钢筋混凝土矩形薄板徐变效应分析

基于弹性薄板理论和按龄期调整的有效模量法思想,分析钢筋混凝土矩形薄板徐变效应,建立了考虑混凝土徐变和钢筋约束影响的时变弹性曲面微分方程,并给出了四边简支和四边夹支的钢筋混凝土矩形薄板的徐变效应计算公式,可方便求解任意时刻薄板挠度和混凝土、钢筋的应力.     

热环境下混凝土矩形薄板在弹性地基上的振动

基于刚性板的小挠度理论，考虑混凝土的材料非线性，推导了双参数弹性地基上混凝土矩形薄板热弹性问题的动力方程。采用级数法，导出了热环境下双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板的固有频率计算公式和强迫振动下的挠度函数。为便于工程应用，给出了双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板在恒向变温和温度均匀变化时的固有频率和均布荷载作用下的挠度函数。针对Winlder弹性地基的情况，讨论了板的材料弹性常数、几何尺寸（长宽比）、相对厚度、刚度系数k和温度对薄板固有频率和挠度函数的影响，从而为工程结构中热环境下弹性地基上混凝土矩形薄板的振动计算提供了理论依据。     

三边固支一边自由混凝土矩形薄板的热弯曲

为了得到温度作用下三边固支一边自由混凝土矩形薄板的挠度和弯矩解析解。该文基于薄板的小挠度理论和叠加原理,考虑横向变温情况,将温度作用下的三边固支一边自由矩形薄板看作是面内温差作用下的三边简支一边自由的矩形薄板和相邻三边作用弯矩的三边简支一边自由矩形薄板的叠加。首先,通过在自由边界上试设具有待定参数的挠度函数,采用李维解法,推导出三边简支一边自由矩形薄板在自由边界挠度函数作用下的解析解;其次,推导出温度作用下三边简支一边自由矩形薄板的解析解;再之,利用相邻三边弯矩作用下四边简支矩形薄板的解答,推导出相邻三边弯矩作用下三边简支一边自由矩形薄板的解答;最后,采用叠加原理得出横向变温作用下三边固支一边自由矩形薄板的挠度和弯矩解析解,并利用MATLAB编制程序得到横向变温作用下三边固支一边自由矩形薄板的计算系数用表,从而为以后工程结构中三边固支一边自由混凝土矩形薄板在热环境下的设计计算提供了理论依据。     

集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板的线性弯曲问题

采用载荷叠加法将集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板线性弯曲的挠度分为3个部分:集中载荷下四边简支板的挠度、上下边简支左右边受弯矩的板的挠度、左右边简支上下边受弯矩的板的挠度,3个挠度之和在满足固支边界条件的情况下即为所要求的挠度的解。采用MATLAB软件编写程序进行计算,并将相同长宽的板在4种不同的厚度和载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,验证了解析解的正确性。最后讨论了经典的Kirchhoff薄板假设对于集中载荷的适用性问题。     

四边简支钢筋混凝土矩形薄板的热屈曲

基于刚性板和小挠度理论,考虑混凝土的材料非线性,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的平衡方程和稳定方程。给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在横向变温和温度均匀变化时临界屈曲温度变化的封闭解,并对工程中常见的钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的临界屈曲温度变化进行了计算,讨论了板的材料常数、长宽比和相对厚度对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度变化的计算提供了理论计算依据。     

体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究

进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。     

压电元件驱动的功能梯度弹性薄板的屈曲

考虑功能梯度薄板,其上下表面嵌有压电执行元件.根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效电载荷.假设梯度材料的弹性参数为板厚度方向坐标的幂函数,基于经典板理论,导出了功能梯度弹性薄板小挠度屈曲平衡微分方程.利用双三角级数展开法,得到了四边简支具有压电元件的功能梯度矩形板的临界屈曲载荷,在此基础上通过数值例子讨论了弹性板的几何尺寸、材料梯度指数的变化对临界电压(载荷)的影响.研究结果表明,材料的梯度指数对临界电压有重要影响,并且通过调整作用于执行元件上的电压的大小和方向,可实现对结构稳定性的有效控制.     

