钢-预应力混凝土组合梁滑移规律分析及连接件局部加强设计

为了对预加力阶段组合梁剪力连接件的局部加强设计提供理论依据,采用能量变分法,考虑翼板剪力滞效应和钢梁与混凝土板之间相对滑移的影响,推导了钢-混凝土预应力组合梁在预加轴力作用下荷载效应的解析解,计算结果与试验结果吻合较好,并在解析解基础上分析了预加轴力作用下组合梁结合面的相对滑移规律.分析表明:组合梁在预应力锚固区的界面...     

型钢高延性水泥基材料粘结性能试验研究与有限元分析

为了研究型钢与高延性水泥基材料(ECC)界面粘结滑移性能,对型钢ECC试件进行推出试验,分析PVA纤维掺量、横向箍筋配箍率、ECC保护层厚度及型钢锚固长度对型钢ECC试件破坏形态、荷载-滑移曲线及粘结应力的影响,提出粘结应力沿型钢锚固长度分布规律,研究表明:PVA纤维掺量和ECC保护层厚度对型钢ECC粘结应力影响较大,粘结应力最大值出现在靠近加载端的位置,随着荷载增大,等效粘结应力也相应增大。根据试验结果,建立不同状态下型钢ECC粘结应力计算表达式,提出粘结应力-滑移本构关系。在此基础上,利用非线性弹簧考虑型钢与ECC界面间的粘结性能,建立型钢ECC推出试件的有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,结果表明,该文提出的有限元模拟方法能够准确地分析型钢ECC的粘结滑移性能。     

整体-局部弯曲模型及其在简支组合梁中的应用

为建立钢-混凝土组合梁界面滑移及考虑界面滑移的挠曲线计算模型,基于Bernoulli梁理论和剪力连接件线性剪力-滑移模型,从梁体平衡方程、几何方程和物理方程出发,建立了基于全微分的截面弯矩和剪力分配计算方法,提出了适用于组合梁变形分析的整体-局部弯曲模型,通过引入整体弯矩分配系数,建立了组合梁界面滑移及挠度控制方程。将整体-局部弯曲模型应用于简支组合梁变形分析,利用MAPLE软件对其进行求解,得到了均布荷载、跨中集中荷载、对称集中荷载三种荷载工况下的简支组合梁界面滑移公式与挠曲线方程,与国内外已有试验结果和相关研究成果相对比,结果表明该文计算结果与实际情况吻合较好。     

体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的承载力分析

对体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的弹性阶段和极限状态进行了受力分析,考虑了预应力以及预应力筋内力增量对连续组合梁弯矩分布的影响。以力法原理为基础,分别建立了预应力加固连续组合梁在对称集中荷载作用下负弯矩区和正弯矩区屈服荷载以及极限荷载的计算公式,计算结果与两根试验梁的试验结果吻合较好。计算公式可供设计参考。     

型钢高强高性能混凝土梁粘结滑移行为研究

通过12榀不同混凝土强度等级、剪跨比、配箍率的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁试验,得到了各级荷载作用下沿梁长度(即跨度)方向型钢应变、型钢与混凝土界面粘结应力与相对滑移分布规律。结果表明:在界面粘结应力尚未达到局部粘结强度之前,型钢应变和界面滑移近似呈指数变化;此后界面出现粘结软化,且粘结软化区段随荷载的增加逐渐向试件自由端扩散,型钢与混凝土协同工作的能力降低。通过对界面粘结滑移行为与诸影响因素的分析,从机理上揭示了粘结软化的形成与演化过程,分析了局部粘结强度与其主要影响因素的关系,并由试验结果统计回归得出了型钢高强高性能混凝土局部粘结强度的计算公式,进而提出型钢高强高性能混凝土梁局部粘结应力与加载端粘结滑移本构关系的数学模型。最后建立了型钢与混凝土界面粘结滑移分析的理论模型,求解了各级荷载作用下粘结应力的传递规律。研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据。     

