钢筋混凝土柱纯扭破坏尺寸效应数值分析

纤维增强聚合物(FRP)筋作为非腐蚀材料替代钢筋已成为解决锈蚀问题的创新方案,被应用于预应力结构、海洋平台、沿海码头和长期处于浸蚀性化学环境的构件中。关于FRP筋混凝土构件的纯扭承载力设计方法只有加拿大规范CSA S806-12提出,且以借鉴现有的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算公式的形式给出,考虑了FRP筋与钢筋间材料力学参数的区别。该文通过已验证了的三维细观数值模拟方法,研究了最大横截面宽度为1000 mm的FRP筋混凝土柱纯扭破坏行为,揭示了其名义抗扭强度尺寸效应规律。基于模拟数据,对比了现有的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算公式,并在中国规范GB 50010−2010关于钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法的基础上,提出了考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力的计算方法。通过对比现有的试验数据,验证了所提公式的正确性和合理性。

     

结构尺寸对RC柱剪扭复合受力抗震性能影响分析

在地震水平作用下,曲线梁桥的桥墩、不规则钢筋混凝土(RC)框架结构的边柱、角柱等受力构件,由于上部结构的重心偏心,使构件处于剪扭复合受力状态,而产生脆性破坏,脆性破坏往往会加剧钢筋混凝土构件的尺寸效应行为。为探究剪扭荷载相互作用下钢筋混凝土柱的抗震性能和尺寸效应,建立了不同扭弯比的钢筋混凝土柱剪扭复合受力三维细观数值模型,模拟分析了扭弯比对RC柱剪扭复合受力抗震性能和尺寸效应的影响。研究结果表明:在剪扭复合荷载作用下,钢筋混凝土柱破坏更具脆性,承载能力降低;扭弯比的增大导致构件变形能力,延性能力和耗能能力下降;扭矩的存在,在一定范围内增强了钢筋混凝土柱抗剪强度的尺寸效应。对比并修正了中国规范提出的剪‐扭承载力相关方程,保证了预测结果的安全度。     

钢筋混凝土柱偏心受压力学性能的细观数值研究

钢筋混凝土构件的宏观力学性能由其组分-钢筋和混凝土两部分的力学性能决定。结合混凝土细观结构形式,认为混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料,假定钢筋与混凝土之间完好粘结,基于钢筋混凝土柱偏心受压试验,建立了钢筋混凝土柱偏心受压加载下力学特性及破坏行为研究的细观尺度力学分析模型。通过对混凝土方形和矩形试件进行受压力学特性模拟,采用反演法确定了界面的力学参数,进而模拟了钢筋混凝土柱偏心受压加载下的宏观力学性能。结果表明,相比于宏观尺度模型,细观数值分析模型能够充分体现材料的非均质性,能够较好的模拟试件的宏观力学性能,并且能够细致的描述裂缝发展及试件破坏过程,与试验结果吻合良好。该文建立的细观尺度分析模型与方法,为钢筋混凝土构件层次宏观力学非线性及其尺寸效应研究提供了理论支持。     

钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏及尺寸效应律研究

相比于混凝土材料,钢筋混凝土构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料层次的尺寸效应理论难以描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为。为研究钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏的尺寸效应行为,从细观角度出发,建立了钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。结合现有试验数据,验证了细观模拟方法的可行性与合理性,进而拓展模拟与分析了剪跨比及配箍率对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为的影响规律,发现：剪跨比对悬臂梁抗剪承载力有较大影响,对尺寸效应的影响很小;配箍率的增大提高了悬臂梁抗剪承载力,同时削弱了梁的抗剪强度尺寸效应。根据剪跨比及配箍率对悬臂梁抗剪强度的影响机制与规律,基于Bažant材料层次尺寸效应律,建立了钢筋混凝土悬臂梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比模拟结果及试验数据,验证了所提尺寸效应理论公式的准确性与合理性。     

