钢筋混凝土边节点承载力有限元分析

运用大型通用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土边节点进行非线性有限元分析,对试件梁端进行单向加载。分析边节点试件的荷载位移曲线,提取节点核心区混凝土应力云图以及模型中钢筋的应力分布图。改变边节点试件梁内纵筋配筋率,对比各试件的荷载位移曲线。分析结果表明:节点核心区混凝土由斜压杆模型承担剪力作用,随着纵筋配筋率的变化,节点试件承载力增加。     

均布荷载作用下高强钢筋混凝土深梁受剪性能研究及有限元分析

采用八点集中加载方式模拟均布荷载作用,完成7根高强钢筋混凝土深梁受剪性能试验。试验参数为纵筋配筋率、水平腹筋配筋率和竖向箍筋配筋率,分析这些参数对深梁受剪承载力的影响规律。在此试验基础上,建立ANSYS有限元模型,并采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的计算式,对深梁受剪承载力进行计算,将有限元计算结果及规范计算结果与试验值进行对比分析。研究结果表明：均布荷载作用下的高强钢筋混凝土深梁,随着3种配筋率的增大,极限承载力显著提高;ANSYS计算结果接近试验值,有限元模型能够合理反映深梁构件的受剪机理;对于受均布荷载作用下的深梁,我国规范计算结果较为保守。     

纵筋率对有腹筋约束梁受剪性能影响的研究

通过集中荷载作用下五根不同单侧纵筋配筋率的有腹筋约束梁在负筋截断时的试验,研究了在纵筋截断下有腹筋约束梁的受剪破坏全过程及纵筋配筋率对抗剪强度的影响。     

腹筋对轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应影响的试验研究

完成对称集中荷载作用下的8根轻骨料混凝土深受弯构件及2根普通混凝土深受弯构件受剪性能试验,分析了腹筋配筋率及截面高度对破坏过程及形态、荷载 跨中挠度曲线、特征荷载、斜裂缝发展趋势、纵筋及腹筋应变等的影响机制与规律,重点明确了腹筋对深受弯构件抗剪承载力及尺寸效应影响的作用机理。为合理量化腹筋在传力机制中的贡献,建立以腹筋作为竖向拉杆的改进拉-压杆模型(STM),结合对典型压杆有效系数模型的分析和评价,验证了改进STM的有效性。试验结果表明：试件主要发生剪压破坏,其破坏形态与截面高度无关,腹筋可有效约束混凝土剥落;随腹筋配筋率增大,名义开裂/极限强度呈增大趋势,而最大斜裂缝宽度随之降低;腹筋可在抵抗斜截面内部分拉应力的同时对压杆形成有效侧向约束,削弱尺寸效应影响。计算结果表明：与简化STM相比,改进STM能够合理反映腹筋配筋率对受剪承载力的影响,基于ACI 318.19压杆有效系数的改进STM的预测值与试验值吻合良好。     

纵筋配筋率对无腹筋钢筋混凝土梁受剪性能的影响研究

为研究纵筋配筋率在集中荷载作用下对无腹筋钢筋混凝土简支梁受剪性能的影响,收集整理了719根发生剪切破坏的无腹筋钢筋混凝土细长梁的试验数据来进行分析,并探讨了我国规范GB50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)中的计算公式在反映纵筋配筋率对受剪承载力的影响方面的效果。分析结果表明,纵筋配筋率对无腹筋混凝土简支梁受剪承载力影响显著,尤其在纵筋配筋率较小时,但不同剪跨比下影响有较大差异。《混凝土结构设计规范》在预测较小纵筋配筋率下无腹筋混凝土构件受剪承载力时,偏于不安全。     

轻骨料混凝土深梁抗剪性能研究

通过搜集到的53根无腹筋轻骨料混凝土抗剪试验数据,结合对混凝土深梁的理解,分析了混凝土强度、剪跨比、纵筋配筋率和截面高度对集中荷载作用下的轻骨料混凝土深梁的抗剪性能的影响,并根据我国现行规范的要求,对试件进行了抗剪承载力的分析,分析结果表明:我国规范预测结果的准确度和离散程度均不够理想,关于无腹筋轻骨料混凝土深梁抗剪承载力的研究还有待进一步的完善。     

