粘板加固承受集中荷载的混凝土双向板的设计

外贴纤维增强复合材料 (FRP)或钢薄板的补强技术用于加固钢筋混凝土板 ,具有加固效果显著、施工简便且耐腐蚀等。应用塑性铰线理论对承受集中荷载的钢筋混凝土外贴薄板加固双向板的承载力进行计算 ,在此基础上提出了适用于该类加固板的实用设计表格。     

外贴CFRP或钢条带加固混凝土双向板的受力性能及承载力计算

外贴碳纤维(CFRP)布和钢板补强技术已广泛用于加固钢筋混凝土结构,迄今为止,对外贴碳纤维或钢板的加固梁的研究已做了许多,但对用该技术加固钢筋混凝土板的研究还很少。为此,本文着重对受集中荷载的外贴碳纤维或钢板条带的钢筋混凝土加固双向板的受力性能进行了试验研究。并采用塑性铰线理论对该类板的塑性铰线模式和加固板的承载力进行了分析和计算。     

CFRP加固混凝土板的承载力分析

在钢筋混凝土板的加固工程中,有些板只能在正弯矩区加固,而无法在板端负弯矩区加固.针对这种情况,利用双向板的设计理论-塑性铰线法,研究了碳纤维复合材料(CFRP)加固混凝土板的设计方法,并推导了加固设计的理论计算公式.并利用理论公式和有限元软件ANSYS计算板的承载能力,计算结果表明,在板底局部粘贴CFRP能显著提高板的承载能力,因而是-种有效的加固方法.     

CFRP加固混凝土板的承载力分析

在钢筋混凝土板的加固工程中,有些板只能在正弯矩区加固,而无法在板端负弯矩区加固.本文针对这种情况,利用双向板的设计理论-塑性铰线法,研究了碳纤维复合材料(CFRP)加固混凝土板的设计方法,并推导了加固设计的理论计算公式.并利用理论公式和有限元软件ANSYS计算板的承载能力,计算结果表明,在板底局部粘贴CFRP能显著提高板的承载能力,因而是一种有效的加固方法.     

CFRP加固混凝土板的加固区域研究

在钢筋混凝土板的加固工程中,有些板只能在正弯矩区加固,而无法在板端负弯矩区加固。针对这种情况,利用双向板的设计理论——塑性铰线法,研究了碳纤维复合材料(CFRP)加固混凝土板的设计方法,并推导了加固设计的理论计算公式。在此基础上,分析了加固区域对加固后双向板的极限承载力的影响,并提出了最佳加固区域的概念,在最佳加固区域粘贴CFRP进行加固时,加固后板的极限承载力最大。     

粘贴碳纤维布或钢条带加固混凝土双向板承载力的塑性条带计算法

外贴高性能碳纤维 (CFRP)布和薄钢板条的补强技术可有效地加固钢筋混凝土结构。基于对受集中荷载的外贴碳纤维布或钢条带的钢筋混凝土双向板的试验研究 ,并在Hillerborg高级条带法的基础上提出了计算外贴条带加固双向板承载力的塑性条带法 ,该法比Hillerborg高级条带法具有更高的计算精度 ,且仍偏于安全。     

变刚度双向板内力的能量法计算

体外粘贴碳纤维板 (CFRP)或钢板可有效地加固钢筋混凝土结构 ,使其承载力提高 ,受力性能改善。但外贴CFRP或钢板的混凝土板成为突变刚度板 ,其内力计算较为复杂。基于变分原理 ,应用瑞次能量法给出了该类加固板的内力及挠度的计算公式 ,并在此基础上编制了适用于任意长宽比的外贴板加固混凝土双向板的计算程序 ,以便于实际工程的直接应用。     

不同预应力筋布筋型式双向板的受力性能及承载力计算

预应力混凝土双向板已广泛应用于工程建设 ,迄今为止 ,工程中的双向板大量采用的预应力筋布筋型式是双向均匀布置 ,关于预应力筋布筋型式对四边简支双向板受力性能及承载力影响的研究还未见报道。因此 ,本文着重对板中央承受局部荷载的双向均匀布置预应力筋、双向中密边稀布置预应力筋、双向中间密布预应力筋的三块双向板的受力性能进行了试验研究 ,并采用塑性铰线理论对三块试验板的承载力进行了分析和计算。试验研究和计算分析表明 ,双向中间密布预应力筋试验板的承载力最高 ,双向中密边稀布置预应力筋试验板的承载力次之 ,双向均匀布置预应力筋试验板的承载力最低 ,塑性铰线理论可应用于四边支承预应力双向板的承载力计算。     