BFRP筋混凝土深梁动态剪切破坏尺寸效应模拟EI北大核心CSCD

为研究玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋混凝土深梁动态剪切破坏机制及其尺寸效应规律,考虑混凝土非均质性、混凝土/BFRP筋相互作用以及混凝土和BFRP筋在材料层面的应变率效应,建立了BFRP筋混凝土深梁细观尺度三维数值模型。利用已有的试验数据验证了该数值模拟方法的合理性和准确性,采用该方法研究了不同尺寸但几何相似的BFRP筋混凝土深梁在不同应变率下的剪切破坏模式及失效机制。分析了截面尺寸、配箍率、应变率对BFRP筋混凝土深梁剪切破坏及相应尺寸效应规律的影响。结果表明:动载下梁的破坏模式与静载时存在较大差异,但均表现出尺寸效应;增大应变率及配箍率均能有效提高梁承载力且削弱剪切尺寸效应,但应变率的作用程度明显大于配箍率。     

钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析

钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明：1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。     

钢筋混凝土梁动态剪切性能及尺寸效应细观研究EI北大核心CSCD

基于ABAQUS有限元数值计算平台,考虑混凝土材料的非均质性以及钢筋和混凝土的应变率效应,建立了钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁三维细观数值分析模型,探究了RC梁在不同应变率和配箍率条件下的剪切性能及其尺寸效应行为。结果表明:剪切承载力随着应变率和配箍率的增加均有不同程度的提高;名义抗剪强度随梁高的增大而减小,存在显著的尺寸效应现象;应变率和配箍率的增大一方面可以提高RC梁的名义抗剪强度,另一方面会削弱名义抗剪强度的尺寸效应行为;提出的RC梁静/动态剪切统一尺寸效应律同时考虑了尺寸效应、应变率效应和配箍率的影响,能够较好地预测RC梁在静态和动态作用下的名义抗剪强度,具有一定的准确性和合理性。     

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。     

钢筋混凝土柱剪切粘结破坏影响因素分析

剪切粘结破坏是钢筋混凝土压弯构件一种常见的震害形式,剪切粘结破坏柱刚度退化快、延性差、滞回曲线#x0201c;捏拢#x0201d;现象明显、耗能能力差,因此,有必要进一步研究钢筋混凝土柱剪切粘结破坏的影响因素,以避免此类震害的发生。该文通过试验数据和有限元模拟分析了面积配箍率、混凝土强度、轴压比、剪跨比、纵筋直径及加载方式对钢筋混凝土柱破坏形态的影响,结果表明钢筋混凝土柱易于发生剪切粘结破坏的条件为：面积配箍率较大、混凝土强度等级较低、轴压比0.1#x02264;n#x02264;0.5、剪跨比1.25<#x003bb;<2.5、配筋率较大且纵筋直径较大、低周往复荷载作用。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为：配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸（直径）相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。     

轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究

钢筋混凝土构件的尺寸效应主要是：1）混凝土材料本身的非均质性和力学非线性;2）钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性共同导致的。随着建筑结构尺寸不断变大,高强混凝土的应用越来越广泛,其高脆性使得其尺寸效应行为更加明显。此外,钢筋混凝土构件大多处于复杂加载条件下,进而使得其尺寸效应问题变得尤为复杂。该文设计了最大截面尺寸为800 mm×800 mm的16组几何相似高强钢筋混凝土柱,对其在轴向受压单调加载及循环重复加载下的力学行为进行了试验研究,并对其名义轴压强度的尺寸效应进行了分析。结果表明：1）高强钢筋混凝土柱的破坏模式受到加载模式的显著影响;2）随试件尺寸变大,高强钢筋混凝土柱耗能能力减弱;3）较单调加载情况,轴向受压循环重复加载下高强钢筋混凝土柱的破坏表现出更强的脆性,且名义轴压强度减小,尺寸效应更显著;4）Ba?ant提出的“尺寸效应律”能够较好地描述大尺寸高强钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应规律。     

CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能尺寸效应的细观分析

为研究CFRP加固钢筋混凝土方柱在地震作用下的破坏模式,该文考虑混凝土材料的非均质性、钢筋-混凝土间的粘结滑移作用,建立了CFRP加固钢筋混凝土方柱三维细观数值模型.在验证数值模型与试验结果吻合良好的基础上,扩展工况探讨了轴压比、CFRP体积配置率对CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能及名义抗剪强度尺寸效应的影响.结果表...     

