力筋的应变发展规律等几方面与试验结果进行了对比分析。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

节段预制拼装箱梁桥抗剪性能试验研究

湿接缝纵向拼装的方法在节段预制拼装桥梁中得到广泛应用,但是湿接缝结合面抗剪受力性能研究较为缺乏。以某高速公路20 m装配式预应力混凝土简支箱梁桥为背景,设计了节段预制拼装箱梁桥的抗剪性能足尺模型试验,对桥梁湿接缝节段的抗剪性能进行了研究,建立了试件的有限元计算模型。研究结果表明,现浇接缝和相邻节段预制箱梁的挠度在试验初期变形基本一致;当荷载超过600 kN时,挠度差明显增大;当试验荷载达到1 100 kN时,湿接缝与箱梁混凝土的结合面失去传递荷载的能力,试验模型发生破坏;采用节段预制拼装的箱梁桥,其破坏模式是先结合面开裂后湿接缝混凝土开裂破坏;施加并提高纵向预应力,可以提高拼接箱梁桥结合面开裂后的承载能力。     

体外预应力预制节段高强混凝土梁抗剪性能的试验研究

体外预应力预制节段高强混凝土干接缝梁(下文缩写为ETDJ-PHCSBs)凭借自重轻、施工便捷的优势,已经成为多数工程快速施工的有力竞争方案。在已有的研究中,针对预应力预制节段混凝土梁的抗弯性能的研究较多,针对其抗剪性能的研究相比较为匮乏,对ETDJ-PHCSBs的研究更少,而对于预应力预制节段梁而言,其抗剪性能较为薄弱,是桥梁设计中不容忽视的关键。本试验对包括1根体外预应力高强混凝土整体式简支T梁和4根体外预应力预制节段预应力高强混凝土简支T梁进行了四点加载抗剪试验研究。试验以施工方法、混凝土强度和剪跨比为主要研究参数。试验结果表明:提高混凝土强度可以有效地提高ETDJ-PHCSBs的抗剪承载力。所有试验的试件的剪跨比均与抗剪强度成反比,同等条件下,剪跨比越大,则试件的抗剪承载力越低。本研究成果可供桥梁设计借鉴和参考。     

体外预应力筋加固简支梁的对比分析

运用ANSYS软件进行了不同线型的体外预应力筋加固简支梁的有限元分析。模型中考虑了材料非线性、几何非线性,忽略了梁体与转向块处、体外索的摩擦,将模拟结果与试验梁实测值比较,结果表明有限元模型精度较高,结果吻合良好。利用仿真分析方法,模拟了在施加体外预应力及加载过程中混凝土梁应力、挠度及极限荷载的变化,转向块对应力、挠度等的影响。     

钢筋混凝土简支梁体外预应力加固法的挠度分析

为分析体外预应力加固对钢筋混凝土梁挠度的影响,介绍体外预应力加固混凝土简支梁的试验过程,并采用Ansys有限元软件对试验过程进行模拟,通过试验现象和有限元模拟,对加固前、后混凝土梁的挠度进行分析比较,以此说明体外预应力加固混凝土梁可以减小挠度,有限元可以有效地模拟体外预应力加固梁荷载-挠度的相关曲线,为实际工程提供参考数据。     

混凝土异形柱-钢梁装配式节点受剪性能试验研究

为研究混凝土异形柱-钢梁装配式框架节点核心区的受剪性能,按照预制混凝土异形柱中预埋钢牛腿节点未加强、增配X形筋、增配X形钢板三种方式,分别制作3个预制混凝土异形柱-钢梁节点试件进行拟静力试验,得到其破坏特征、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。由节点剪切变形、节点区钢筋应变、钢板应变测量结果,分析了不同牛腿加设方式对节点核心区受力性能的影响。结果表明：试件位移延性系数在3.22~5.94之间,破坏时位移角都超过1/50,抗震性能良好;牛腿内侧加设的X形钢筋与X形钢板均与节点核心区混凝土协同受力,可有效提高节点核心区受剪承载力。采用有限元软件ABAQUS对采用X形钢板增强的试件进行了数值模拟和参数分析,依据试验分析结果,推导出X形钢板增强的预制异形柱-钢梁混合装配式框架节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值和有限元模拟值吻合较好。     

