钢筋混凝土柱在长期荷载下的配筋率研究

钢筋混凝土柱在长期荷载作用下,考虑卸载影响时,柱中混凝土将会产生拉应力,配筋的多少将会直接影响到拉应力的大小,从而影响结构的安全。通过简化的分析方法推导了卸载前后柱中钢筋应力与混凝土应力的计算公式,并且在应力分析中,考虑了混凝土的徐变及弹性模量的时效性。同时,结合具体的各种相关参数,分析了柱高和配筋率对柱中最大混凝土平均应力的影响。最后,提出了最大配筋率的计算方法。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型

为准确描述钢筋混凝土结构的非线性地震灾变过程，建立了一种基于显式算法可考虑地震作用应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型，并以材料子程序(VUMAT)的形式嵌入ABAQUS有限元分析平台中。对混凝土、钢筋以及钢筋混凝土柱动态加载试验进行了数值模拟，测试并验证该模型用于钢筋混凝土材料及构件动态性能分析的准确性和有效性。研究结果表明，所提出的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型计算精度较高，能够准确并实时反映地震作用下应变率对材料及构件动态性能的影响，可为精确计算钢筋混凝土结构在地震作用下的非线性动力反应提供理论基础。     

考虑混凝土收缩、徐变及强震中的卸载效应时钢筋混凝土柱最大配筋率的分析

从理论上探讨了综合考虑混凝土的收缩、徐变及强烈地震中的卸载效应时钢筋混凝土柱最大配筋率的工程意义,并导出了最大配筋率的估算公式,供结构设计人员参考。     

配筋率对钢筋混凝土桥面板冲切承载力的影响

为研究不同配筋率对钢筋混凝土桥面板承载力的影响,在试验的基础上通过数值模拟建立8种配筋率的钢筋混凝土桥面板模型,研究其承载力大小,变化趋势及破坏形态。发现:对于破坏形态,在配筋率低于0. 72%时发生弯曲破坏,大于0. 95%时发生冲切破坏;对于承载力,配筋率在板弹性阶段的影响并不明显,而配筋率在0. 2%～0. 72%时对承载力影响较大;基于中国标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》抗冲切承载力计算式,建立考虑配筋率影响的抗冲切承载力计算模型,通过线性回归的方法计算出模型的相关系数,对比欧洲标准、中国标准、美国标准及国内外研究者的试验数据,认为所提出计算式总体安全可靠。     

考虑应变率效应钢筋混凝土梁柱节点受力性能有限元分析

受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同。基于试验结果,考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型,进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析。分析结果表明:采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的梁端荷载-位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合;快速加载下,受混凝土和钢筋率敏感性的影响,钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高;在屈服荷载之前,有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析

利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土框架结构构件中混凝土应变率进行了分析,将梁、柱的弹塑性在应力-应变层次上进行模拟;研究了多维地震输入下应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应的影响以及同一地震波不同峰值加速度下钢筋混凝土弹塑性地震反应的应变率相关性,对比分析了考虑应变率与未考虑应变率下的弹塑性地震反应的差别。研究结果表明:框架柱的应变率明显大于框架梁,并且上部构件的应变率小于下部构件,构件跨中截面的应变率小于端部截面;考虑应变率效应时结构的位移反应、基底剪力和弯矩发生改变,峰值加速度较大的地震波作用下应变率效应更为显著,应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应存在一定的影响,尤其对强震下结构进行抗震分析时应适当予以考虑。     

应变率效应对钢筋混凝土剪力墙抗震效应的影响

利用有限元软件ABAQUS分别对不同剪跨比和不同轴压比的钢筋混凝土剪力墙在准静态和高应变率下动力加载进行数值模拟,并与考虑应变率效应后按JGJ 3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》进行的计算结果进行对比,以得到应变率对钢筋混凝土剪力墙抗震承载力的影响。通过比较不同剪跨比、轴压比及应变率下剪力墙的破坏形态和承载力,可以得出结论:在同一剪跨比和轴压比下,随着应变率的增加,剪力墙的抗震承载力有一定程度的提高,故对剪力墙进行地震作用分析时,应适当考虑应变率效应。     

不同配箍率钢筋混凝土柱受力性能分析

采用大型通用有限元分析软件ANSYS,利用实体建模的方法建立不同配箍率钢筋混凝土柱的模型,对不同配箍率构件进行竖向和水平荷载共同作用下的静力分析,讨论了不同配箍率钢筋混凝土柱的裂缝开展情况和基底剪力—顶点位移曲线,得到了配箍率对于钢筋混凝土柱裂缝开展、构件承载力及构件延性的影响。     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

应变率对剪力墙性能影响的数值模拟

混凝土和钢筋均是率敏感材料,应变率效应对钢筋和混凝土的力学性能具有重要影响,而现有的抗震设计规范并未考虑材料的应变率效应。在钢筋和混凝土静力本构关系基础上引入应变率效应计算出钢筋和混凝土动力本构关系。利用数值模拟技术,模拟计算应变率效应对钢筋混凝土剪力墙性能的影响。系统地分析了加载速率和轴压比对剪力墙性能的影响及其规律。分析结果表明,加载速率和轴压比对剪力墙的承载力、刚度退化以及延性等一系列力学性能有重要影响。     

BFRP约束损伤钢筋混凝土圆柱轴压力学性能研究

为了研究钢筋、玄武岩增强复合材料(BFRP)包裹层数及预损伤对BFRP约束钢筋混凝土(RC)圆柱轴压力学性能的影响,对22个直径242mm、高726mm的混凝土圆柱(包括20个RC圆柱以及2个素混凝土圆柱)开展轴压试验.试验结果表明:纵筋对BFRP约束RC圆柱的极限强度有较明显贡献,箍筋对BFRP约束RC圆柱极限强度和...     