预应力组合梁长期性能试验研究

介绍了预应力组合梁的受力性能研究与工程应用的最新进展。通过两根 预应力组合梁和一根普通组合梁的试验,对预应力组合梁在长期荷载作用下的变形、内力分布、预应力筋应力、钢梁与混凝土板的滑移等时随性能进行了试验研究和分析。     

基于OpenSees的钢筋混凝土梁粘结滑移数值分析

粘结滑移性能的数值分析是钢筋混凝土结构研究的热点,该文在总结现有粘结滑移本构关系的基础上,采用分离式思想在OpenSees中建立粘结滑移精细化分析模型,并通过拉拔试件与RC梁构件的数值分析研究梁中钢筋与混凝土的粘结滑移作用,同时考虑箍筋量对构件滑移分布的影响。经过该文分析可知,该数值分析模型具有一定的合理性,能较准确的反映出粘结应力、滑移等分布的规律;通过梁构件数值分析可知,其整体性能受到粘结性能、钢筋滑移量大小及箍筋配置等的影响,箍筋的配置对构件局部滑移会产生一定的影响,但对滑移的整体分布影响并不显著。     

钢板夹芯混凝土组合梁的变形分析

以简支钢板夹芯混凝土组合梁为对象,建立了组合梁在集中载荷作用下的简化计算模型,推导出钢板与混凝土界面间的界面滑移及组合梁变形的计算公式。该公式既能描述组合梁的界面滑移规律,又能体现界面滑移对组合梁变形的影响。并把按本文推导出的计算公式计算变形的结果与文献中的实验结果进行了对比,结果吻合良好。通过算例研究结果表明:随着载荷与剪力连接件间距的增大,界面滑移增大,变形也增大。     

中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能研究

BFRP(basalt fiber reinforced polymer)筋是一种取代钢筋用于土木工程领域的新型纤维复合材料,中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能是保证其协同作用承受动荷载的重要前提。该文根据正交试验方法设计了16组粘结试件,利用MTS试验系统对不同加载速率(0.005 mm/s~5 mm/s)下的BFRP筋-混凝土试件进行了中心拉拔试验,研究了加载速率、混凝土强度及BFRP筋直径等因素对粘结性能的影响。在现有粘结强度计算模型的基础上,对粘结特征参数进行了修正,提出了中低加载速率下的BFRP筋-混凝土动态粘结强度计算公式,进一步建立了BFRP筋-混凝土粘结滑移本构关系模型。结果表明:BFRP筋-混凝土粘结试件主要发生拔出破坏与劈裂破坏,粘结滑移过程可分为滑移段、下降段和残余段;粘结强度随加载速率和混凝土强度的增大而增大,而随纤维筋直径的增大却显著减小;理论计算结果与试验结果吻合良好,为预测中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能提供了一种有效手段。     

锈蚀钢筋混凝土柱的修正压-剪-弯分析模型研究

随着服役时间的增加,混凝土结构中钢筋易发生锈蚀,引起混凝土结构承载性能下降,严重影响工程结构的继续使用。该文在分析纵筋锈蚀后的屈曲效应、箍筋锈蚀后的约束效应、混凝土和钢筋材料性能劣化的基础上,建议了考虑锈蚀影响的钢筋、混凝土及锈蚀钢筋与混凝土界面粘结性能的本构模型,以锈蚀钢筋混凝土柱为研究对象,对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正,建立了锈蚀钢筋混凝土柱压-剪-弯交互作用下极限承载力计算模型,并通过21根锈蚀混凝土柱的试验结果对建议分析模型进行了验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土柱极限承载力试验值与计算值之比的平均值为1.021,方差为0.014,建议模型极限承载力预测值与试验结果吻合较好,可用于低周反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的承载力分析。     

Sensitivity analysis of pre-stressed concrete sleepers for longitudinal crack prorogation effective factors

