考虑材料不同拉压强度纯弯曲箱梁弹塑性分析

对桥梁工程中常用的薄壁箱梁及其他截面梁纯弯曲进行弹塑性分析,给出了考虑材料拉压屈服强度不同时的塑性极限弯矩计算公式,计算结果表明所推公式具有广泛适用性,方便了薄壁主梁结构弹塑性分析与计算应用。     

T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力联合作用下的相互作用曲线

T形钢管混凝土柱由翼缘宽矩形钢管和腹板矩形钢管内填混凝土构成,其中翼缘宽钢管又分成腹板左侧、与腹板相对和腹板肢右侧等三个腔,各腔壁板的宽厚比满足矩形钢管混凝土柱中对宽厚比的限值,因而钢板不发生局部屈曲。按照弹性材料假定确定组合截面的弹性形心主轴;采用截面变形符合平截面假定,钢材为理想弹塑性,并假设混凝土在钢管的约束下混凝土在到达强度标准值后不退化,略去混凝土拉应力,采用计算程序确定了T形钢管混凝土柱(T-CFT)在双向弯矩和轴力作用下形成塑性铰时的极限曲面。计算截面在塑性中和轴平行于翼缘时的轴力-弯矩相关曲线,论证了轴力-弯矩相关曲线的旋转对称性;分析了曲线的特点,根据弹性形心轴和塑性中性轴的相对位置,识别出4个关键点,分别是全截面受压、全截面受拉、塑性中性轴与弹性形心轴重合和塑性中性轴位于翼缘钢管的下表面,计算这4个关键点的轴力和弯矩;计算并且理论分析也表明,当塑性中性轴与弹性形心轴重合时,抗弯承载力达到最大值。根据不同截面宽高比、不同钢材与混凝土强度等级的组合下相关曲线的不同特点,将相关曲线分为两类,分别拟合了轴力和弯矩的相关关系。对于塑性中性轴平行于腹板的情况,存在绕两个形心轴的弯矩,分别画出了轴力与绕两个坐标轴的弯矩的两组相关曲线,这些相关曲线上同样可以识别出5个关键点,分别对应于全截面受拉、全截面受压、塑性中性轴在腹板肢左侧和腹板肢右侧、塑性中性轴与弹性形心轴重合,利用这5个关键点的轴力和弯矩值,拟合了轴力与弯矩相关曲线的两组近似计算公式。对最大抗弯承载力进行了参数分析,结果表明,影响最大抗弯承载力的最大因素是混凝土的分担率,为此拟合了最大抗弯承载力与混凝土分担率的关系曲线。最后,分析了T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力作用下的相关曲线,考察了给定轴力下绕两个坐标轴的弯矩之间的相关关系曲线,发现相关曲线的左、右、上、下4个极值点的弯矩值对应的塑性中性轴分别平行于坐标轴,基于此特性,利用已经提出的塑性轴平行于坐标轴时的轴力-弯矩相关关系的计算式,可以计算出这4点的弯矩值;根据不同轴力下双向弯矩相关曲线,拟合了双向弯矩相关关系式。通过与大量算例结果的对比,发现该公式精度良好且偏于安全。     

预应力RPC吊车梁正截面静载承载力试验研究

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型超高性能混凝土.为了研究其构件的受弯性能,制作了二根吊车梁进行静载试验,通过分析其受力至破坏的整个过程,得到了吊车梁在各级荷载作用下最不利截面应变沿高度的分布图,建立了考虑受拉区拉应力贡献的正截面开裂弯矩和极限弯矩计算公式.研究结果表明,预应力活性粉末混凝土受弯构件,在开裂前可以按弹性方法计算,将受压区简化为三角形,受拉区简化为梯形.在计算截面抵抗矩塑性影响系数时,纵筋率越高,梁的开裂弯矩提高越大,其T形截面的抵抗矩塑性影响系数γm可近似取为2.1.考虑受拉区混凝土的贡献,受拉区应力图等效系数k可近似取为0.34.     

塑性应变极限状态下I形和矩形管截面变形分析

通常在钢结构弹塑性设计中会假设大多数受压横截面中具有"全塑性铰"。基于平衡条件提出的用于计算塑性极限状态下结构内力的公式,不能计算出这种极限状态下各种内力组合下结构的整体变形。针对矩形管截面和双轴对称I形截面的弹塑性分析提出一个简单模型。该模型考虑了横截面塑性应变极限状态下的结构整体变形(轴向变形和弯曲曲率)与相应内力(轴力和弯矩)的关系。利用这个模型可以对横截面延性进行真实的评估。     

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。     

端板型半刚性组合节点的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对端板型半刚性组合节点进行了弹塑性有限元计算,分析了组合节点中混凝土板中的纵向钢筋总面积及钢筋强度对组合节点初始转动刚度、弹性极限弯矩和转角及塑性极限弯矩和转角的影响,从而为这种节点的设计提供了参考和借鉴。     