GFRP筋加固混凝土板的试验分析

本文介绍了GFRP筋混凝土板和钢筋混凝土板的试验室抗弯试验,描述了试件的受力～变形过程和破坏形态,对两种混凝土板的开裂荷载和极限荷载、挠度以及混凝土的应变进行了对比和分析。同时,对不同配筋率GFRP筋混凝土板进行了有限元模拟试验,探讨了配筋率对GFRP筋混凝土板刚度的影响,给出了GFRP筋混凝土板开裂后抗弯刚度的计算公式。     

预应力腹板开洞组合梁非线性有限元分析

为研究预应力腹板开洞组合梁在静载作用下的受力性能,以通用有限元程序ANSYS为平台,提出了用于模拟预应力腹板开洞组合梁非线性全过程受力行为的精细有限元模型,并对预应力腹板开洞组合梁的承载力影响参数(预应力筋布置形式、预应力筋初始张拉力、混凝土板配筋率、栓钉布置)进行了分析。研究结果表明:施加预应力能明显提高腹板开洞组合梁的刚度和承载力,而且扩大了组合梁的弹性承载力;增加混凝土板的配筋率能有效提高组合梁的变形能力并减少混凝土板的裂缝;增加栓钉的数量能减小组合梁的界面滑移,并能提高预应力腹板开洞组合梁的刚度和承载力。     

配筋率对高强钢筋UHPFRC梁抗剪性能的影响

为了研究HRB500级高强钢筋超高性能纤维混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变纵向受力钢筋配筋率和剪跨比,对6根在集中荷载下的UHPFRC简支梁进行受剪破坏试验,对比分析不同剪跨比下配筋率对试验梁破坏形态、斜裂缝宽度、开裂荷载和极限荷载等的影响。研究结果表明:在试件的加载过程中,试验梁的腹剪斜裂缝发展成临界斜裂缝;纵筋率对试验梁的破坏形态有一定影响,对斜裂缝的开展有一定的抑制作用;随着纵筋率的提高,开裂荷载增大,斜裂缝宽度在相同荷载下减小,主斜裂缝的倾角减小。     

BFRP筋再生混凝土无腹筋梁挠度试验研究

通过7根BFRP筋和3根钢筋再生混凝土无腹筋梁四分点加载试验,对比分析了纵筋种类、剪跨比、BFRP筋配筋率、再生混凝土抗压强度对BFRP筋再生混凝土梁跨中挠度的影响。结果表明:钢筋屈服前,BFRP筋梁跨中挠度随荷载增加的斜率比钢筋梁大;钢筋屈服后,BFRP筋梁荷载-跨中挠度曲线的切线刚度比钢筋梁大;在同种荷载作用下,试件的跨中挠度随配筋率的增大而减小,随剪跨比的增加而增大;再生混凝土抗压强度对试验梁跨中挠度无明显影响。参照不同设计规范对BFRP筋梁跨中挠度进行了计算,结果表明:在50%极限荷载、70%极限荷载和极限荷载下,ACI 440.1R-03规范值与试验值吻合较差,GB 50608—2010规范对挠度的计算更合理,建议采用GB 50608—2010规范对BFRP筋再生混凝土无腹筋梁跨中挠度进行计算。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

既有剪力墙开洞粘钢加固模拟研究

针对一个既有建筑物中出现的剪力墙开洞问题,运用ANSYS建立了剪力墙开洞粘钢加固前后的有限元模型,从侧移与承载力方面研究其加固效果。结果表明:既有剪力墙开洞后,墙体的承载力下降较多,墙体的顶点最大位移超过规范要求;在洞口的右上角、左下角有明显的应力集中现象;当在洞口四周及墙肢外框对开洞剪力墙进行粘钢加固时,增强了洞口周围薄弱区域,减少了加固前洞口应力集中,其承载力、侧移均满足规范要求。     

纤维增强混凝土耗能墙-钢筋混凝土框架结构抗震性能数值研究

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究的基础上,考虑了RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率、框架柱截面尺寸三个因素,进行了有限元模拟分析。结果表明:建立的HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模型较为准确,有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着RC框架混凝土强度等级的提升,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着框架柱配筋率和框架柱截面尺寸的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显提高,极限位移也有所增加;为了保证此类结构的抗震性能,针对RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率和框架柱截面尺寸,提出了可供设计参考的相关建议值。     

