外包角钢加固钢筋混凝土柱轴心受压承载力计算方法研究

外包角钢加固混凝土柱轴心受压试验研究结果表明,外包角钢一方面直接参与承受轴向压力,另一方面与缀板形成钢骨架体系约束内部混凝土,从而提高了被加固柱的极限承载力和延性.在试验研究的基础上,分析了角钢和混凝土的受力状态.采用极值法和简化法两种计算角钢加固混凝土柱轴心受压承载力的计算方法,考虑到角钢体系对混凝土的约束作用,将核心混凝土划分为双轴受压区及三轴受压区,其计算结果与试验结果吻合较好.本文所提出的简化计算方法计算简便,可为工程应用提供参考.     

面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计

采用面向对象的程序设计方法，结合钢筋混凝土有限元非线性分析模型，利用MFC(Microsoft Foundation Class Library)建立了有关描述钢筋混凝土有限元非线性分析的类，包括混凝土单元类、钢筋单元类、粘结单元类、非线性计算类，并给出了这些类的描述和它的实现方法，并为钢筋混凝土有限元非线性分析程序采用更合理的面向对象的方法提供了思路。     

CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土中长柱的受力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱轴心受压试验,把复合加固柱核心混凝土分成有效约束区和弱约束区,研究了有效约束区和弱约束区混凝土的本构关系．在此基础上,把柱截面划分成若干计算单元,编制了全过程分析程序进行数值模拟计算．研究表明,计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考．     

钢筋混凝土柱破坏过程扩展有限元数值模拟

为描述钢筋混凝土柱的破坏过程,分别建立了由三维实体单元和三维杆单元构成的精细化模型以及结合纤维梁单元的纤维梁与实体单元耦合模型。耦合模型中,钢筋混凝土柱下段混凝土和钢筋分别用三维实体单元与三维杆单元建模,通过耦合连接实现精细单元与粗糙单元之间的变形协调。基于混凝土弹塑性本构关系,运用扩展有限元方法模拟钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线以及开裂过程,并进行比较。数值模拟与试验结果的比较表明,模拟得到的裂缝位置以及荷载-位移曲线与试验结果吻合较好。扩展有限元具有无需重划网格、无需预设裂纹的优点,能有效地模拟筋混凝土柱的开裂过程。耦合模型具有计算效率高的优势,且能较好地模拟构件的破坏模式。     

圆钢套管-钢纤维水泥砂浆加固预损RC柱轴压性能研究

圆钢套管-钢纤维水泥砂浆外包加固RC柱是一种新型的加固技术。钢纤维水泥砂浆比普通混凝土砂浆在韧性、抗裂性和延性方面都有明显的提高,并且钢套管加固混凝土柱的强度和延性有很大程度的提高。以预加载普通钢筋混凝土柱峰值荷载的百分比作为柱子受损程度指标：加载极限荷载的60%为一级损伤、80%为二级损伤、100%为三级损伤。总共设计了7根试件,分别以钢套管径厚比、RC损伤程度、预损柱离散性作为影响因素进行轴心受压性能研究。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

高温后钢筋与混凝土粘结性能试验与损伤机理分析

钢筋与混凝土的高温粘结性能是研究钢筋混凝土结构抗火性能的基础,通过制作15个立方体混凝土试块和11个中心拉拔粘结锚固试件,分别进行200~800℃高温后抗压试验和拔出试验,研究了经历不同温度后混凝土抗压强度和与钢筋粘结性能的变异情况。对历年来高温后混凝土粘结试验数据进行了统计分析,并通过有限元拟合对试验温度场进行了修正,总结了高温后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律和影响因素,同时比对了高温后粘结强度与混凝土抗压强度、弹性模量和抗拉强度的相关性。基于现有高温后混凝土材料微观试验结果,从微观结构层面解释了宏观粘结性能变化规律,并分析了高温后粘结性能微观损伤机理。结果表明:高温后钢筋与混凝土的粘结强度随着温度升高呈现下降的趋势,且与高温后混凝土抗拉强度衰减规律相近。同时,高温后混凝土残余粘结强度与混凝土高温微观结构密切相关,与水泥凝胶体HCP孔隙率之间具有良好的相关性。     