装配式预应力钢梁受弯性能试验研究

为研究装配式预应力钢梁预应力梁段的受弯性能,对2个预应力简支钢梁试件进行静力加载试验,分析预应力钢梁段的弹塑性阶段受力机制和控制截面的应力变化规律。采用有限元分析方法研究预应力钢梁受弯全过程的受力机理和初始索力对构件承载力的影响。研究结果表明:预应力钢梁受弯过程为弹性-弹塑性-塑性3个阶段,在预应力作用下钢梁弹塑性阶段承载力会缓慢增加。增加初始预应力能有效提高结构的弹性极限承载力和极限承载力,但对结构的延性不利。塑性阶段钢梁跨中塑性铰的形成机理是受压翼缘先屈服,随后受拉翼缘屈服,屈服范围不断扩大,最终在整个梁高范围内形成塑性受力区。"T"形锚固区在加载过程中"—"部位受拉,"T"形下部顶点受压且应力较大。     

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。     

钢筋混凝土受弯构件的延性及弯矩重分布

研究了钢筋混凝土受弯构件延性系数和塑性铰转动能力的计算方法,给出了受拉钢筋屈服和混凝土达到极限压应变或受拉钢筋达到极限拉应变时混凝土受压区高度的计算公式,在此基础上,比较了中国规范、美国规范和欧洲规范规定的最小和最大纵向钢筋配筋率范围内构件的塑性铰转动能力,分析了塑性弯矩重分布系数与相对受压区高度的关系。研究结果表明:由于中国规范规定的最大纵向钢筋配筋率对应于界限破坏,构件配筋率达到最大配筋率时构件已经不具有塑性变形能力,即使没有达到最大配筋率,变形能力也不大。     

带轴力混凝土截面弯矩-曲率计算解析

确定塑性铰塑性转动能力大小是超静定结构弹塑性分析的关键内容.混凝土开裂应力释放、钢筋屈服、轴力和弯矩等许多因素影响了截面塑性转动能力.借鉴承载能力极限状态所有可能的应变图,构造弯矩-曲率计算的应变图.以解析方式分析和计算混凝土矩形截面轴力、弯矩、应变和曲率,一次计算可以便捷地得到所有结果,避免了迭代和收敛困难.引入合力...     

钢纤维全轻混凝土力学性能试验研究

为探究钢纤维体积掺量对全轻混凝土力学性能的影响,设计了钢纤维体积掺量为0、1%、2%的全轻混凝土试块,对其进行抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度试验,并对试验现象和数据进行对比分析。试验结果表明:钢纤维能有效地限制全轻混凝土试块裂缝的发生和发展,随着钢纤维体积掺量的增加,全轻混凝土的抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度和抗折强度都得到了大幅度的增加,使全轻混凝土表现出更好的变形能力和承载力。     

海水海砂钢纤维混凝土的基本力学性能

制备了强度等级为C30、C50和C70的海水海砂钢纤维混凝土试件,通过180个标准立方体和72个棱柱体试件,完成了工作性、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量试验,得到了基于两种规范模式下海水海砂钢纤维混凝土的弹性模量与立方体抗压强度的关系公式。结果表明,海水海砂能够配置成工作性良好的高强混凝土,钢纤维有利于提升混凝土拌合物的流动性。对于混凝土抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量四个指标,海水海砂混凝土均略低于普通混凝土,且随着混凝土强度等级的提高,差距逐渐减小,此外,随着钢纤维体积掺量的增加,上述指标值均逐渐增大。海水海砂混凝土的弹性模量与抗压强度关系模型与试验数据吻合较好,且具有一定安全储备,可供沿海、海岛土木加固工程借鉴。     

Displacement and curvature estimation for the design of reinforced concrete slender walls

Previous earthquakes, such as the 2010 Maule earthquake in Chile, have demonstrated the need to establish suitable predictors of compressive or tensile strains in concrete or steel in reinforced concrete shear walls, which can provide limit states or confinement requirements. Slender walls are commonly controlled by flexural deformations that can be divided into elastic and inelastic components. This study provides calibrated expressions for the elastic and inelastic components of flexural deformations using a fiber model for slender walls. These expressions are obtained for rectangular and T‐shaped walls. The elastic component is dependent on the axial load and the boundary steel reinforcement ratio. The impact of wall coupling is investigated, which requires a correction for the elastic component. The investigation of the inelastic component is based on a plastic hinge model, in which the length of the plastic hinge is a function of the lateral inelastic drift of the wall among other parameters. The traditional linear inelastic curvature distribution over the wall height is also modified for cases with steel reinforcement with a long yield plateau or low strain hardening, which results in a larger curvature at the wall base. The distribution is validated with experimental data from the literature. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于力学性能的吸附砂浆界限含量分析

基于再生粗骨料吸附砂浆定量分析及文献数据,研究吸附砂浆含量变化与再生粗骨料物理性能之间的关系,以及再生粗骨料取代率为100％的再生混凝土在不同吸附砂浆含量下的力学性能演化规律;以吸附砂浆含量为自变量、力学性能为因变量、目标强度为限值,利用数学方法确定吸附砂浆界限含量.研究发现:随着吸附砂浆含量的增加,再生粗骨料的物理性...     

