循环荷载下混凝土徐变特性的宏细观分析

为研究循环荷载加大混凝土徐变的内因,以循环荷载和恒荷载下混凝土徐变试验结果为基础,基于多孔介质理论的混凝土徐变模型,编制了徐变模拟分析程序,在细观尺度下模拟了受循环荷载作用的混凝土内部骨料、砂浆与水的耦合过程,得到了宏观尺度下模型内部节点位移过程图、细观尺度下水分流速分布图、孔隙压力消散过程图、等效应力变化图。研究结果表明:(1)数值模拟方法可以描述细观尺度下混凝土内部骨料、砂浆、水分的运动规律;(2)与恒定荷载相比,循环荷载通过影响水分的运动,加快了骨料与砂浆的内力重分布速度,推进了混凝土固相的受力均匀化的过程,从而加大混凝土徐变。     

荷载作用下开裂混凝土中多离子传输的数值研究

临海地区的混凝土结构因氯离子侵蚀会导致严重的耐久性问题,尤其是在同时承受荷载作用的情况下。服役中的混凝土往往存在初始缺陷,荷载的持续作用会使得混凝土内部的孔隙结构进一步粗化并引起开裂,进而加剧氯盐侵蚀。同时,混凝土孔隙液中存在的多种离子也会影响到氯离子的传输。为了深入研究荷载-氯盐影响下的混凝土结构耐久性劣化,本工作针对前述机理开展多相数值研究,通过全面考虑荷载引起的混凝土开裂和孔隙损伤,以及异种离子间的电化学耦合效应的共同影响,提出了经过第三方试验验证的荷载-多离子传输耦合模型。研究发现,荷载大小和荷载施加方式的改变不仅会影响孔隙结构和裂缝形态,也会使静电势的分布产生差异,进而共同影响离子浓度的变化。荷载作用下的多离子电化学耦合效应会显著影响离子的传输规律,仅考虑单一离子会导致氯离子摄入量的预测偏低。荷载的作用同时还会放大环境条件(如盐溶液浓度)对氯传输的影响。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态有限元分析

在持续时间较长的爆炸荷载作用下,钢筋混凝土框架或梁通常会发生常见的弯曲破坏形态,但是在持续时间较短的爆炸荷载,如化学爆炸产生的脉冲荷载作用下,钢筋混凝土结构有可能在弯曲破坏发生之前产生剪切破坏。这种现象已被室内外试验所证实,其原因是脉冲荷载激发了结构中的剪力,从而使结构产生剪切破坏。为了预报钢筋单纯凝土梁在爆炸荷载下的响应破坏形态,本文提出了一种基于Timoshenko梁理论的非线性分层梁有限元法。在材料模型中考虑了混凝土和钢盘的右面线性和应变速率效应等因素。应用这方法,本文计算分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应以及弯曲、弯剪和剪切等不同的破坏形态,计算预报的结构动态响应和破坏形态与现场试验结果有较好的一致性。     

配筋混凝土粘弹性参数的徐变试验研究

为了便于分析配筋混凝土结构的粘弹性温度应力,本文将配筋混凝土看作为一种复合材料,通过试验来测定该材料的粘弹性参数。文中采用三分点加载的方式进行了配筋混凝土小梁的室内徐变试验,并对试验数据进行了回归分析。结果表明：1. 用配筋混凝土小梁的徐变试验来测定配筋混凝土材料的粘弹性参数是可行的;2. 荷载历史是徐变减小的重要原因,在计算温度应力时,徐变系数取值要考虑这一因素;3. 在本试验配筋条件下,配筋对徐变影响很小,配筋混凝土的徐变系数与素混凝土的徐变系数近乎相等。     

钢-混凝土组合梁非线性变形研究

目前,对于钢-混凝土组合梁在荷载长期效应下挠度的研究,我国现行规范是通过降低弹性模量的方法来考虑荷载的长期效应,而没有充分考虑混凝土的收缩、徐变的影响。此外,组合梁交接面的滑移对长期挠度的影响也不可忽视。综合现有研究成果,选取影响挠度的主要影响因素:混凝土的收缩、徐变和抗剪连接件的滑移进行考虑,推导出考虑混凝土的徐变、收缩和剪切件滑移的钢-混凝土组合梁长期挠度计算公式,并对一高层建筑中的两根典型组合梁进行了现场监测与分析。理论分析和实测结果表明:用现行规范中的计算方法计算出的组合梁的长期挠度值偏小,因此,对组合梁的设计和施工提出了一些建议。     

