FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型

为精确模拟FRP约束混凝土的单轴受压性能,提出了FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型的建立方法.在分析国内外大量试验数据基础上,依据八面体强度准则提出了FRP约束混凝土圆柱极限强度的计算方法,分析FRP约束混凝土圆柱极限应变与侧向约束强度的关系,建立了极限应变的计算方法;分析应力-应变全曲线试验结果中轴向应变与环向应变的关系,建立由轴向应变确定环向应变的计算公式;以Mander本构模型为主动约束关系,采用增量方法计算了FRP约束混凝土圆柱的应力-应变系曲线,模型预测结果与多数试验结果吻合较好.     

FRP约束损伤混凝土环向应变-轴向应变关系

为分析混凝土损伤对FRP约束混凝土的影响,通过收集已有文献的264个试验数据,建立一个包含混凝土试件截面形状、损伤种类和损伤程度,以及FRP约束刚度的大型数据库. 基于数据库对现有环向应变-轴向应变关系模型进行评估,并在Jiang等模型的基础上,建立FRP约束损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型,采用数据库对新提出模型的准确性进行验证. 计算结果表明:Jiang等模型可以准确描述FRP约束未损伤混凝土圆柱的环向应变-轴向应变关系,但是现有的FRP约束未损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型不适用于FRP约束损伤混凝土柱; 并且随着混凝土损伤程度的增加,现有模型的计算值与试验值的偏差也在增加. 新提出的模型能够准确描述FRP约束损伤混凝土的环向应变-轴向应变关系,模型可推广应用于FRP约束高温损伤混凝土柱. 新模型既可以同时适用于FRP约束预损伤圆形、正方形、长方形截面混凝土柱,也可以计算FRP约束预加载混凝土圆柱与方柱.     

FRP约束圆形和矩形截面混凝土柱应力-应变关系统一计算模型

将FRP约束混凝土柱应力-应变关系曲线以转折点为界分为两段.根据曲线的边界条件分别确定这两段曲线模型的计算公式,通过对FRP约束混凝土在平面应变条件下的力学分析,并考虑截面有效约束的影响,推导出转折点应力、应变的计算公式,通过对已有模型的分析比较和对试验数据的回归分析得出极限应力模型,根据能量平衡推导出极限应变的计算表达式,最终得到FRP约束圆形和矩形截面混凝土柱应力-应变关系统一计算模型.计算结果与试验数据的对比表明,根据本文模型计算的曲线与试验所得曲线吻合较好.     

FRP约束混凝土圆柱体本构关系模型

在FRP约束混凝土圆柱体试验的基础上,系统地评估了已有的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及应力应变本构关系模型。将已有的强度模型分为两类,即基于钢箍约束混凝土强度模型和基于试验的经验公式。通过与大量的试验数据比较,指出了已有强度模型的不足之处。应用数理统计的方法建立了FRP约束混凝土圆柱体强度及峰值应变计算公式。在分析试验数据的基础上,提出了FRP约束混凝土圆柱体三阶段本构关系模型。计算结果表明,本文提出的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及本构关系模型与试验值吻合较好。     

轴心受压FRP约束圆形混凝土柱应力-应变模型

外包纤维复合材料(FRP)可以有效的提高混凝土柱的承载力和延性.本文系统总结了现有的几种FRP约束混凝土柱应力-应变模型,通过对已有大量试验研究结果的分析,指出FRP约束圆形混凝土柱的性能主要取决于FRP对混凝土柱的约束效果,引入约束效应系数ξ.并以约束效应系数ξ为主要参数,提出了FRP约束圆形混凝土柱三阶段应力-应变模型.该模型能较好的反映FRP约束混凝土柱应力-应变关系的特点,模型计算结果与试验数据吻合较好.     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式（方箍及圆箍）及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度（峰值应力）尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力-应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

CFRP约束高强混凝土圆柱抗压力学性能研究

为研究高强混凝土构件在CFRP约束下的受力特点和延性性能,建立CFRP约束高强混凝土圆柱应力与应变关系的理论模型.考虑CFRP约束层数和混凝土强度等级的影响,进行14组共42个混凝土圆柱试件的轴心抗压试验,对比分析各组试件的破坏形态、极限抗压强度和轴向变形.通过试验数据回归,提出CFRP约束高强混凝土圆柱的抗压强度、峰值应变及应力-应变关系计算公式.结果表明:外包CFRP对混凝土圆柱起到明显的约束作用,有效改善了高强混凝土圆柱的抗压强度和延性性能.CFRP约束对高强混凝土圆柱极限抗压强度的提高幅度,在一定范围内随CFRP约束层数的增加而增强,随混凝土强度等级的增大而减弱.     