FRP-混凝土界面粘结行为的参数影响研究

FRP-混凝土界面的粘结性能对FRP加固混凝土结构力学行为和破坏模式有着重要影响。本文对表征FRP-混凝土界面粘结性能的三个重要参数(界面初始刚度、最大剪应力、界面破坏能)开展研究,通过13个单剪试件的试验考察了混凝土强度、胶层厚度和粘结长度等因素对界面粘结行为的影响,根据试验结果拟合了界面破坏能、最大剪切应力与胶层剪切刚度、混凝土强度之间的函数关系。在试验研究基础上,构建了外贴FRP-混凝土界面粘结的有限元模型。通过有限元分析考察了界面破坏能等三个参数不变的前提下,不同的局部粘结滑移本构关系对界面粘结行为的影响;进而研究了其中一个参数变化时引起的界面粘结性能改变。研究结果表明:界面粘结承载力随着胶层厚度增加而逐渐提高;胶层厚度与界面破坏能成正比,与峰值剪应力成反比;当界面破坏能等三个参数保持不变时,局部粘结滑移本构关系对FRP-混凝土界面粘结性能的影响较小;三个参数中的一个增大时将延缓界面破坏的过程。     

钢筋混凝土开孔深梁有限元分析与设计研究

钢筋混凝土深梁受力不同于浅梁,梁腹开孔后受力更趋复杂。现有的设计方法对深梁行为的解释不够完备,设计结果的适用性难以判断,设计规范也没有给出开孔深梁的设计条文。为研究深梁设计方法的有效性,本文采用了非线性有限元分析方法,引入适合混凝土结构非线性分析的断裂塑性模型,并考虑钢筋粘结滑移效应,对一系列开双孔或偏孔钢筋混凝土深梁试验进行仿真分析,所得结果与试验结果吻合良好,能够准确预测深梁在裂缝、破坏形态及承载力等方面的受力特征。研究表明现有的深梁设计方法中,压拉杆模型方法相较内力法和应力图形法更加经济有效。在仿真分析的基础上,提出了一种对开孔深梁具有普遍适用性的非线性设计方法,其设计结果具有高承载力、较好延性、经济的配筋量和充分的材料利用率的优点。     

钢筋混凝土开孔深梁有限元分析与设计研究Finite element analysis of RC deep beams with openings and researching of the design method

钢筋混凝土深梁受力不同于浅梁,梁腹开孔后受力更趋复杂。现有的设计方法对深梁行为的解释不够完备,设计结果的适用性难以判断,设计规范也没有给出开孔深梁的设计条文。为研究深梁设计方法的有效性,本文采用了非线性有限元分析方法,引入适合混凝土结构非线性分析的断裂塑性模型,并考虑钢筋粘结滑移效应,对一系列开双孔或偏孔钢筋混凝土深梁试验进行仿真分析,所得结果与试验结果吻合良好,能够准确预测深梁在裂缝、破坏形态及承载力等方面的受力特征。研究表明现有的深梁设计方法中,压拉杆模型方法相较内力法和应力图形法更加经济有效。在仿真分析的基础上,提出了一种对开孔深梁具有普遍适用性的非线性设计方法,其设计结果具有高承载力、较好延性、经济的配筋量和充分的材料利用率的优点。     

碳纤维约束高强混凝土圆柱压弯构件非线性全过程分析

为分析塑性铰区碳纤维约束高强混凝土圆柱的抗震性能,编制了可得到荷载-位移曲线软化段的非线性全过程分析程序,保护层和箍筋约束混凝土采用Mander本构模型,碳纤维约束混凝土采用ACI 440.2R-08给出的本构关系,将程序计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;利用该程序分析了轴压比、混凝土强度、碳纤维包裹长度及层数、纵筋配筋率等参数对碳纤维约束混凝土圆柱荷载-位移关系的影响规律,结果表明:当轴压比超过0.55后,柱构件的水平承载力开始降低,柱的破坏形式由延性的受拉破坏向脆性的受压破坏转变;剪跨比大于3的圆柱,碳纤维在塑性铰区包裹长度大干1.2倍柱直径时,即可达到与全柱包裹基本一致的效果;对混凝土强度为50 MPa～80 MPa的高强混凝土圆柱,以包裹3～4层碳纤维为宜;随着纵筋配筋率的增加,柱的水平极限承载力及延性均有所提高.     