FRP加固桥梁RC短柱拟静力及网络拟动力试验

针对桥梁钢筋混凝土(RC)短柱刚度大而剪跨比小的特点,通过试验方法研究其抗震性能。制作了7个受剪承载力不足的短柱试件,在恒定轴力作用下分别进行未加固短柱、碳纤维(CFRP)加固短柱和玻璃纤维(GFRP)加固短柱的拟静力试验和网络拟动力试验。分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、累积耗能曲线和刚度退化曲线,研究其延性、强度和刚度,并初步比较了拟静力试验结果与拟动力试验结果的差异。试验结果表明:FRP加固RC短柱能够在基本不改变结构动力特性的条件下,有效地增加延性,改善抗震性能;试件在拟动力试验中耗能能力小于拟静力试验中耗能能力。研究成果可为加固RC结构的抗震分析和工程设计提供参考。     

钢筋混凝土柱快速加载作用下力学行为研究

通过对两根钢筋混凝土柱构件进行循环往复加载试验,对比分析了在快速加载条件下和拟静力加载条件下构件的力学性能,试验结果表明,荷载加载速率的增大会提高钢筋混凝土柱构件的承载力,快速加载条件下柱构件的延性较拟静力条件下差。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

Shear-critical reinforced concrete columns under various loading rates

This paper presents an experimental study of shear-governed reinforced concrete columns subjected to different loading rates. Four typical short columns were tested cyclically with loading rate of 0.05, 1, 3, and 5 Hz, simulating seismic load. Test result indicated that the loading rate does not affect the column behavior when the rate is up to 5 Hz. Furthermore, Carbon Nano-Fiber Aggregates (CNFAs) were utilized as internal sensors to detect the damage in the column. The test result shows that the CNFAs work well sensing the structural behavior. The CNFA output was further quantitatively correlated to the structural damage level. Finally, a finite element analytical model was constructed to describe the behavior of short columns with shear failure. The analytical model successfully modeled the cyclic loading test results.     

基于ANSYS的CFRP加固钢筋混凝土柱的轴压比分析

轴压比是影响钢筋混凝土柱结构受力性能的重要因素,本文主要研究了这种因素对钢筋混凝土柱以及CFRP加固后钢筋混凝土柱的力学性能的影响.通过用ANSYS有限元分析软件模拟低周反复位移加载,分析在不同轴压比条件下试件的力学性能.通过研究,本文建议在地震区钢筋混凝土柱的轴压比不大于0.6,这样就可以保证在钢筋混凝土柱的极限承载力得到一定程度提高的同时,其延性不会降低太多;在使用CFRP“围束条带两层＋纵向条带两层＋末端两层锚固”的方式加固后,其力学性能得到了不同程度的改善,轴压比的增大虽然使柱的变形能力减弱,但柱的水平承载力得到了显著提高,并进一步激发了纤维布对混凝土的约束作用,提高了纤维布的加固效果.     

配筋率对全珊瑚海水钢筋混凝土梁受弯性能的影响

通过对全珊瑚海水钢筋混凝土梁(CARCB)和普通钢筋混凝土梁(OARCB)进行受弯性能试验,研究了混凝土种类和配筋率对CARCB的变形性能、承载能力的影响。结果表明:随着配筋率的提高,CARCB的开裂弯矩和极限弯矩均逐渐增大,裂缝宽度扩展逐渐减慢,能有效抑制裂缝的发展。同时,可以通过提高配筋率,增大开裂弯矩与极限弯矩的比值,从而延后CARCB的开裂时间。CARCB的裂缝宽度均随着荷载的增长而增大,在加载初期,裂缝宽度增长缓慢,接近极限荷载时,裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏。此外,综合考虑钢筋锈蚀引起钢筋截面损失和钢筋屈服强度降低的影响,提出了CARCB的极限弯矩、纵向受拉钢筋应力、平均裂缝间距和平均裂缝宽度的计算模型。     

塑性铰区采用FRC柱试验研究及正截面承载力分析

采用简化的纤维增强混凝土应力应变关系,根据截面变形的平截面假定和截面力的平衡方程,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在不同极限状态时的曲率。根据各极限状态点曲率,求得截面上各分布力,对截面形心轴取距,到塑性铰区采用FRC柱的开裂、屈服、峰值和极限点的弯矩表达式。与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好。     

用钢纤维混凝土加固钢筋混凝土梁

比较了桥梁的几种加固方法，总结了钢纤维混凝土加固钢筋混凝土梁的优点，介绍了钢纤维混凝土材料的配比和施工工艺，为桥梁的加固开辟了一条新的途径。