四种FRP管约束UHPC轴压特性的试验研究

为研究纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)管约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)的轴压特性,分别对4个未约束和36个约束圆柱体试件进行了轴压试验,测定了应力-应变全曲线,获得了强度和极限应变值.试验结果发现:FRP约束UHPC可明显提高其强度和变形能力,纤维布层数愈多、强度越高,改善效果愈明显;轴压应力-应变曲线为双线性;在相近的约束比下,FRP管约束刚度越小,约束试件的极限应变值越大;已有的强度和极限应变的模型预测值均高于实测值,极限应变预测值偏离试验值更大.本文回归得到了FRP管UHPC的强度和极限应变预测公式预测精度较高.     

FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型的比较

收集了大量试验数据,对已有的预测FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型进行了评估。在保持已有模型预测圆形截面试件准确性的基础上,考虑截面有效约束,提出了对FRP约束圆形截面和矩形截面混凝土柱均适用的改进的强度和极限应变模型。评估结果表明,已有模型中对强度的预测要好于对极限应变的预测。Gampione强度模型对所有试件整体预测较准确,Lorenzis极限应变模型对圆形截面试件预测较准确。与试验数据和已有模型的对比表明,该文模型预测更准确,且计算更简便,可用于实际工程中对强度和延性的预测。     

FRP厚度和品种对约束UHPC轴压性能的影响

为了研究不同种类纤维增强聚合物(FRP)管约束超高性能混凝土(UHPC)的轴压性能,对27个约束试件和3个未约束试件进行了轴压试验,测定了应力-应变曲线,探讨了FRP种类、纤维布层数(3、5和7层)等对约束效果的影响。结果表明:试件强度主要与约束比有关,而极限应变与纤维布种类、约束比均有关;约束比增加,强度和极限应变增加;应力-应变曲线与Lam-Teng模型较为接近。基于试验结果回归得到了FRP约束UHPC试件的强度、极限应变预测公式,其预测精度较高。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

基桩内力测试中的混凝土损伤分析

在基桩静载过程中,采用自动化桩身内力测试系统连续观测桩身内力变化,结合原型试验,发现桩身应变呈台阶状增大。卸载阶段,由于桩身回弹量大于土层回弹量,土层中产生负摩擦阻力。在资料处理过程中,认为混凝土损伤模型能有效解释加载过程中标定断面的模量"减小"现象。利用损伤力学理论,得到了混凝土模量与其自身应变的函数关系,根据桩身实际应变状态选取不同的模量,由此计算桩身内力。原型试验的计算结果表明,利用该方法得到的桩身内力更加科学。     

上海世博会世博轴索膜结构屋面有限元分析与研究

作为索膜结构的一个工程实例,介绍了上海世博会世博轴索膜结构屋面有限元分析理论和分析方法。包括计算模型的确定、单元的选取、找形分析过程和初始态的评价原则、荷载效应分析过程和荷载作用下膜面应力与变形的控制。分析结果表明,索膜结构找形分析的关键问题是如何确定索和膜的预应力大小,荷载效应分析的关键是如何控制膜面应力及位移。采用有限元法有效解决了本工程索膜结构找形和荷载效应分析问题。分析方法和过程可为类似结构分析设计提供参考。     

土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

随着盾构隧道的大量兴建,掘进面稳定性的合理分析显得十分重要。采用有限差分法程序对应变软化砂土的剪切带进行模拟,分别与实验结果和解析结果比较,验证了数值方法的正确性。建立盾构隧道的三维数值模型,分析不考虑渗流时土体应变软化对掘进面极限支护压力的影响,对比渗流条件下考虑应变软化和不考虑应变软化时盾构掘进面极限支护压力的差别,以及相应的土体位移、塑性区范围和地表沉降的不同。结果表明,考虑应变软化时数值都明显增大,更容易导致掘进面失稳。同时探讨了剪胀角和内摩擦角的不同软化行为对掘进面稳定性的影响。最后,考虑了土体的应变软化行为,对天津地铁九号线施工中的支护力进行预测,预测的结果与工程监测值相吻合。     