体外预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究体外预应力混凝土连续梁的弯曲性能、极限受力状态及内力重分布规律,以施工方法和体内外预应力筋配比为参数,对1根整体式(体内外配筋)和2根节段式(体内外配筋和全体外配筋)体外预应力混凝土连续梁进行了模型试验。通过试验数据分析,得到了模型梁挠度、混凝土应变、体外预应力筋应力与有效高度随荷载变化规律,以及混凝土裂缝发展与分布情况。结果表明:整体式梁的混凝土极限压应变和挠度最大、延性较好但体外预应力筋有效高度减少最大,节段式体内外预应力梁的体外预应力筋极限应力最大,节段式全体外预应力梁的混凝土极限压应变和挠度最小、延性较差、体外预应力筋极限应力及有效高度减少也最小。节段式梁的裂缝主要集中在接缝位置、无斜裂缝,接缝位置的塑性变形使内力重分布更充分。整体式梁内力重分布的区域集中而节段式全体外预应力梁的范围较大,各梁控制截面弯矩增、减幅值不超过10%。     

体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿剪切性能研究

为了研究体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿的抗剪性能,对3组足尺单键齿干接缝试件分别在初始1,1.5,2 MPa的正应力作用下进行了直剪试验。同时应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行了仿真,并进一步建模分析键齿尺寸对干接缝键齿强度的影响。试验结果表明,临近键齿根部配置的钢筋能抑制裂缝的发展,进而提高键齿的抗剪承载力,AASHTO公式低估了这种配筋方式下的单键齿干接缝抗剪承载力。随着正应力的增大,单键齿干接缝的极限剪切承载力小幅度提高,其极限剪切竖向相对滑移也增大。有限元分析结果表明,极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验相吻合。梯形单键齿干接缝的适宜梯形底脚范围是45°~60°,在此范围内其抗剪强度变化不大。     

Load carrying capacity of composite beams prestressed with external tendons under positive moment

Tests have been carried out to study the ultimate moment and incremental tendon stress of steel-concrete composite beams prestressed with external tendons under positive moment. It appears that adding prestressing by external tendons of the composite beams can significantly increase the yield load and the ultimate resistance of the beams. The deflection at the serviceability state is also reduced. However, a substantial incremental stress will develop in the tendons at the ultimate state. On the basis of the compatibility of the tendons and the composite beam at the anchorage section, and equilibrium of the internal force, the neutral axis equation of the composite beam section at the ultimate state is derived. The simplified expressions for the ultimate incremental tendon stress related to the ultimate span/deflection value for four typical external tendon cases are developed. The results compare well with the test results and the finite element analysis. A simplified method for predicting the ultimate incremental tendon force and the load carrying capacity of the composite beams prestressed with external tendons is proposed.     

新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

预应力筋面积、预应力筋张拉应力、浆锚钢筋无黏结长度及轴压比是新型混合装配式混凝土剪力墙的重要设计参数。在前期试验基础上,开展考虑不同预应力筋面积的新型混合装配式混凝土剪力墙低周反复荷载试验,并采用Abaqus进行有限元参数分析。试验结果表明：相较现浇对比试件,新型混合装配式剪力墙试件抗裂性能、承载力、刚度均明显提高,位移延性性能及耗能能力接近,在预拉力不变的条件下,预应力筋面积变化对试件性能影响较小;有限元参数分析结果表明,预应力筋张拉应力与轴压比的变化将明显影响新型混合装配式混凝土剪力墙的强度与刚度,且均呈正相关关系,而预应力筋面积、浆锚钢筋无黏结长度影响则不够明显。综合分析认为,对于试验涉及的新型混合装配式混凝土剪力墙,建议预应力筋根数取3根,初始张拉力宜为416.6kN,浆锚钢筋无黏结长度宜为150mm。     