施工期现浇钢筋混凝土结构的受力特性

施工期现浇钢筋混凝土结构是时变结构,正确认识其受力特性对于施工过程的安全控制具有重要意义.针对施工期现浇钢筋混凝土结构的时变性,定义楼板刚度与模板支撑的刚度比为施工时变结构体系的弹性特征值,建立了以施工时变结构体系弹性特征值为参数的现浇钢筋混凝土结构施工受力性能分析的弹性支撑连续梁模型,基于该模型,分析了施工期现浇钢筋混凝土结构的受力特性,发现在特定施工方案下,当施工时变结构体系的弹性特征值较小时,最大施工荷载出现的楼层位置会提前,而拆模时间也会改变最大施工荷载出现楼层的位置;施工时变结构体系的弹性特征值和拆模时间都影响楼层承担的最大施工荷载比率(荷载比率定义为结构承担荷载与楼板自重的比值);施工期楼层承担的最大施工荷载随楼层位置呈现波动特性,随楼层位置增高波幅逐渐减小,最后趋于稳定.     

基于组合单元的混凝土结构徐变分析方法

对混凝土徐变的研究现状和数值计算方法做出评价,提出了混凝土结构徐变计算的空间有限元分析方法。以组合单元为基础,建立混凝土徐变的三维计算模型:将结构的变形、内力状态、结构形式及约束情况均沿时间轴进行划分,再根据结构在每个时间点上各参数的变化值,推导出了混凝土徐变计算的递推公式;又基于虚功原理建立混凝土徐变刚度矩阵,绕过应力与应变,直接通过位移增量计算自由徐变应变增量的等效荷载,提高了徐变数值计算精度;组合单元是对原有实体等参元的继承和拓展,能够分别考虑钢筋和混凝土各自对单元刚度矩阵的贡献,而两者又通过自由度变换的方法有机的结合在一起,构成一种可专门用于模拟钢筋混凝土结构的单元形式。实例分析结果表明:用组合单元做混凝土徐变分析,能够计入钢筋对徐变的阻碍作用,解决在钢筋和混凝土之间的应力重分布问题,更准确的计算出结构变形和内力变化。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法

基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响.利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的.     

氯离子腐蚀环境下钢管混凝土轴拉构件受力性能研究

该文建立了用以研究钢管混凝土在长期轴拉荷载与氯离子腐蚀共同作用下力学性能的有限元模型。模型中考虑了长期荷载下混凝土的收缩徐变以及恶劣环境导致的钢管腐蚀的影响,模型计算结果得到试验数据的验证。利用建立的有限元分析模型,研究了长期荷载与腐蚀对钢管混凝土承载能力的影响,并与空钢管进行了对比,同时对组合截面材料间内力重分布的规律进行了分析,明晰了其受力全过程的工作机理。     

混凝土非荷载裂缝成因及对策

混凝土结构是工业与民用建筑中广泛应用的结构形式,而混凝土的裂缝一直是备受人们关注的质量通病。本文分析了混凝土非荷载裂缝的分类及产生的原因,针对其产生原因提出了混凝土非荷载裂缝的预防对策。     

模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响

对现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间,模板支撑系统架设中可能存在的薄弱层对施工荷载分布的影响,提出了简化分析方法,并用工程实测结果进行了验证,表明模型计算结果的正确性.分析表明,模板支撑薄弱层将导致模板支撑薄弱层的上部楼板承担的施工荷载增大,而模板支撑薄弱层下部楼板承担的施工荷载减小;实测表明,模板支撑薄弱层上的楼板承担的施工荷载同比增大约4.3%,薄弱层下的楼板承担的施工荷载减小约3.9%.施工期间应避免模板支撑薄弱层的出现,以防模板支撑薄弱层可能带来的风险.     

Creep response of GFRP–concrete hybrid structures: Application to a footbridge prototype

Glass fibre reinforced polymer (GFRP) pultruded profiles have been increasingly used in civil engineering structural applications in the past few decades owing to their high strength, low weight and corrosion resistance. Nevertheless, the low material moduli, which makes design most often governed by deformability and instability phenomena, the brittle failure mechanisms and the high initial costs, have been delaying their widespread use. Hybrid GFRP–concrete structural solutions have been proposed to overcome the aforementioned limitations, namely the low material moduli. Furthermore, GFRP material creep models suggest that such hybrid structures may reduce the creep deformations when compared to full GFRP structures. In this context, this paper presents experimental and analytical investigations about the creep behaviour of a hybrid GFRP–concrete footbridge comprising two I-shaped GFRP pultruded profiles and a thin deck made of steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC). The experiments comprised flexural creep tests on a 6.0 m long footbridge prototype subjected to a uniformly distributed load for up to 2642 h, during which deflections and axial deformations were monitored. In order to assess the influence of loading and environmental conditions on the creep behaviour of the structural system, the prototype was tested for three different combinations of load levels and seasons. Experimental results showed that (i) GFRP–concrete hybrid structures lead to a considerable decrease of the creep deformations of GFRP structures and that (ii) environmental conditions significantly influence the viscoelastic response of these hybrid structures. The models proposed, based on the creep response of the constituent materials, were able to predict the observed structural response for the different load levels and environmental conditions with very good accuracy. Therefore, they are proposed to predict the long-term response of GFRP–concrete structures instead of empirical models based on short-term experimental data.     

