预应力高强混凝土管桩的抗剪性能有限元分析

采用ABAQUS软件,选取适合模型的本构关系,在验证模型正确性的基础上,建立21个预应力高强混凝土管桩有限元模型,考察剪跨比、轴压比、混凝土强度、增配普通钢筋以及预应力筋配筋率等参数对管桩极限抗剪承载力和P-Δ关系曲线的影响。分析结果表明:剪跨比、轴压比、预应力筋配筋率、增配普通钢筋对管桩的抗剪性能有影响,随着构件剪跨比的减小和预应力筋配筋率的增加,管桩的极限抗剪承载力有较大提高;增配普通钢筋后的管桩,与仅配预应力筋的管桩相比,其极限承载力更高,不同剪跨比下的曲线变化规律也与后者基本一致;增加混凝土强度可以提高管桩的抗剪承载力,但P-Δ关系曲线的弹性阶段几乎没有变化;管桩的极限抗剪承载力随着轴压比的提高而增大。     

轴力作用下预应力高强混凝土管桩抗弯性能研究

采用OpenSees对预应力高强混凝土管桩在轴力和水平荷载共同作用下的受力性能进行了有限元分析。有限元计算结果与试验研究结果吻合较好,模型能较好的反映PHC管桩的受力性能。在此基础上,对PHC管桩在轴力和水平往复荷载作用下的承载力和曲率延性等进行了分析,结果表明,随着PHC管桩承受轴向压力的增加,抗弯承载力增加,但曲率延性降低;轴压比小于0.35时,随着轴力的增加,构件的承载力增加的幅度较大;轴压比大于0.45时,受压区混凝土先于预应力钢筋受拉屈服而被压碎,管桩发生破坏。PHC管桩应用于实际工程中的轴压比宜控制在0.35以内。     

钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析

主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明:钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。     

预应力混凝土深受弯构件的裂缝实验研究

结合4根预应力深受弯构件的实验,分析不同剪跨比和不同预应力筋对构件抗剪承载力的影响。分析表明,剪跨比影响不大。通过开裂荷载和极限荷载的计算值与实验测试值的对比可以看出,有效预应力的作用规范偏于保守,因此该文提出考虑预应力影响的深受弯构件的承载力公式,此承载力公式与实验值符合较好。试验表明:施加预应力后,开裂荷载明显提高。从裂缝分布图看出:预应力混凝土深受弯构件在受剪过程中的受力可比拟为桁架拱模型。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。     

改进的PHC管桩与承台连接处桩端受力性能研究

进行了配置非预应力筋、桩身混凝土中掺入钢纤维以及桩端缠CFRP三种改进的PHC管桩与承台连接处桩端的往复荷载试验,研究了构件的滞回性能、耗能性能和刚度退化等。试验结果表明,桩身混凝土掺入钢纤维之后,管桩的耗能性能有所改善,三种改进方式对管桩的刚度都有一定的提高,其中配置非预应力筋的效果最为显著。采用有限元分析软件ABAQUS对节点在往复荷载作用下的受力性能进行了模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好;在此基础上,对试件各进行了全过程受力分析,结果表明,管桩改进之后,预应力筋的应力有所减小。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

波形钢腹板组合箱梁带栓钉埋入式抗剪连接件承载力推出试验及有限元模拟分析研究

针对一座波形钢腹板组合箱梁部分斜拉桥的受力需求,设计了带栓钉埋入式抗剪连接件。为研究其抗剪承载力,设计并开展了推出试验并进行了试验全过程的有限元模拟,对试验过程中试件的破坏及受力机理进行分析;随后根据该类型连接件的承载机理及受力特点,建立了承载力的近似计算方法。结果发现:对于该带栓钉埋入式抗剪连接件,当栓钉焊接在连接件波形板的直板外侧时,其承载力高于在内侧焊接的情形;当开孔位置位于直板、上折板与下折板时,其承载力依次降低;连接件波形板的上折板荷载-位移曲线存在明显的强化阶段,而下折板几乎不存在强化阶段,直板处荷载-位移曲线特征介于二者之间;另外,该类连接件混凝土开裂及主裂缝均在荷载水平达到0.8倍极限承载力以后形成发展的。所建立的推出试验全过程有限元模拟方法能够准确模拟试验过程中试件的受力行为,并能够诠释栓钉焊接位置、开孔位置对抗剪承载力的影响以及试件破坏机理;基于推出试验与有限元模拟分析,分析可得该类连接件承载力主要由波形板包裹的混凝土与约束钢筋所形成的块连接件、开孔内混凝土剪力销以及栓钉提供,随之建立的抗剪承载力近似计算方法分析结果与试验结果相对误差不超过8.93%,与有限元模拟结果相对误差不超过5.47%,具有良好的适用性。     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。      

有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究

纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点受剪性能分析

基于ABAQUS平台,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点精细化数值有限元模型,计算得到了柱顶水平荷载-位移滞回和单调加载曲线。在对比计算单调加载和实测滞回曲线基础上,研究了节点在柱顶水平荷载下的破坏全过程,细致考察了框架中节点的混凝土、型钢骨架、钢筋骨架以及预应力筋的应力状态,探讨了此类框架节点的破坏机理;基于参数分析结果,研究了轴压比、预应力度、核心区钢管配钢率和配箍率对节点柱顶水平荷载-位移曲线和核心区剪力-剪切变形的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式。研究结果表明,当节点试件水平荷载达到峰值点时,核心区钢管、箍筋及预应力筋均达到屈服,核心区混凝土被压碎,此时可作为节点核心区抗剪承载力计算的标志;提出的节点核心区的抗剪承载力计算公式,可供工程设计参考。     