B70 mono-block pre-stressed concrete sleepers are one of the most common sleepers in Iran's railways industry. They have been used in many of the country's railway transition lines. The B70 types of sleepers are classified as pre-stressed concrete beams; therefore the value of pre-stressing force is one of the most important parameters in the field of sleepers' structural designing. Selecting high pre-stressing force due to the fact that it increases the steel bars strength, could increase the possibility of longitudinal cracks formation before service loading, especially if the tensile strength is low. Therefore, pre-stressing force and tensile strength are two important factors for investigating the sensitivity of longitudinal crack formation and propagation in sleepers. Sensitivity analysis has been conducted for tensile strength of concrete and the pre-stressing force in the steel bars, by using finite element method. It could be clearly seen in the results that increasing the tensile strength of concrete, increases the cross section capacity. This increase in the capacity does not have a direct relationship with the increase of the tensile strength. Also the numerical model indicates a linear behavior between different pre-stressing forces and maximum tensile stress around the dowels. Applying higher pre-stressing force values can increase the possibility of longitudinal cracks prior to service loading of the sleepers and also long-term sleepers' service life.     

氯盐干湿环境下TRC与老混凝土的界面特性研究

采用双面剪切的加载方式研究了氯盐干湿循环对纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete,TRC)与普通硅酸盐混凝土界面性能的影响,并通过SEM(Scanning electron microscope)技术探究了氯盐干湿循环作用下界面的微观结构。研究发现:氯盐干湿循环下,TRC与老混凝土界面微观结构会损伤劣化;与连续氯盐浸泡相比,氯盐干湿循环对界面粘结性能的影响较大;相同干湿循环次数下,加固界面的粘结强度随着氯盐溶液浓度的增加而降低;相同氯盐溶液浓度下,加固界面的粘结强度随着循环次数的增加而降低。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆柱轴压受力分析

提出了外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的新型复合加固方法。对9根复合加固钢筋混凝土圆短柱进行了轴心受压试验,根据试验中测得的钢管和钢筋应变结果,采用内力分解法分析了外套钢管、核心混凝土和钢筋的应力变化和三者之间的相互作用。分析结果表明:加载方式对外套钢管的横向变形影响较大,约束型加载方式外套钢管屈服时的横向应力大于钢管和核心混凝土共同承压加载方式;核心混凝土的抗压强度提高系数和不同材料承担轴力的比例与加载方式、外套钢管厚度、后浇自密实混凝土强度和界面处理方式有关。     

新老混凝土粘结面断裂损伤过程区研究

在新老混凝土粘结面断裂性能试验的基础上,建立了新老混凝土粘结面断裂破坏模式,分析讨论了界面层特性及界面微裂缝扩展对新老混凝土粘结面断裂性能的影响。建立了新老混凝土粘结面带状微裂缝断裂过程区模型,根据该模型可求出断裂过程区尺寸。结合裂缝过程区的荷载~应变试验结果,用临界断裂韧度对新老混凝土粘结断裂韧度进行了断裂过程区影响修正。     

A New Method of Controlling Shrinkage Cracking in Repaired Concrete Structures Using an Interface Layer of Carbon Fiber Reinforced Cement Mortar

Bonding an overlay of new concrete onto the damaged concrete is a usual repair method. Because of the different shrinkage rate of the new and old concrete, restrained shrinkage cracks will appear in the new concrete. The cracks will reduce durability and strength of the repaired structure. A new repair method using an interface layer of carbon fiber reinforced cement mortar between new and old concrete was developed in this paper. The new method was found to be very effective in reducing shrinkage cracking of repaired beams and slabs. Comparing with normal repaired beams, the maximum observed width of the resulting cracks was decreased by up to 43%, the cumulative width was decreased by up to 78%, the cumulative length was decreased by up to 73%, and the total area of the cracks was decreased by up to 81%.     