角点支承双向预应力密肋板的塑性分析和试验

结合试验楼实际工程,对角点支承双向预应力陶粒混凝土密肋填芯板进行了塑性分析和试验研究。考虑密肋板板肋共同工作,承受弯矩、扭矩和剪力,按弹性薄板理论采用差分法利用电子计算机计算。上述结构体系的塑性分析至今还极少论及。本文结合该工程的楼板试验进行了塑性分析,提出板的破坏模式。结果表明理论分析计算与试验实测值比较相符,为实际工作找到一个更合理而简化的计算方法。文中还结合试验对板的塑性铰线法和条带法分析进行了对比,表明后者较前者偏于安全。     

爆炸荷载作用下外贴FRP加固钢筋混凝土双向板试验研究

通过集团装药隔土爆炸荷载作用下4块外贴FRP条带加固钢筋混凝土双向板和1块普通板的对比试验,考察了裂缝的产生、开展过程及分布形状,分析了FRP加固板的荷载、位移、加速度、钢筋和混凝土以及FRP应变动力响应时程,研究了FRP加固板的抗爆破坏特征。研究结果表明：外贴FRP条带加固能有效延缓混凝土的开裂,限制裂缝的开展,改善钢筋混凝土板的抗爆性能;外贴FRP条带加固后,RC双向板的跨中位移响应、混凝土和钢筋应变响应明显降低,结构的抗爆炸冲击波能力得到明显提高;外贴FRP条带加固双向板在爆炸冲击荷载作用下的破坏形态有受弯破坏和弯曲屈服后的剪切破坏,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离及断裂破坏。图12表6参10     

钢筋混凝土缺角板受弯性能试验研究

为了研究混凝土缺角板的受弯性能,设计制作了角部不同开孔大小的7块钢筋混凝土四边简支板,并进行了静力受弯性能试验。结果表明：缺角板跨中区域钢筋先于板四周区域钢筋屈服,随后屈服范围不断扩展并往四角延伸,最终板顶缺角处沿与板边大致成45°方向的混凝土被压碎;开孔系数(板角所开孔洞边长与跨度的比值)为0.05、0.08、0.10、0.12、0.15和0.20的缺角板极限荷载较矩形板的极限荷载分别降低5.98%、10.35%、21.37%、23.63%、38.50%和49.29%,开裂荷载、屈服荷载基本随开孔系数的增大而降低。根据钢筋混凝土板塑性极限分析的塑性铰线法,对6块不同开孔系数混凝土缺角板提出了4种塑性铰线模式,并利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式,极限荷载计算值与试验值吻合较好,验证了所提出的塑性铰线模式的合理性,及利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式的可行性。引入一个与开孔系数相关的系数对塑性铰线模式进行简化,简化公式得出的计算值与试验值吻合较好。     

接触爆炸条件下碳纤维布加固RC板的有限元分析

为探讨化爆条件下碳纤维布对钢筋混凝土板的加固效果,利用LS-DYNA软件分别建立加固RC板和普通RC板的分离式有限元模型。考虑了空气介质的影响,利用流固耦合算法模拟了集团装药接触爆炸对两种板的破坏效应。结果表明:该模型能较好地反映RC板的局部破坏特征。两种板呈现不同的破坏特点:加固板板底分布着大量次生裂缝,普通板底主裂缝明显并有隆起产生。比较表明:碳纤维布加固可提高板的整体性,缓解钢筋应力,有效减轻震塌破坏作用。而板底保护层混凝土的大量破坏则表明该部位是结构加固后的薄弱环节。     

Theoretical investigations on load‐bearing capacity of RC flat‐plate framed structures subject to middle column loss

This paper presents theoretical studies on load‐bearing capacity of reinforced concrete flat‐plate framed structures. The existing methods for determining load‐bearing capacity of simply supported slabs are first reviewed, and their limitations are presented. An energy‐based refined method is then proposed to enhance the accuracy of the existing methods by considering the contributions to internal energy dissipation due to the extension of reinforcing bars along yield lines, the additional resultant bending moment from membrane forces, and the sectional bending moment along yield lines of slabs. The refined method for simply supported slabs is extended for fixed supported slabs, and thus, the load‐bearing capacity of reinforced concrete flat‐plate structures subject to a middle column loss is analytically determined. The performance of the proposed method is validated against test results and also verified against finite element analyses. Parametric studies are conducted to investigate the effect of reinforcement ratio, slab thickness and aspect ratio on the stiffness, and yield‐line resistance of structures. It is found that for the fixed supported slabs, it is reasonable to assume negative yield lines along the slab edges to consider the effect of obvious concrete crushing along the edge. Square slabs have higher ultimate loads than rectangular slabs, due to a longer horizontal yield line in the middle in the rectangular slab, which has detrimental effect on the sectional ultimate bending moment. The numerical results show that the reinforcement ratio has little effect on the initial bending stiffness and yield‐line resistance of slabs for a given slab thickness and aspect ratio. The initial stiffness and yield‐line resistance increase as the slab thickness increases. For the same reinforcement ratio and slab thickness, a larger aspect ratio leads to a lower initial bending stiffness, yield‐line resistance, and stiffness in tensile membrane action stage, due to a longer yield line along which tensile membrane forces have a detrimental effect on the sectional bending moment.     