500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱受力性能试验及有限元模拟分析

通过对7根500 MPa级钢筋自密实混凝土短柱试件的偏心受压试验,研究了试件的受力特征以及高强钢筋与自密实混凝土之间的协同工作性能。试验结果表明,500 MPa级钢筋在柱中与自密实混凝土协同工作性能良好,试件在偏心受压全过程中基本符合平截面假定。采用ABAQUS软件,建立500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱的有限元模型,利用试验实测结果验证模型的适用性与可靠度,并分析自密实混凝土强度、初始荷载偏心距和纵筋配筋率对偏心受压短柱力学性能的影响规律。试验实测值与有限元模拟分析结果表明,500MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱正截面受压承载力可采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中的相关公式计算;为保证一定的安全储备,建议500 MPa级钢筋的设计强度取值为f_sd=f_sd'=420 MPa,材料分项系数取值为γ_s=1.2。     

基于钢板屈曲分析的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算方法

为了考虑钢板屈曲对双钢板-混凝土组合（DSCC）剪力墙的轴压承载力的影响,该文首先以4个组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立DSCC剪力墙的有限元模型。模型中混凝土采用实体单元,钢板采用壳单元,剪力连接件采用非线性弹簧单元SpringA,并考虑了材料非线性和钢板初始缺陷。在验证有限元模型后,研究了不同参数对钢板屈曲的影响,得到了钢板屈曲应力的计算公式。分析结果表明:当钢板出现局部横向贯通屈曲时,破坏模式为屈曲位置的混凝土压碎;当钢板未发生屈曲时,破坏模式为钢板屈服;墙侧面钢板宽度较小时,侧面钢板不会发生屈曲。最后,基于钢板屈曲分析以及构件极限状态下的应力状态分析,提出了新的DSCC剪力墙的轴压承载力计算方法,引入了钢板屈曲的影响。结构表明:对比规范JGJ/T 380―2015采用的计算公式,该文提出的计算方法具有更高的精度和稳定性,可用于DSCC剪力墙的深入研究以及工程设计。     

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

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...     

管桩承载性状的数学描述

基于5根桩现场试验资料的分析,对表征管桩承载性状的桩顶荷载-桩顶沉降曲线、桩身压缩-桩顶荷载曲线进行了数学描述。结果表明:1)用Boltzmann数学模型拟合5根桩的桩顶荷载-桩顶沉降曲线,效果很好,相关系数都达到了0.996以上。2)从综合系数-桩顶荷载曲线图上可发现5根桩的曲线形状有3种类型。3根短桩的综合系数大,2根超长桩的综合系数小。这些反映出综合系数是一个变量而非常数,要由它来确定桩身压缩难度较大。3)用Boltzmann数学模型对桩身压缩-桩顶荷载关系曲线进行回归拟合,效果也很好,各单桩的相关系数都达到了0.996以上,5根桩的综合相关系数为0.9871。这样就可根据已有试桩资料的回归拟合曲线及其方程式来预测和计算该场地及其类似场地中钢管桩的桩身压缩。4)Boltzmann数学模型是适合描述钢管桩桩顶荷载-桩顶沉降、桩身压缩-桩顶荷载这两类曲线的,它为桩身压缩及其极限值的预测、为桩顶极限承载力的判定提供了新方法。5)极限荷载与长径比成大致的负线性关系。     

Structural behaviour of three-pile caps subjected to axial compressive loading

This work presents a comparative analysis about the behaviour of pile caps supported by 3 piles subjected to axial loading. Piles with 20 cm and 30 cm diameters were analysed. The main reinforcement was maintained in all the specimens, however, the arrangement of the secondary reinforcement varied. The main reinforcement consisted of steel bars connecting the piles. The secondary reinforcement was made up of: (a) bars going through the piles and through the projection of the column, (b) bars forming a network, and (c) vertical and horizontal stirrups. The main objective was the observation of the pile cap behaviour regarding the cracks and the modes of rupture. The real scale specimens were subjected to experimental tests until failure by rupture. Instruments were placed with the aim to obtain the displacement of the bases, the strains in the main and secondary reinforcement bars, in the compression struts, in the lower and upper nodal zones and in the sides of the caps. None of the caps reached failure by rupture with a load less than 1.12 times the theoretical load. The specimens ruptured due to the cracking of the compression strut and/or the yielding of the reinforcement bars in one direction.     

预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010?2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。     

考虑混凝土不同约束效应的型钢混凝土柱抗震性能模拟研究

对于型钢混凝土柱,考虑型钢和箍筋对混凝土的约束作用,将混凝土截面分成无约束混凝土部分、部分约束混凝土部分和强约束混凝土部分。基于附加约束应力作用效应的原理,构建了统一考虑混凝土约束效应影响的本构方程,建立了适用于型钢混凝土构件的数值分析模型。利用ABAQUS有限元软件,考虑混凝土不同约束效应及型钢与混凝土间的组合效应,对型钢混凝土柱进行数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果对比,验证了该方法的合理性和正确性。最后采用该方法研究了轴压比、剪跨比和箍筋配置等参数对型钢混凝土柱的抗震性能的影响。