角点支承双向密肋楼盖试验与极限平衡荷载计算方法

为了了解角点支承方形区格钢筋混凝土双向密肋楼盖的受力性能与破坏形态,寻求极限平衡荷载计算方法,进行过一块尺寸为5.46m×10.92m角点支承的两跨连续方形区格双向密肋楼盖的短期荷载试验,根据试验结果,提出了此种楼盖结构的破坏机构,并由此推导出角点支承方形区格钢筋混凝土双向密肋楼盖的极限平衡荷载计算公式。     

钢筋混凝土建筑结构施工短暂状况设计分析

现浇钢筋混凝土结构施工期间,新浇楼板的混凝土自重荷载和施工活荷载,由模板支撑体系与早龄期钢筋混凝土结构组成的临时承载体系,即时变结构体系承担.对其受力性能的认识不足,设计分析理论的欠缺,导致施工期工程质量事故和倒塌事故频繁发生.基于施工时变结构体系中的早龄期钢筋混凝土结构是建筑结构设计产品的早期形态,不可能因施工而更改永久构件的观点,提出了早龄期钢筋混凝土结构验算与模板支撑系统设计相结合的钢筋混凝土结构施工短暂状况设计分析原则.基于理论分析和现场实测以及对模板支撑施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识,建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法,并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明.     

混凝土框剪结构的落层倒塌碰撞试验

开展了3 个单层钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的落层倒塌碰撞试验,具体分为低周反复推拉和单向推覆两个阶段。该文主要介绍第二阶段的试验情况,该阶段重点考察模型结构的落层倒塌模式和相应的碰撞荷载时程及其平面分布。试验结果表明:① 剪力墙面外折断和柱轴压比增大是诱发落层倒塌的重要原因;② 落层倒塌碰撞是一个多体接触的复杂动态过程,碰撞荷载时程包含两组波动;③ 碰撞荷载的大小与碰撞双方材质密切相关,混凝土构件撞击钢板产生的总碰撞荷载最大值是倒塌层及其以上总重力荷载(含楼板和梁的自重、柱和剪力墙自重的一半,以及全部配重)的7.90 倍,而混凝土构件撞击钢-混凝土组合板产生的总碰撞荷载最大值仅为倒塌层及其以上总重力荷载的3.58 倍。     

钢筋混凝土结构施工活荷载现场调查与统计分析

施工过程中的安全分析与控制要求对施工活荷载有较准确的估计。本文通过对一批钢筋混凝土结构在施工期间活荷载的现场调查、统计和分析,发现施工活荷载中堆积荷载是主要的,施工活荷载可以用指数分布描述,对指数分布的参数进行估计,并将施工活荷载转化为均布荷载。参照结构正常使用阶段荷载标准值的取法,给出了钢筋混凝土结构施工活荷载标准值的建议。研究结果可用于施工期结构的安全分析与控制,承包商也可以据此合理安排施工进度及现场材料的堆放。     

Pickett effect and creep in flexure of steel‐fiber reinforced concrete

Abstract

Creep and shrinkage are of great concern in the design of steel fiber reinforced concrete structures. This is especially true for a prestressed flex‐ural member with thin section. The test results of creep of steel‐fiber rein‐foced concrete in flexure are presented. The concrete beams made with various fiber volume contents were tested in flexure under drying or standard moist conditions. The Pickett effect in steel‐fiber reinforced concrete was investigated. This research shows that fibers can effectively restrain the bending creep of concrete. The Pickett effect can be reduced with the addition of fibers to plain concrete beam subjected to fiexural loading.     

Load Testing of Floor Slabs in a Full-scale Reinforced Concrete Building

A series of short and long term service load tests were undertaken on the sixth floor of the full‐scale, seven storey, reinforced concrete building at the Large Building Test Facility of the Building Research Establishment at Cardington. By using internally strain gauged reinforcing bars cast into an internal and external floor bay during the construction process it was possible to gain a detailed record of slab strains resulting from the application of several arrangements of test loads. Short term tests were conducted in December 1998 and long term monitoring then ensued until April 2001. This paper describes the test programmes and presents results to indicate slab behaviour for the various loading regimes.