配置表层钢筋的混凝土梁裂缝和刚度试验探讨研究

进行6根配置表层钢筋的混凝土梁和2根未配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能试验,研究其裂缝和变形特点,同时对配置和未配置表层钢筋构件的裂缝宽度和挠度进行对比分析。试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能有效地控制其裂缝宽度,增加其短期刚度。分析表层钢筋对钢筋混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律,提出相应计算公式,并参考欧洲规范有关规定对配置表层钢筋的混凝土梁提出设计建议。根据试验结果,提出正常使用状态下考虑表层钢筋的短期刚度计算公式。根据文中公式计算的结果与试验结果符合较好。     

Finite element analysis of shear deformation in reinforced concrete shear-critical beams

The objective of this paper was to study the contribution of shear deformation in reinforced concrete (RC) shear-critical beams. A 2D concrete material model based on smeared fixed crack was presented and incorporated into a commercial finite element (FE) software. A method of calculating shear and flexure deformation separately out of total deformation in the shear span was presented and implemented into the FE analysis. Several experiments of RC shear-critical beams were simulated and good agreement between the experimental and numerical results was obtained in terms of total deformation, flexure deformation, shear deformation and crack patterns. The results show that after shear cracking, the contribution of shear deformation to total deformation increases rapidly. The shear span-to-depth ratio, the longitudinal reinforcement, the shear reinforcement and the load level could be the critical factor to influence the contribution of shear deformation. It appears that for RC shear-critical beams without shear reinforcement, the deformational behaviour is governed by flexure deformation. However, for RC beams with shear reinforcement, the contribution of shear deformation is not negligible after shear cracks develop. Moreover, the measuring method could also affect the measured shear deformation. Finally, future work on experimental investigation into this topic is recommended.     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

Behaviour of the reinforced concrete face slabs of concrete faced rockfill dams during impounding

The primary goal of this study was to examine the relative effects of various factors that affect the cracking of the face slab of a concrete faced rockfill dam (CFRD). Rigorous simulation of the construction and impoundment stages were conducted in sequential phases during which the rockfill and the rockfill-face slab interface were modelled with elasto-plastic models that were calibrated to existing test data. The face slab was modelled using embedded reinforcements with a total strain crack model. The results of the analyses showed that the stiffness of the rockfill significantly changed the crackwidth on the face slab, but not the extent of cracking. Increasing the reinforcement ratio was the most effective remedy for decreasing the average crack width on the slab. The properties of the rockfill-slab interface and the location of the reinforcement within the slab did not significantly affect the cracking on the slab.     

基于温度应力仿真分析的碾压混凝土重力坝诱导缝开裂研究

考虑彭水水电站碾压混凝土坝的实际碾压浇筑过程，采用混凝土钝裂缝带模型，在三维瞬态有限元温度应力仿真分析的基础上，对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算。计算结果表明，坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度而发生开裂，且诱导缝的开裂明显减小了坝段中部区域的拉应力。根据诱导缝的开裂分析结果，建议诱导缝的设置长度为4．5m。     

胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体抗震性能试验研究

木-混凝土组合楼盖已经得到了广泛的应用,但在木结构节点设计中一般均忽略混凝土楼板对节点受力性能的影响。为研究混凝土楼板的组合作用和混凝土板内纵向钢筋配筋率对胶合木-混凝土组合节点抗震性能的影响,对3个胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体和1个胶合木梁柱组合体试件进行了低周反复加载试验,研究了试件变形特征与破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及组合梁界面相对滑移等的变化规律,探讨了试件承载力、刚度退化及耗能能力等抗震性能指标,并对比分析了纯木与带有混凝土楼板的试件的抗震性能。研究结果表明,胶合木梁与混凝土板的组合作用能显著提高试件的承载力和耗能能力等,且混凝土板对节点的约束作用可以有效抑制其刚度退化;在一定范围内,混凝土板配筋率越大,其对节点的约束作用越大,对刚度退化的抑制作用也越强,从而可有效提高试件的抗震性能。     

光照重力坝坝基断层影响及处理的三维数值模拟

200m级光照重力坝坝踵和坝趾分别存在较大规模的断层，为了分析和评价断层对重力坝应力位移和坝基稳定性的影响，以及建坝后由于围压变化导致的断层变形模量提高对坝体的影响，对重力坝典型坝段和坝基岩体的联合作用进行三维数值模拟。对两条断层分别进行浮值分析，用强度储备系数法计算受断层影响的坝基安全稳定性，并分别模拟对两条断层进行的不同方式加固处理措施进行模拟。研究结果表明，位于坝趾的F2断层对坝体应力位移状态影响较大，也是坝基稳定性的控制性因素之一，在进行固结灌浆处理提高强度后，不仅可以提高坝基稳定性，而且可使坝体应力状态得到改善。位于坝踵的F1断层开挖并回填混凝土处理不宜过深。同时，建坝后围压变化导致断层变形模量的提高对于坝体应力控制是有利的。     