加载速率对混凝土拉伸破坏行为影响观数值分析

探讨了加载速率及细观结构非均质性对混凝土破坏模式及宏观力学性能的影响。考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土看作由骨料和砂浆基质组成的两相复合材料。考虑材料的应变率效应,采用塑性损伤模型来描述砂浆基质的动态力学行为;由于骨料具有较高强度,假定不会产生断裂,设定为弹性体。对单边缺口的混凝土试件及L形试件在不同加载速率下的动态拉伸破坏模式进行了细观数值研究。数值结果表明：1) 混凝土动态破坏模式及裂纹扩展方向具有明显的加载速率相关性;2) 随着加载速率的提高,混凝土破坏模式从I-型模式到混合型模式转变;3) 混凝土细观结构越复杂,组分间相互作用越复杂,裂纹扩展路径越复杂,裂纹分支现象越为明显;4) 随着加载速率的提高,混凝土破坏时产生更多的裂纹扩展路径(分支裂纹),且损伤区域宽度增大,导致混凝土在高应变率作用下消耗更多的能量,可认为是混凝土材料动态强度提高的主要原因。     

钢筋混凝土柱地震剪切-粘结破坏试验研究

剪切-粘结破坏是钢筋混凝土结构的一种重要震害形式,为研究剪跨比在1.5-2.5之间钢筋混凝土柱的抗震性能,进行了16个试件的拟静力试验,对其破坏形态、延性及耗能能力、刚度退化、抗剪承载力等进行了对比分析.结果表明,试件以剪切及粘结破坏为主,可分为弯剪、剪切和粘结破坏三种类型,弯剪破坏试件表现出较好的延性和耗能能力,而粘...     

轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析

剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律.结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力...     

THE EFFECT OF GRAIN SIZE ON THE FATIGUE OF COMMERCIALLY PURE ALUMINIUM

Abstract— Fully reversed uniaxial fatigue tests were performed on polished hour-glass specimens of commercially pure aluminium with three different grain sizes, in order to examine the effect of grain size on fatigue. The growth of surface cracks was monitored by a plastic replication method. An improvement in fatigue strength was observed, as the polycrystal grain size was refined. The endurance limit stress was shown to depend on the inverse square root of the grain size as described empirically by a type of Hall-Petch relation. The effect of refining grain size on fatigue crack growth is to increase the number of microstructural barriers to the advancing crack and to reduce the slip length ahead of the crack tip, and thereby lower the crack growth rate. Multiple crack initiation and growth is a feature of the fatigue of aluminium, while the grain size influences the specific detail of crack coalescence. Crack path deviation is greatest in the coarse grained microstructure and crack surface roughness is more pronounced. SEM fractography reveals that crack initiation and early crack growth takes place along crystallographic slip planes, and that fatigue striations, characteristic of stage II cracking, extend to the very edge of the specimen section, suggesting extensive crack tip blunting.     

基于扩展有限元进行钢筋混凝土柱捏拢效应的机理分析

预测地震荷载下钢筋混凝土柱的力学性能,对评估震后混凝土结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于混凝土材料在受力过程中的复杂性,目前对钢筋混凝土结构力学性能的模拟主要依靠数值方法。已有的数值模拟方法大都基于有限元法,将混凝土视为连续体,通过人为定义参数来指定混凝土的滞回本构,因此存在一定的主观性与局限性。该文结合扩展有限元法与断裂准则,直接模拟混凝土裂缝的开展与闭合,并考虑钢筋和混凝土的粘结滑移作用,通过数值计算,直接再现了钢筋混凝土结构在低周反复荷载下的力学行为。模拟方法得到了试验的验证,与结果吻合较好。该文进一步分析了钢筋混凝土柱的滞回行为中混凝土、钢筋的各自作用和相互抵消行为,从细观的角度,在机理上揭示了捏拢效应出现的三个主要原因。