Seismic behavior of L-shaped concrete-filled steel tubular columns with reinforcement stiffeners

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合OpenSees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。     

密肋复合墙体压弯剪复合受力性能非线性数值分析

应用通用有限元程序ANSYS,采用"实体单元-组合式配筋"计算模型,以墙体剪跨比、边框柱截面尺寸及配筋率作为变化参数,对墙体压弯剪复合受力性能进行非线性有限元分析。通过对不同墙体模型的承载力以及墙体截面正应力和应变等计算结果的分析,研究较大剪跨比密肋复合墙体的破坏形态及特征、受剪及受弯承载力的影响因素、压弯极限状态下墙体的应力及应变特征,为复合墙体正截面压弯承载力计算公式及构造措施的建立提供依据。经对比分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好。因此,采用提出的有限元模型及方法得出的密肋复合墙体压弯剪复合受力性能的非线性有限元分析结果是可靠且可信的。     

钢带加强螺钉孔型冷弯型钢组合墙体抗震性能

为研究钢带加强螺钉孔对冷弯型钢组合墙体抗震性能的影响,对3个冷弯型钢组合墙体足尺试件进行低周反复加载试验,分析该加强形式对冷弯型钢组合墙体的破坏模式、侧向刚度、承载能力、延性以及耗能性能的影响。同时采用有限元软件OpenSEES对墙体进行数值分析。结果表明:钢带加强螺钉孔型冷弯型钢组合墙体的破坏形式仍然为螺钉连接失效和板缝滑移,钢带能够使覆面板的螺钉连接处得到加强,从而提高组合墙体的抗侧刚度和受剪承载力; 与螺钉孔未进行钢带加强的墙体试件(HS-140-A)相比,2个加强式的组合墙体试件(HS-140-B,HS-140-C)受剪承载力分别提高了32.5%,58.1%,抗侧刚度分别提高了31.7%,59.3%; 螺钉孔由钢带加强后,墙体试件的耗能性能显著提升; 3个试件的延性系数均大于8,呈现出良好的变形能力; 有限元模型能反映螺钉连接非线性行为对墙体滞回性能的影响,有限元分析结果与试验结果的相对误差控制在10%以内,模型具有较好的精度。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

基于纤维梁柱单元的RC带翼缘剪力墙抗震性能分析

为高效准确地模拟钢筋混凝土构件在复杂荷载作用下非线性行为,采用OpenSees中基于刚度法的纤维梁柱单元,建立一种考虑弯曲和剪切共同作用的RC带翼缘剪力墙非线性分析模型,并对已完成的4个不同边缘构件和截面形式的RC带翼缘剪力墙的拟静力试验进行数值模拟;通过比较数值模拟结果与试验结果,验证有限元模型的准确性;通过有限元分析,研究轴压比(0.1~0.3)、剪跨比(1.8~3.0)、翼缘宽度与腹板高度比(0.5~1.1)、混凝土强度(C30~C45)、纵筋配筋率(0.73%~2.22%)以及箍筋配箍率(0.74%~5.19%)对RC带翼缘剪力墙抗震性能的影响。研究表明：随着轴压比、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度以及纵筋配筋率的增大,带翼缘剪力墙的承载力逐渐增大,其极限变形能力在翼缘受拉方向也相应增大,而在翼缘受压方向不断减小。剪跨比的增大使得带翼缘剪力墙的承载力明显减小,但是变形能力大幅提高。箍筋配箍率的提高可以有效延缓带翼缘剪力墙翼缘受拉方向的破坏。     

双翼缘荷载作用下腹板开洞冷弯型钢截面的腹板压屈(2):参数研究和设计公式

采用有限元法对开洞腹板压屈冷弯型钢截面进行参数研究,在内部双翼缘(ITF)受荷和端部双翼缘(ETF)受荷工况下,验证腹板开洞和截面尺寸对承受腹板压屈的槽形截面腹板的压屈强度的影响。在这2种荷载工况下,开洞位于承重板下方中部。研究证实,影响腹板压屈强度的主要因素是开孔深度与腹板厚度的比值及承重板长度与腹板厚度的比值。与试验及有限元结果相比,该文以腹板压屈强度折减系数的形式给出的设计建议较保守。