斜拉桥承台结构非线性有限元配筋设计研究

基于承载能力和裂缝控制双重因素 ,对斜拉桥承台结构进行了配筋设计研究。首先 ,对结构进行三维弹性有限元分析 ,结合拉应力图形配筋公式确定初步配筋方案 ;然后 ,利用平面子结构方法计算控制区裂缝宽度、深度和钢筋应力 ,对配筋方案进一步优化。结果表明 ,三维有限元结合平面子结构方法可以有效解决非杆系钢筋混凝土结构的配筋问题     

R.C.梁弯矩调幅系数合理取值的研究

通过弹性计算10个不同弯矩调幅系数和采用不同钢筋种类的单榀框架模型,得到梁、柱的配筋,采用ANSYS建立框架有限元模型,对其进行材料非线性分析,将轴向应力代入规范的裂缝宽度的计算公式,从而得到调幅系数与裂缝宽度和钢筋种类的关系。     

城门洞型压力隧洞衬砌限裂配筋设计方法研究

以城门洞型无压隧洞改建为引水发电隧洞的限裂配筋设计方法为研究对象,综合分析衬砌开裂前后围岩–衬砌混凝土–钢筋的联合作用,建立起二维(平面应变问题)非线性有限元数值仿真分析模型,经分析得到运行期内水压力工况下衬砌中钢筋应力、衬砌混凝土拉应力、衬砌裂缝、裂缝宽度的分布规律、衬砌配筋设计结果,以及检修期外水压力工况下衬砌混凝土裂缝处的应力集中现象和衬砌配筋的验算结果。提出的衬砌限裂配筋设计方法较以往的方法考虑更多影响配筋结果的因素,使结果更符合水工压力隧洞的实际工况,对同类工程设计具有指导意义。     

导流隧洞进水口结构非线性有限元分析

对龙滩导流隧洞进水结构进行三维有限元分析,求得整体结构的应力、位移,并确定结构中的薄弱环节.针对薄弱环节进行二维有限元分析,确定钢筋应力,裂缝开展情况.在此基础上对现有的设计做出评价,并提出相应的建议.     

GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能数值模拟研究

近年来,FRP筋和钢筋混合配筋混凝土结构的研究已逐渐成为土木工程界的热点之一。利用ANSYS有限元分析软件,以试验数据为依据,考虑GFRP筋与混凝土之间的黏结滑移以及材料非线性,建立了GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁的三维有限元模型,并对其抗弯过程进行了数值模拟分析,计算得到的荷载-跨中挠度曲线及裂缝形态分布等都与试验结果吻合较好,可以较好地模拟混合配筋混凝土梁的抗弯性能。在此基础上,探讨了配筋率、梁截面高度及FRP筋类型等因素对混合配筋混凝土梁抗弯性能的影响,从而为进一步研究混合配筋混凝土梁抗弯性能提供依据。     

圆形压力隧洞限裂配筋设计方法研究

为研究圆形压力隧洞衬砌合理的限裂设计方法,采用钢筋混凝土有限单元法对隧洞衬砌的受力特性进行分析,指出隧洞衬砌具有内力值随衬砌开裂区域增加而减小、配筋取决于裂缝宽度的限制要求而非承载力、规范中的裂缝宽度计算公式不适用等特性。通过对厚壁圆筒承载力计算公式的重新推导,指出该方法没有引入裂缝处环向钢筋应变最大值与环向钢筋在整个圆周内平均应变的比值ψ’,使得钢筋面积计算值过小。鉴于隧洞衬砌的受力特性及没有合适的ψ’计算方法,建议取消厚壁圆筒公式,而采用钢筋混凝土有限单元法进行隧洞衬砌的配筋计算。对能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以裂缝宽度限值要求确定钢筋用量与布置;对不能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以限制钢筋应力来控制裂缝宽度,即以钢筋应力限值要求确定钢筋用量与布置。最后,通过较多的算例给出隧洞衬砌的钢筋应力限值,当保护层厚度为50mm时钢筋应力限值可取120MPa,当保护层厚度为100mm时钢筋应力限值可取100MPa。     

给排水工程水池结构三维与二维计算结果对比探析

本文对给排水工程中常规的板式水池结构和带框架水池结构,采用三维有限元计算和二维平面计算手段,进行了相应案例分析。通过案例分析,反映出了水池结构的受力特点,显示出了两种计算方法的主要区别,分析了二维计算设计与实际受力情况存在的出入,给出了根据二维计算结果设计配筋时需要加强和优化的具体部位。根据对计算结果的分析,本文对现阶段水池结构的二维计算设计,建议了与实际受力情况尽可能相符的具体措施。     