Impact-Resistant Design of RC Slabs Using Immune Algorithms

A three-dimensional nonlinear dynamic finite-element method (FEM) was applied to evaluate the ultimate behavior and failure modes of reinforced concrete (RC) slabs subjected to soft impact loads. In order to propose a practical impact-resistance evaluation method for RC slab structures, computer graphics (CGs) were used as a visualization technique to simulate impact-failure behavior of RC slabs until postfailure range was reached on the analytic results during impact loading. Immune algorithms are combined with a three-dimensional nonlinear dynamic FEM analysis for the purpose of proposing the design of RC slabs subject to soft impact loads. The results give evidence that presents complicated failure modes, and immune algorithms can be applied to the design of RC slabs effectively.     

钢筋混凝土板受燃气爆炸作用下的行为响应及承载力性能分析

燃气爆炸的反应过程与荷载特征与炸药爆炸明显不同。为研究燃气爆炸对钢筋混凝土板行为响应及竖向承载力的影响,采用FLACS模拟得到了室内燃气爆炸典型的超压时程曲线,结合LS-DYNA有限元软件建立的楼板数值分析模型,研究了钢筋混凝土板在燃气爆炸下的动态响应、破坏模式及在抗倒塌过程中的受力机制和承载能力,以及混凝土、钢筋强度等因素的影响。结果表明：钢筋混凝土板在燃气爆炸荷载作用下呈典型的弯曲破坏模式,且与能量等效的TNT爆炸相比,动态响应及损伤相对较小;燃气爆炸后楼板在抗倒塌过程的初期以薄壳受力机制为主,随后由受弯机制发展为受拉薄膜机制,但因受拉薄膜效应无法有效开展而导致爆炸后楼板的承载能力出现中度下降;增大钢筋直径,减小钢筋间距,采用双层配筋方式,以及在高强度钢筋对应的适筋范围内增大混凝土强度,可有效提高楼板抗燃气爆炸的能力,并降低爆炸对板承载力的影响;增大钢筋强度虽能提高楼板抗燃气爆炸能力,但亦会增强爆炸对板承载力的影响,而在低强度钢筋对应的适筋范围内增大混凝土强度基本不会改变爆炸对板承载力的影响。     

碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火性能试验研究

在ISO834标准升温条件下,进行3块设置不同防火材料的碳纤维布加固钢筋混凝土板,以及1块未加固板的耐火性能对比试验。分析不同防火措施对高温下碳纤维布加固钢筋混凝土板的破坏形态、跨中挠度及耐火极限的影响。试验结果表明:(1)只要采取适当的防火措施,在使用荷载明显增大的情况下,碳纤维布加固钢筋混凝土板仍具有与未加固板大体相当甚至更长的耐火极限;(2)与薄型防火涂料相比,水泥砂浆的防火保护效果相对较弱;(3)厚度5 mm的薄型防火涂料的防火效果相对较好。为确保实际工程中碳纤维布加固钢筋混凝土板具有足够的耐火能力,科学合理地选择防火材料及其厚度是十分重要的。     

Experimental and modeling study on the progressive collapse resistance of a reinforced concrete frame structure under a middle column removal scenario

A reinforced concrete (RC) frame structure is one of the widely used structural system. A localized damage caused by extreme events may lead to progressive collapse of entire structures. In this paper, progressive collapse test of three 1/3‐scaled reinforced concrete frame, including a single‐story without a slab, single‐story with a slab, and double‐story with slabs, are reported. Experimental results show that the progressive collapse process of RC frame consisted of five stages: an elastic stage, yield stage, beam mechanism stage, transient stage and catenary stage. The reinforced concrete slabs contribute to large progressive collapse resistance force compared with the specimen without slab. Furthermore, validation of the test results by using a refined solid finite element model was established. The effect of extensive parameters, including slab thickness, beam section height, seismic design intensity, and so forth, on the progressive collapse performance of RC frame structures was simulated as well. The simulation results indicated that the collapse resistance of RC structures was substantially improved with the increased of the slab thickness and seismic design intensity. Finally, a simplified model is proposed in accordance with experimental and numerical results to calculate the collapse resistance of RC frame structures.