装配式人工消能塑性铰节点低周往复#br# 试验数值模拟研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对梁、柱构件震后损伤严重等问题,提出一种人工消能塑性铰(artificial dissipative plastic hinge,简称ADPH)装配式混凝土框架节点,人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加消能钢板连接的节点构造。使用ABAQUS软件对2组ADPH节点及1组RC节点在低周往复荷载下的试验进行数值模拟分析,分析结果表明:数值模拟得到的塑性应变、损伤位置、破坏模式、滞回曲线等结果与节点试验结果吻合较好,表明ADPH节点的有限元模拟方法是可行的,结果具有一定可靠性;引入ADPH节点的关键参数——屈服弯矩降低系数γ,通过10组不同附加钢板的ADPH节点的滞回往复试验模拟,对参数γ的取值进行分析研究,结果表γ近似取在0.75～0.85时,可使得ADPH节点有效控制塑性损伤发生在附加钢板上,并发挥附加钢板的耗能能力。     

局部外包钢管装配整体式柱抗震性能试验研究

提出一种高强复合螺旋箍筋约束混凝土、外包钢板箍和横穿栓筋连接的新型装配整体式柱。通过对不同钢板箍厚度和轴压比下的3个装配式长柱与1个现浇长柱进行拟静力对比试验,证明这种装配整体式柱抗震性能良好,节点连接安全可靠,可以代替现浇整体柱。以钢板箍厚度与轴压比为研究变量,利用ANSYS对柱的滞回性能进行对比分析,研究结果表明:数值模拟与试验吻合较好,提出的装配整体式柱ANSYS数值分析模型合理可行,可运用ANSYS程序对装配整体式柱结构进行有限元数值模拟和受力性能研究分析。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点拟静力试验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了组合框架节点的数值计算模型,对该组合框架节点在水平荷载作用下的受力非线性行为进行了有限元分析,获取了组合框架节点的破坏过程、破坏形态、应力云图、荷载-位移曲线及荷载特征值,并对节点的承载力计算值与试验值进行了比较,验证了有限元计算模型的合理性,进而分析了有限元拓展参数对组合框架节点受力性能的影响规律。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟该组合框架节点在水平荷载作用下的受力性能;另外,提高再生混凝土强度或者箍筋强度对组合框架节点的抗剪承载力是有利的,但节点的延性变形能力有所降低;组合框架节点的抗剪承载力随着型钢强度的提高而显著增加,但节点的变形能力变化不大;增加体积配箍率或型钢配钢率可以明显提高组合框架节点的抗剪承载力和变形能力。     

Mechanical performance test and finite element analysis of prefabricated utility tunnel L‐shaped joint

In order to promote the industrial production of utility tunnel, based on the actual prefabricated utility tunnel engineering background, two types of precast L‐shaped joint with end boundary elements are experimentally studied. In this paper, two precast L‐shaped top plates with the haunch zone and two precast L‐shaped bottom plates without haunch zone were designed. These two types of specimen were tested to investigate the mechanical performance of precast L‐shaped joint under different load combination effects. There were no obvious phenomenon in the whole opening test, and the most unfavorable load combination was in the elastic stage. In the closed test, the average ultimate bearing capacity of the prefabricated top and bottom plant specimens decreased by 2% and 1%, respectively, compared with the cast‐in‐place specimens, and the average ductility coefficients of the top and bottom plates are 5.78 and 2.73, respectively. It is also found that the setting of the haunch zone can improve the bearing capacity. The bending capacity of prefabricated L‐shaped joints calculated by the Chinese code's recommended formula is conservative, and the ratio of the test value to the calculated value is about 1.5. Finally, the reinforcement arrangement of the prefabricated specimens in the closed test was optimized by finite element software. It can be considered that changing the diameter of the reinforcements in the concrete compression zone to 16 mm will not affect the mechanical properties of precast joints.     

Finite element modeling of concrete beams prestressed with external tendons

In this study, a numerical model based on the finite element method incorporating an arc-length solution algorithm for materially and geometrically nonlinear analysis of concrete beams prestressed with external tendons is established. The second-order effects are taken into account. The effects of external tendons are expressed by equivalent nodal loads of the beam element and therefore analysis of externally prestressed concrete beams can be conducted with the ordinary bonded concrete beams. The section tangent stiffness matrix is derived by the layered approach, and then the nonlinear beam flexural theory is utilized to determine the element tangent stiffness matrix. An updated normal plane arc-length solution algorithm is used to trace the nonlinear response of the beams from zero loads up to ultimate loads. This algorithm can deal well with the changes of response during loading, so that the possible limit points on the load–deflection response prior to the ultimate limit state can be easily passed. Results predicted by the analysis are in good agreement with the experimental data.