分布式连接全装配RC楼盖竖向承载力与变形分析

在分布式连接新型全装配RC楼盖中,板与板之间通过连接件连接实现横板向传力。为研究新型楼盖竖向承载力计算方法,进行了新型楼盖在竖向荷载作用下的内力与变形分析。结果表明:基于正交各向异性弹性薄板小挠度理论和单三角级数法得到四边简支新型楼盖在竖向均布荷载作用下的弯矩与挠度表达式,提出了新型楼盖横板向刚度计算方法,并通过与试验和有限元结果对比,验证了所提方法的准确性;新型楼盖的挠度在两个方向呈空间抛物面分布,表明新型楼盖具有良好横板向传力性能;板缝连接可有效传递板内弯矩,但正交的两个方向弯矩传递效果存在差异,表现为顺板向弯矩的传递效果优于横板向。研究成果可为分布式连接全装配RC楼盖的研究和应用提供参考。     

均匀热环境下四边固支矩形PCB薄板的自由振动

表面贴装形式中PCB板可简化为四边固支矩形薄板。基于刚性板的小挠度理论,推导了热载下四边固支矩形PCB薄板的自由振动微分方程。从微分方程中得出,热载下的PCB薄板等效于面内受均布张力的薄板,进而通过结构力学方法将热载下四边固支薄板振动问题转换为受面内均布张力固支薄板振动问题。利用虚位移理论,得出了温度沿厚度均匀线性变化的热载下四边固支矩形PCB薄板固有频率和自由振动的挠度值的计算方法。讨论了热载下温度、薄板的几何尺寸对矩形PCB薄板自由振动固有频率的影响。结论可为矩形PCB薄板在热载下的振动分析以及固有频率计算提供方法上的参考。     

带孔洞损伤弹性矩形板的屈曲

应用弹性微结构理论,建立了具有广义力场的损伤线弹性材料的基本方程。应用板小挠度理论,给出用挠度和损伤表示的薄板的平衡方程和损伤控制方程。在满足位移和损伤的几何和自然边界条件下,给出了挠曲面函数和损伤函数。最后应用Galerkin方法,分别求出四边简支的损伤弹性板在单向受压和纯剪切状态下的屈曲荷载。     

Tests of continuous concrete slabs reinforced with carbon fibre reinforced polymer bars

Although several research studies have been conducted on simply supported concrete elements reinforced with fibre reinforced polymer (FRP) bars, there is little reported work on the behaviour of continuous elements. This paper reports the testing of four continuously supported concrete slabs reinforced with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) bars. Different arrangements of CFRP reinforcement at mid-span and over the middle support were considered. Two simply supported concrete slabs reinforced with under and over CFRP reinforcement and a continuous concrete slab reinforced with steel bars were also tested for comparison purposes. All continuous CFRP reinforced concrete slabs exhibited a combined shear–flexure failure mode. It was also shown that increasing the bottom mid-span CFRP reinforcement of continuous slabs is more effective than the top over middle support CFRP reinforcement in improving the load capacity and reducing mid-span deflections. The ACI 440.1R–06 formulas overestimated the experimental moment at failure but better predicted the load capacity of continuous CFRP reinforced concrete slabs tested. The ACI 440.1R–06, ISIS–M03–07 and CSA S806-06 design code equations reasonably predicted the deflections of the CFRP continuously supported slabs having under reinforcement at the bottom layer but underestimated deflections of continuous slabs with over-reinforcement at the bottom layer.     

火灾下邻边简支邻边固支双向板极限承载力的能量计算法

对2个足尺邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板试件进行了抗火试验,介绍了试验炉及试件设计、试验方案及观测内容和方法,描述了试验现象、裂缝及邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板的破坏特征,研究了受火过程中沿板厚度的温度场分布规律及板的竖向和水平变形,分析了受火过程中固支边的内力重分布;试验结果表明,未受火面裂缝最终形成半椭圆形破坏模式。在试验基础上,给出了火灾作用下邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板极限承载力的新能量法计算模型,该模型假定火灾作用下板的张拉薄膜效应在塑性铰线形成后出现,且张拉薄膜效应为塑性铰线上屈服钢筋伸长所做塑性功提供。该模型计算结果与试验结果吻合很好,而基于塑性铰线理论的传统能量法计算值偏保守。     

体外预应力角隅矩形齿块锚固区的拉压杆模型及配筋设计

针对体外预应力混凝土箱梁桥中的角隅矩形齿块锚固区,研究了拉压杆模型构形及其配筋设计方法。首先通过应力场分析、传力路径的拓扑优化找形以及抗剪钢筋作用机理分析,揭示了产生局部拉应力集中的四种作用效应以及锚固力由承压面经角隅齿块向壁板传递过程中的两种荷载传递机制。同时,利用有限元数值分析结果,拟合出锚固力在箱梁腹板与翼板间分配比例的计算公式,在此基础上,构建两个平面内的精细化桁式拉压杆模型以恰当反映角隅齿块各部位受拉、受压、受剪规律及配筋设计需求。以所提出的拉压杆模型为基础,并结合美国AASHTO 桥梁设计规范,给出了角隅矩形齿块锚固区的配筋设计方法,设计示例表明该方法具有良好的实用性,可供工程设计参考。     