低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能,提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete,SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件,对其进行拟静力试验,研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点,低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能,预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm;试验中预应力筋始终保持弹性状态,初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力,耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳;梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加,且拉应变值明显大于压应变。此外,通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得,节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内,从而验证了有限元模拟方法的精确性,可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

高强不锈钢钢筋混凝土梁短期受弯裂缝宽度和刚度计算方法研究

部分国产500 MPa不锈钢热轧带肋钢筋具有高延性、低弹性模量的特点,为研究配置此类不锈钢钢筋混凝土梁的短期裂缝与刚度特征,进行了6根配置不锈钢钢筋和2根配置普通钢筋的混凝土梁受弯性能试验,并分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对短期裂缝和刚度的影响。试验结果表明：其他条件相同下,不锈钢钢筋梁与普通钢筋梁的裂缝形态基本相同,但不锈钢钢筋梁侧纵筋中心位置和梁底处的裂缝宽度均大于普通钢筋梁的;钢筋屈服前,不锈钢钢筋梁纯弯段的弯矩-平均曲率曲线呈双折线,但其开裂后刚度较普通试件的偏低,二者刚度之比平均为0.63;增加纵筋配筋率可减小裂缝宽度并提高受弯刚度。进一步收集相关文献中9根配置同类型国产不锈钢钢筋梁的试验数据,并对GB 50010—2010中短期裂缝与刚度计算公式的适用性进行评估。分析结果表明,按GB 50010—2010中的短期裂缝宽度公式计算得到的梁侧面纵筋位置处的平均裂缝宽度与最大裂缝宽度较试验值偏大,计算值与试验值之比平均分别为1.348和1.588;短期受弯刚度计算值较试验值偏小,二者之比平均为0.890,有必要对相关公式进行修正。建议将不锈钢钢筋梁的裂缝宽度控制位置调整至受拉边缘,且将裂缝宽度限值取为0.4 mm。通过统计分析,提出短期受弯裂缝宽度和刚度计算公式的修正建议。建议公式计算值与试验值吻合较好。     

基于工程体–地质体相互作用的接触面变形 破坏研究

 针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度。利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律)。开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型。研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题。应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明：两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展。     

预应力砌体抗震性能的试验研究

本文通过8片不同类型的预应力混凝土小型空心砌块砌体的水平低周反复荷载试验以及2片普通混凝土小型空心砌块砌体的对比试验,研究了预应力砌体破坏形态、滞回特性、延性、刚度退化曲线等抗震性能,明确了预应力、窗洞以及构造措施对混凝土小型空心砌块墙体的开裂荷载、极限荷载和变形性能的影响。研究结果表明,预应力延缓了混凝土小型空心砌块墙体的开裂,提高了结构的开裂荷载和极限荷载;预应力改变了墙体破坏时的裂缝分布形状,裂缝密而细,几乎布满墙体全部灰缝,主裂缝不明显;预应力提高了墙体的刚度、延性和耗能能力;在窗洞底部现浇水平配筋混凝土条带能有效地抑制裂缝的产生和发展,并能提高墙体的变形和耗能能力。     

寒区隧道洞口仰拱混凝土早期开裂机理研究

结合数值模拟与对寒区隧道洞口段仰拱填充混凝土早期变形与开裂特征进行了研究。通过ABAQUS平台编写混凝土早期水化热、早期力学性能、温度与湿度动态变化过程子程序,并结合XFEM模拟了混凝土多场耦合作用下裂缝萌生与扩展过程。与某寒区隧道工程仰拱填充混凝土开裂情况进行了对比验证,结果表明:温湿变化耦合作用数值模型可以较好地反映混凝土早龄期温度变化趋势和表面裂缝扩展特征;负温环境和温度应力是其表面开裂的主要原因,既有混凝土和厚度较大处更严重;降低混凝土出罐温度、提高混凝土养护温度可有效避免寒区隧道施工仰拱填充混凝土早龄期表面开裂。     