内置H型钢预应力混凝土连续组合梁受力性能试验研究

内置H型钢预应力混凝土连续组合梁综合了型钢混凝土梁和预应力梁的优点。为研究内置H型钢预应力混凝土连续组合梁的受力性能及弯矩重分布规律,完成了3根两跨内置H型钢预应力混凝土连续组合梁试验,并进行了非线性分析。研究结果表明：内置H型钢预应力混凝土连续组合梁荷载-跨中变形关系曲线近似呈二折线;以达到承载能力极限状态时支座控制截面弹性弯矩计算值与内置H型钢实际承担的弯矩之差为调幅对象,弯矩调幅幅度受含钢率影响不大,随型钢高度与梁截面高度比值增大而增大;连续组合梁中支座两侧等效塑性铰区长度不大于0.64倍梁有效高度,且随预应力度增大而减小;当相对塑性转角不大于0.817×10^-5时,弯矩调幅系数随相对塑性转角增大而增大,且不大于0.44。为内置H型钢预应力混凝土连续组合梁设计提供了参考。图10表11参10     

薄壁钢管残余应力有限元分析

根据热弹塑性应力理论、有限元增量理论 ,利用大型有限元软件ANSYS对直焊缝薄壁钢管进行残余应力分析 ,分析结构表明 ,焊接中心残余拉应力最大 ,截面上拉压应力交替出现 ,并与试验结果相比 ,吻合较好 ,为残余应力的理论分析提供参考。     

圆弧钢拱破坏荷载的理论计算

拱结构经常在桥梁、屋顶等大跨结构中使用。尽管这些结构构件容易出现各种失稳现象,但其中短粗拱或细长拱的侧向水平连接失效是由塑性破坏而非平面内或平面外屈曲引起的。通过极限荷载方法分析塑性破坏荷载,以最大限度地发挥截面的塑性能力和出现塑性铰后的内力重分布能力。描述了竖向荷载下圆弧钢拱塑性破坏荷载的计算方法。使用塑性力学中的上限法、下限法和位移协调法来计算塑性破坏荷载,压力致使拱截面的容许塑性力矩减小。确定外荷载与容许塑性力矩之间的非线性关系后,使用迭代法得到塑性破坏荷载。利用有限元方法对分析结果进行检验,二者的分析结果相吻合。最后基于迭代法绘制设计图。     

钢-砼连续组合梁塑性铰特性及内力重分布研究

本文在两根3.6m长单跨倒置组合梁和两根7.6m长双跨连续梁试验及电算分析的基础上,着重对连续组合梁塑性铰特性及内力重分布现象进行了研究。结果表明:力比R是影响塑性转动能力及弯矩重分布程度的一个重要参数。负塑性铰的极限塑性转动能力在力比R≤O.3时,由钢筋极限拉应变ε_tu=0.O1控制;在力比R>0.3时,由钢粱极限压屈应变ε_Bu控制,ε_Bu可用公式ε_Bu=(-1.153+3.421/R)×10~(-3)近似计算。为了保证35％的弯矩调幅,负弯矩截面的力比R应不大于O.5。     

Reliability of pressurised pipelines subjected to longitudinal ground movement

A methodology was developed to calculate the probabilities of tensile rupture and compressive local buckling for pressurised pipelines that are buried in unstable slopes and subjected to longitudinal loading imposed by the slopes. The limit state functions were established by comparing the tensile and compressive strain demand with the corresponding strain capacities. The strain demand is calculated using an analytical model reported in the literature, which is capable of accounting for the elastic–plastic behaviour of the pipeline and the elastic–perfectly plastic behaviour of the pipe–soil friction. The strain capacities are characterised based on the information available in the literature. The spatial variability of the soil and pipe properties is incorporated in a simplified manner. A numerical example was used to illustrate the proposed methodology and impact of the spatiality variability of the soil and pipe properties on the failure probability. The analysis results suggest that the spatial variability of pipe wall thickness and yield strength tends to increase the failure probability, whereas the spatial variability of the soil ultimate resistance tends to decrease the failure probability.     

不锈钢与聚丙烯混杂纤维混凝土的性能研究

普通混凝土具有较高的抗压强度,但存在凝结与硬化过程中收缩大、极限延伸率小以及在浇筑初期会产生塑性收缩裂缝等缺点。针对这些问题,本文采用在混凝土中掺加单一不锈钢纤维和单一聚丙烯纤维以及同时掺加不锈钢纤维和聚丙烯纤维的方法,得到了混杂纤维混凝土对抗压与抗折强度影响的基本规律。