矩形钢筋混凝土双向板板底塑性弯矩比设计取值研究

提出了通过调整板底塑性弯矩比控制板底裂缝宽度的概念;基于薄板理论的Navier解建立了提高钢筋混凝土板板底抗裂性能的板底塑性弯矩比值公式;基于塑性铰线理论,给出了保证配筋量最少的板底塑性弯矩比值公式。通过对比,给出了工程中板底弯矩取值的建议公式。     

Experimental testing of reinforced concrete slab behaviour under long‐term load

The paper presents the results of experimental testing of reinforced concrete rectangular slab under long‐term load and unload. The slab is freely supported at corners. Reinforcement is placed in the bottom and upper zone, different in each direction. The slab was subjected to high long‐term load for a year. Afterwards, it was unloaded. Slab displacements at different points have been monitored throughout the year and a half, as well as concrete and reinforcement strains at several measuring points.     

足尺钢框架结构中楼板火灾行为数值分析

为研究受火跨位置和数量对结构中混凝土楼板火灾行为影响,基于Vulcan软件,采用厚板单元和梁柱杆单元,结合EC2材料高温本构模型,对钢框架结构中受火顶层楼板(角区格和中区格)和第二层楼板(四区格)的温度和变形进行数值模拟,分析了混凝土膨胀应变对火灾下结构中楼板受火区格变形的影响规律,考察了受火板格薄膜机理、裂缝分布和钢梁内力发展规律。结果表明:楼板温度和变形计算结果与试验结果总体吻合较好,且混凝土膨胀应变对结构中受火区格跨中变形有决定性影响,即膨胀应变取值较大时,计算变形较大;边界条件对受火板格薄膜机理和裂缝分布有决定性影响,且受火板格可分为环型、对边U型和对角U型三种薄膜机理;受火板格附近钢梁弯矩和轴力逐渐增加,且钢梁轴力增加幅度相对较大。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯力学性能试验与计算

活性粉末混凝土(RPC)与普通混凝土(OC)相比,具有超高的强度、高韧性和优异的耐久性,其构件承载力与刚度计算方法必然不同于普通混凝土构件。该文对4根钢筋活性粉末混凝土简支梁开展受弯性能足尺试验,获得了梁的开裂弯矩、极限弯矩及荷载-跨中位移曲线,揭示了RPC简支梁受弯变形特征与破坏模式,推导了钢筋RPC简支梁的开裂弯矩与正截面受弯承载力计算公式。结果表明:钢纤维RPC极限压应变为4394με～5200με,开裂应变为690με～820με,均远大于普通混凝土;由于添加了钢纤维,公式推导时必须考虑RPC拉区拉应力的影响,推导所得开裂弯矩、正截面受弯承载力及刚度公式计算值与试验值吻合较好,计算公式具有较高的精度,可用于钢筋RPC梁的设计计算。     

Deflection relationships between classical and third-order plate theories

Summary In this paper the differential relationship between the deflections of the classical Kirchhoff and third-order Reddy plate theories is developed, and it is used to determines the relationship between the deflections of polygonal plates with simply supported boundary conditions. As an example, the deflection of a simply supported rectangular plate using the third-order plate theory is obtained from the relationship developed herein. The relationship indicates that the third-order theory yields virtually the same solution as the first-order theory for simply supported rectangular plates.     

单向面内约束混凝土双向板抗火性能试验研究及数值分析

为了分析简支板受到单向面内约束作用下的火灾行为,对两块足尺混凝土双向板进行了面内荷载和竖向荷载共同作用下的火灾试验。研究了双向板在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、钢筋温度、板平面内外变形以及板角平面外约束力变化规律,并与相关试验进行对比。在此基础上,基于EC2和ASCE本构模型,编程对试验板温度场、变形行为和力学机理进行了数值分析。结果表明:当板受到单向面内约束作用时,其裂缝模式及变形规律与四边简支板明显不同,且易出现完整性破坏;板角裂缝分布情况对板角约束力有重要影响;本构模型对火灾下约束板的力学机理影响较大。