基于锈胀力的混凝土保护层破裂过程数值模拟

本文运用FINAL有限元软件,基于钢筋锈胀力,研究混凝土保护层裂缝的形成和发展过程,以及应力分布情况。以二维钢筋混凝土简支梁模型为例,采用以均匀锈蚀为理论基础的锈胀力计算模型,混凝土开裂前选用线弹性本构,开裂后选用双线性软化本构,模拟混凝土由加载初始到破坏的整个过程,得到不同时刻的裂缝图和最大主应力图。通过对试件破坏过程中典型裂缝图和最大主应力图的分析,得出模型为顺筋开裂,初裂位置位于钢筋周围的混凝土中,并逐渐向保护层发展,破坏时锈胀裂缝为张性裂缝,拉应力是裂缝扩展的动力,裂缝形态和应力分布均为漏斗状。文中验证了混凝土保护层发生顺筋锈胀破坏的形态,所得结论为混凝土构件的可靠性、耐久性分析提供了理论依据。     

基于ANSYS的双层配筋CRCP温度翘曲应力数值分析

本文以实测数据为基础,运用ANSYS有限元仿真软件,针对实际工程特定结构,分别从配筋和裂缝两个方面分析双层配筋CRCP温度翘曲应力。研究结果表明:由于裂缝的影响,双层配筋CRCP混凝土最大温度翘曲应力位于板中板宽方向,其值远小于屈服强度;随着配筋率的增加,双层配筋CRCP混凝土温度翘曲应力在板长方向增大,板宽方向变化不大,板长影响显著;改变配筋方式,钢筋间距的影响较钢筋直径的影响大;单、双层配筋形式对混凝土翘曲应力的影响不大;裂缝的形成与双层配筋CRCP混凝土温度翘曲应力关系密切;裂缝间距越大,混凝土翘曲应力越大;裂缝宽度越大,混凝土翘曲应力越小;通过NOLA计算法分析双层配筋CRCP纵向钢筋温度应力,发现纵向钢筋主要承担温缩应力,温缩应力占90%以上,温度翘曲应力的影响很小,可以忽略。     

FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁抗弯性能

纤维增强复合筋(FRP筋)具有抗拉强度高,重量轻和耐腐蚀性等特点。可以更好地解决钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀问题,对提高结构的耐久性有很大的作用。FRP筋应力-应变关系为线弹性,并且FRP筋的弹性模量相对较小,单独配置FRP筋的混凝土梁的变形和裂缝较大。采用钢筋与FRP筋混杂配筋混凝土梁,相对于钢筋混凝土梁产生的挠度较小。本文介绍了FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁的抗弯承载力、最大裂缝和挠度计算方法,为相应的工程应用提供依据。     

Experimental flexural behavior of SMA-FRP reinforced concrete beam

The most critical drawback in currently used steel reinforcement in reinforced concrete (RC) structures is susceptibility to accumulation of plastic deformation under excessive loads. Many concrete structures due to damaged (yielded) steel reinforcement have undergone costly repairs and replacements. This research presents a new type of shape memory alloy (SMA)-based composite reinforcement with ability to withstand high elongation while exhibiting pseudo-elastic behavior. In this study, small diameter SMA wires are embedded in thermoset resin matrix with or without additional glass fibers to develop composite reinforcement. Manufacturing technique of new proposed composite is validated using microscopy images. The proposed SMA-FRP composite square rebars are first fabricated and then embedded in small scale concrete T-beam. 3-point bending test is conducted on manufactured RC beam using a cyclic displacement controlled regime until failure. It is found that the SMA-FRP composite reinforcement is able to enhance the performance of concrete member by providing re-centering and crack closing capability.     

钢筋混凝土受弯构件变形凝聚法分析

传统钢筋混凝土非线性分析大多采用以连续介质力学为基础的非线性有限元方法,侧重数学模型的描述,难以体现开裂截面局部转角和塑性铰等宏观变形特征。从物理模型的观点出发,提出能够反映宏观变形特征的变形凝聚法。在一维弹性问题分析的基础上,提出钢筋混凝土受弯构件基于变形凝聚概念的三阶段分析方法,按平均裂缝间距划分单元,与物理模型相吻合,且计算效率高。编制程序对同济大学预应力研究所近期完成的高强钢筋混凝土受弯构件系列试验进行了模拟,试验结果与程序计算结果吻合良好,表明该新方法是合理可行的。     