不同界面处理方法的自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

通过5个自密实混凝土加固框架中节点和1个整浇的对比框架节点进行二次受力下自密实混凝土框架节点的拟静力试验,研究不同界面处理对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响。5个加固试件的界面分别采用了凿毛法、刻槽法、凿毛加刻槽法以及凿毛加植筋法等4种方法进行处理。通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得到:4种界面处理方法均能使自密实混凝土与老混凝土具有较好的协同工作性能,而采用凿毛法与刻槽法相结合或凿毛法与植筋法相结合的加固节点其极限承载力、极限位移、位移延性系数等较单独采用凿毛处理或刻槽处理的效果明显提高,而极限承载力已接近整浇对比试件。     

体外预应力桥梁锚固结构的受力性能与配筋研究

通过两座不同截面类型的体外预应力桥梁锚固结构的空间应力分析,获得了其应力分布特点,指出了其薄弱环节。探讨了角钢、锚垫板、体外预应力钢管对锚固结构受力性能的影响。根据力流传递形式结合拉压杆模型方法,建立了锚固结构拉压杆配筋计算模型,提出了配筋建议。分析表明:在锚固结构与梁交接部位设置角钢,能有效地降低该位置混凝土的应力集中;按弹性材料分析得到的锚固结构附近区域混凝土的各应力值均不同程度地超出设计强度的若干倍,但考虑材料的非线性,考虑角钢、锚垫板、体外预应力钢管、钢筋网以及分布钢筋的作用,锚固结构混凝土的局部应力大为降低,满足规范限值要求。     

Numerical simulation of pre-stressed concrete slab subjected to moderate velocity impact loading

This paper presents an efficient numerical analysis procedure to simulate failure analysis of a pre-stressed concrete slab subjected to the hard impact using LS-DYNA commercial software. In this study, the moderate velocity (60 m/s–300m/s) used in the corresponding tests, is chosen in order to assess the punching resistant capacity of the slabs. Material nonlinearity is employed to consider failure and damage. The structural dynamic behavior of the materials is considered by taking into account the strain-rate effect, and damping effects are also investigated. An efficient method on the simplified modeling of pre-stressed concrete, namely the “Spotweld” method, is proposed, which allows introducing the pre-stressing force directly into the pre-stressing bars. To illustrate the accuracy of the proposed numerical analysis procedure, two different impact tests are used for the verification of the numerical modeling. The effects of modeling parameters are examined by several parametric analyses. It is shown that proposed modeling may be effectively used to investigate the structural behavior of pre-stressed concrete structures subjected to hard missile impact.     

Transition zone studies of new-to-old concrete with different binders

The weak transition zone between new and old concrete controls many properties of repaired concrete. The transition zone between aggregates and cement pastes of normal concrete has been studied by a number of researchers. But to date, there is little information available about the interfacial zone between new and old concrete. In this paper, major properties of the transition zone between new and old concrete with different binders were studied by using both scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The bond strength was also investigated. The test results show that the binder is a vital factor, which affects the morphology (size and shape), mineralogy and the microstructure of the transition zone in repaired concrete.     

蜂窝三撑杆型索穹顶结构构形和预应力态分析研究

该文详细研讨了一种新颖的蜂窝三撑杆型索穹顶,索穹顶结构的上弦索平面投影为蜂窝状网格,与下弦节点相连的有三根撑杆。不采用上下弦只有一根垂直水平面撑杆的"拉索海洋和压杆孤岛"传统张拉整体Fuller构想。这种新型蜂窝三撑杆型索穹顶的提出,即减少了环索与斜索用量,又提高了撑杆及结构的整体稳定性。该文对索穹顶预应力态采用节点平衡方程,详细推导和建立了蜂窝三撑杆型索穹顶索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和大量的算例分析,以诠释索穹顶预应力态的分布规律和受力特性。该文的研究为索穹顶结构的选型和设计提供了一种新方案、新形体。