新型叠合板拼缝构造静载试验

采用蛇形钢筋研究叠合板拼缝的受力性能,并且与钢筋网片进行对比分析,综合评价蛇形钢筋的抗裂性能并判断是否能取代传统的钢筋网片;进行了叠合板带两点静力加载试验研究,通过此次试验形成了新型叠合板带拼缝抗裂系列试验;通过对比荷载 挠度曲线,分析了构件刚度变化过程和挠度发展过程,记录了裂缝出现和开展过程;分析了蛇形钢筋的受弯变形图,得出了蛇形钢筋在受弯变形后对混凝土产生的挤压力,并给出了构造措施的设计建议。结果表明:在配筋率降低的条件下,PK S叠合板带整体刚度较强,荷载 挠度曲线屈服段较长,延性没有发生退化;裂缝发展缓慢,蛇形钢筋对裂缝开展有明显抑制作用,裂缝和对比组叠合板相差不多,甚至裂缝数量多于对比组叠合板,蛇形钢筋的抗裂效果优于钢筋网片;折角范围取为40°～60°,经过加工时最好在60°左右,可得出姿态良好的蛇形钢筋。     

高强钢筋混凝土复合受扭构件的延性分析

对压弯剪扭复合受力下,23根高强钢筋混凝土柱模型进行了试验研究,并结合9根普通强度钢筋混凝土柱的复合受扭试验数据,对压弯剪复合受扭构件的延性性能进行了综合分析。探讨了轴压比、相对偏心距、混凝土强度、加载方式及纵筋与箍筋配筋强度比等参数对复合受扭构件延性的影响。分析了以上各参数对构件的初始刚度、开裂刚度和极限刚度的影响及其变化规律。为钢筋混凝土柱的抗震设计提供了理论依据。     

汶川8.0级地震对典型高坝结构安全的影响分析

 汶川8.0级地震具有震级高、震源浅、破坏性强和次生地质灾害严重等特点。在对震区高坝灾情归类分析的基础上,选择典型的不同坝型高坝,包括宝珠寺重力坝、沙牌碾压混凝土拱坝、紫坪铺面板堆石坝等工程,从大坝距发震断裂距离、大坝基础处理及大坝结构类型的抗震性等因素对大坝结构安全的影响展开分析研究。结合在建的一批300 m级高坝,对抗震设防标准、水库诱发地震等问题进行讨论。结果表明：(1) 现行大坝抗震设计是可行的,300 m级高坝工程抗震能力仍需深化研究;(2) 大坝工程基础、抗力体经合理加固后,增强了岩体结构的整体性,可有效提高大坝及基础的抗震能力;(3) 高坝应急预案的设计与管理,流域性统一公共水电工程灾害应急平台建设有待加强;(4) 对水库诱发地震的研究需加强。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

为了研究GFRP筋活性粉末混凝土梁的受力性能,对8根梁进行三分点加载试验,获得了试验梁的开裂弯矩、极限弯矩以及各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变 (750×10-6) 约为普通混凝土梁的7倍,开裂弯矩及截面塑性系数计算应考虑纵向受拉GFRP筋的有利影响。GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面受弯破坏形式可分为纵向受拉GFRP筋被拉断而受压边缘活性粉末混凝土未被压碎的受拉破坏,受压边缘活性粉末混凝土被压碎(5500×10-6)而纵向受拉GFRP筋未被拉断的受压破坏,以及纵向受拉GFRP筋被拉断的同时受压边缘活性粉末混凝土被压碎的界限破坏等三种。对于受压破坏可按拉区应力为0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度来考虑拉应力对正截面受弯承载力的贡献。对于受拉破坏则基于材料应力-应变关系通过数值积分迭代计算正截面受弯承载力。刚度及裂缝宽度计算的关键是合理计算使用阶段GFRP筋的拉应力,在计算GFRP筋拉应力时所用弯矩应为外荷载弯矩减去拉区活性粉末混凝土拉应力合力对压区合力点的弯矩。图9表12参10     

混凝土坝-基岩地震动力相互作用时域有限元分析

混凝土坝地震响应分析是坝工安全评估的关键一步。坝与基岩动力相互作用对混凝土坝地震响应具有重要影响。因此,建立一个可考虑坝与基岩动力相互作用影响的数值分析方法是十分必要的。给出了分析混凝土坝–基岩系统地震响应的时域有限元法。在时域有限元分析中,地震波的输入以及地基辐射阻尼的模拟常常是2个十分重要的课题。基于柱面波动方程提出了能同时实现地震动输入和模拟地基辐射阻尼的方法,这种方法非常简单有效,几个数值算例验证了方法的精度和有效性。最后,对混凝土重力坝地震响应进行了数值分析,结果表明无限地基辐射阻尼的影响是显著的。