后置钢管式钢筋混凝土柱轴压性能的监测与分析

后置钢管式钢筋混凝土柱是一种新型的加固方法,是在外包钢方法、套管约束混凝土方法以及钢管混凝土叠合柱的基础上提出的.采用后置钢管式钢筋混凝土柱对既有钢筋混凝土柱进行加固,是在原有钢筋混凝土柱四周凿出一部分混凝土形成空腔,外包钢板,二者之间的空腔灌浆形成钢管混凝土组合结构,且不改变原有柱的尺寸.在加固施工现场对后置式钢管混...     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

钢板-混凝土组合受弯加固梁疲劳性能试验研究

通过对8根钢板-混凝土组合受弯加固简支梁（以下简称组合加固梁）的等幅疲劳加载试验,研究了组合加固梁在疲劳荷载作用下的寿命及应变变化规律。试验结果表明：组合加固梁的疲劳破坏是由钢板裂纹从栓钉焊趾处开始缓慢扩展直至贯通导致的,与普通钢筋混凝土梁相比,组合加固梁的疲劳破坏具有较好的延性;钢板应力幅对组合加固梁的疲劳性能影响较大,实际设计时应严格控制钢板的应力幅和应力上限,不宜采用高强钢材和较薄的钢板;加固层预应力可有效提高组合加固梁的疲劳性能;按TB 10002.2-2005《铁路桥梁钢结构设计规范》中规定的焊有栓钉的受拉钢板的S-N关系对钢板-混凝土组合加固梁的钢板进行疲劳设计偏于安全。另外,提出了考虑应力水平影响的组合加固梁疲劳寿命的计算方法。图19表6参12     

混凝土构件中钢筋锈蚀的中子断层扫描成像

制备了小型混凝土构件,通过三点弯曲诱导裂缝和氯盐溶液干湿循环加速其中钢筋锈蚀,采用自然电位法监测钢筋的腐蚀电位,并采用中子断层扫描成像技术对钢筋锈蚀产物分布进行了分析.结果表明:钢筋混凝土构件经过85次氯盐溶液干湿循环后,采用中子断层扫描成像技术对其进行三维扫描成像,可直观呈现钢筋锈蚀产物分布状况;钢筋锈蚀产物集中分布于裂缝断面钢筋与基体界面的底部区域,并沿界面逐渐向外扩展,符合氯盐诱导钢筋锈蚀的坑蚀规律.这为研究混凝土结构中钢筋的锈蚀机理提供了一种新的试验方法.     

深基坑边坡插筋加固与开孔卸载联合支护机理及有限元分析

对深基边坡稳定问题本文提出插筋加固和局部开孔卸载联合支护新体系 ,并首次提出用变弹法解出插筋作用形成复合土体的应力本构关系 ,并对其作用机理探讨。提出插筋复合土体边坡二种破坏模式和杆筋与杆间土间的四种破坏模式。最后通过对插筋与杆间土引入一个能反映粘结一滑移机制的粘结单元。建立了新的杆体与杆间土协同作用有限元模型并通过算例与实测资料对比 ,验证了所建立模型的正确     

混凝土桥梁几个基本计算及设计问题的再认识

本文深入讨论了桥梁结构的指标应力、混凝土箱梁及钢砼结合梁的分析方法、大跨径预应力混凝土梁桥的开裂下挠问题及体外预应力加固方式、主动利用体外预应力钢束提高箱梁结构的抗裂性等几个混凝土桥梁的基本计算与设计方面的问题,指出了目前结构分析与配筋方法的缺失和缺陷,希望对桥梁结构的空间受力特征以及配筋方法的本质有较完整和深入的揭示,以为我国桥梁结构的设计更精细、更完善,促进桥梁结构的工程安全与耐久提供有益建议     

Experimental study on flexural behavior of ECC/RC composite beams with U-shaped ECC permanent formwork

To enhance the durability of a reinforced concrete structure, engineered cementitious composite (ECC), which exhibits high tensile ductility and good crack control ability, is considered a promising alternative to conventional concrete. However, broad application of ECC is hindered by its high cost. This paper presents a new means to address this issue by introducing a composite beam with a U-shaped ECC permanent formwork and infill concrete. The flexural performance of the ECC/RC composite beam has been investigated experimentally with eight specimens. According to the test results, the failure of a composite beam with a U-shaped ECC formwork is initiated by the crushing of compressive concrete rather than debonding, even if the surface between the ECC and the concrete is smooth as-finished. Under the same reinforcement configurations, ECC/RC composite beams exhibit increases in flexural performance in terms of ductility, load-carrying capacity, and damage tolerance compared with the counterpart ordinary RC beam. Furthermore, a theoretical model based on the strip method is proposed to predict the moment-curvature responses of ECC/RC composite beams, and a simplified method based on the equivalent rectangular stress distribution approach has also evolved. The theoretical results are found to be in good agreement with the test data.