低等级路强度敏感性的点可靠性分析

根据重型机械作业区支承强度检定的需要,开展低等级路强度敏感性研究。在力学模型不确定性分析的基础上,确立了基于Monte-Carlo随机有限元的可靠性分析方法。理论计算表明,道路破坏形式为整体剪切破坏。分别构建道路的半空间体和双层体系模型,通过荷载增量法与强度折减法,分析指出道路的破坏面因结构、荷载与材料而不同,但最早进入破坏的点却是固定的,因此,整体可靠性分析难以实现,而通过点可靠性分析确定敏感性因素是可行的。在可靠性分析中,不再沿用过度简化的极限平衡理论和二维应力状态下的Mohr-Coulomb准则,而基于Drucker-Prager准则确定的三向应力状态定义安全余量,提高了分析精度。研究指出决定低等级路强度的主要因素是上覆层内摩擦角和地基层弹性模量。本文的研究为强度检定的方案制定提供了依据。     

高拱坝砼拉压特性的全级配及湿筛试验

水工大坝混凝土力学特性试验迄今仍采用湿筛成型小尺寸试验试件完成,而湿筛试验往往剔除大于40mm以上大骨料,如此造成试验结果与大坝混凝土实际全级配性能的差异,无法真实反映实际大坝混凝土的性能指标。结合锦屏一级高拱坝混凝土强度测试要求,开展其全级配试件力学特性及相关性能试验,对其单轴抗压、单轴抗拉、极限拉伸及弹性模量等指标进行全面测试,其180d龄期的单拉强度和90d龄期的极限拉应变与湿筛试验测试值的比值变化为::按C18040、C18035、C18030强度分区,分别为0.661、0.637、0.690和0.583、0.579、0.573。在大骨料作用下,锦屏一级拱坝混凝土全级配试验测试的弹性模量则比湿筛试验测试值略高。     

连续配筋混凝土路面荷载应力有限元分析研究

连续配筋混凝土路面(CRCP)为带缝工作,荷载应力、温度应力状况等与其开裂状况相关,初始裂缝状态的变化会影响到后继裂缝的形成和分布,使路面受力机理的理论分析变得更为复杂。为此,论文综合考虑裂缝、钢筋等效、地基等影响因素,采用有限元分析方法分析CRCP荷载应力的分布规律,分析了板宽、板厚与地基模量、混凝土模量、配筋率对CRCP荷载应力的影响,为CRCP的结构设计建立了更为合理的计算方法。     

橡胶集料塑性混凝土的抗压强度特性

采用橡胶集料等质量取代砂的方法,通过均匀试验设计,研究了多种因素影响下的橡胶集料塑性混凝土的抗压强度特性。对试验结果进行二次响应曲面回归分析,得出橡胶集料塑性混凝土抗压强度及弹性模量的回归方程;通过对几种橡胶集料塑性混凝土抗压强度尺寸效应试验结果的分析,探讨了橡胶集料塑性混凝土在自然养护条件下抗压强度的尺寸效应规律。结果表明:橡胶集料掺量、水泥掺量、减水剂掺量及水胶比与橡胶集料塑性混凝土强度及弹性模量之间存在明显的回归关系,且橡胶集料掺量与强度及弹性模量之间是负相关关系;得到了自然养护条件下橡胶集料塑性混凝土立方体边长与强度换算系数及标准棱柱体与标准立方体抗压强度的换算系数。     

非线性弹粘塑本构模型开发及应用

讨论了岩体非线性流变的复杂力学行为,基于Peirc比例因子,提出一种非线性弹粘塑性本构模型,并推导了有限元应力返回算法及一致切线模量。根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制了相应的接口程序,将该模型引入ABAQUS中。数值试验结果表明,所建立的非线性弹黏塑性流变模型可以统一描述不同应力状态下的蠕变过程,具有广泛的适用能力。采用该模型对岩石隧道进行弹粘塑蠕变数值计算,得到了隧道拱顶下沉及接触压力的随时间的变化规律。结果表明该模型是正确和可靠的,具有良好的应用前景。     

足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析

通过5个足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析,详细研究了重组竹的抗弯性能。研究表明,重组竹受弯构件的典型破坏形态是底部竹纤维拉断和中性轴附近层间剪切破坏,重组竹受弯构件的设计由截面刚度控制,对应挠度限值L/250的荷载值PL/250与极限荷载Pmax的比值有较好的稳定性,通过回归建立了重组竹抗弯强度fm与弹性模量E的相关关系模型,弹性模量表达的刚度能够准确预测承载力;对于重组竹受弯构件,平截面假定依然成立;参考木结构设计计算方法,考虑竹材重组竹的材料特性,给出了重组竹受弯构件的计算方法,初步建议了重组竹抗弯强度设计值、顺纹抗剪强度设计值、弹性模量E的设计指标。