新型格构式钢骨混凝土柱的轴压性能研究

提出了一种由格构式钢骨及钢筋混凝土所组成的新型LSRC(latticed-steel-reinforced-concrete,格构式钢骨约束混凝土)柱.通过对4个试件的轴压试验分析,对比CFTEC(con-crete-filled steel tube with encased concrete,外包混凝土的钢管混凝土...     

The perturbation finite element method for solving the plane problem in consideration of linear creep

In this paper, a method (PFMC) for solving plane problem of linear creep is presented by using perturbation finite element. It can be used in plane problem in consideration of creep, such as reinforced concrete beam, presiressed concrete beam, reinforced concrete cylinder and reinforced concrete tunnel in elastic or visco-elastic medium, as well as underground building and so on.In the presented method, the assumption made in the general increment method that variables remain constant in a divided time interval is not taken. The accuracy is improved and the length of time step becomes larger. The computer storage can be reduced and the calculating efficiency can be increased.Perturbation finite element formulae for four-node quadrilateral isoparametric element including reinforcement are established and five numerical examples are given. As contrasted with the analytical solution, the accuracy is satisfactory.     

钢筋混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性动态空腔膨胀阻力模型

在Forrestal素混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性球形动态空腔膨胀理论模型基础上,考虑粉碎区以内钢筋对混凝土的环向约束作用,提出了一个适用于刚性弹侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型。论文通过体积配筋率的引入,获得了钢筋混凝土靶空腔表面径向应力的理论解,并讨论了配筋率对空腔壁面径向应力及各分区大小的影响。结果表明:钢筋对混凝土的环向约束效应影响了空腔膨胀过程中混凝土各区域的大小分布,并提高了空腔表面的径向应力。     

基于纤维单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

基于纤维模型的粱柱单元特别是柔度法单元有着较高的计算精度,已被较多地用于评价钢筋混凝土桥墩的位移（廷性）能力。随着基于性能／位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用刚度法和柔度法纤维单元,考虑材料非线性、几何非线性和结点锚固...     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。     

混凝土构件中钢筋非均匀锈胀应力研究

研究钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂的机理,对于评估受锈蚀影响的混凝土结构剩余寿命具有重要意义。本文提出了一种求解钢筋非均匀锈蚀应力场的解析方法。基于Muskhelishvili的复变函数法和Verruijt共形映射公式,利用基于冯·米塞斯分布的钢筋非均匀锈蚀模型作为位移边界条件,得到了钢筋非均匀锈胀应力的解析解。通过与基于ANSYS有限元模拟结果的比较,验证了解析解的有效性。对比了不同锈蚀模式下引起的应力,发现非均匀锈蚀引起的最大应力远大于均匀锈蚀引起的最大应力。通过实例探讨了影响钢筋锈胀力的各个因素,研究表明：钢筋直径越大,锈胀力越小,混凝土保护层越容易开裂;混凝土保护层厚度越大,锈胀力越大;混凝土强度等级越高,钢筋锈胀力亦越大。为易受锈蚀影响的钢筋混凝土构件设计提供了科学依据。     

钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。     

THE FAILURE MODES OF CONCRETE BEAMS STRENGTHENED WITH NEAR SURFACE MOUNTED FRP BARS

为研究不同参数下表面内嵌纤维筋加固后T 形混凝土梁的破坏模式, 对5 根不同梁端锚固、FRP(fiber reinforced polymer) 筋表面特征和FRP 筋类型的T 形混凝土梁进行受弯性能试验. 结果表明, 无梁端锚固、光圆GFRP (glass fiber reinforced polymer) 筋和CFRP (carbon fiber reinforced polymer) 筋加固梁试件发生粘结破坏. 梁端锚固和FRP 筋表面特征影响加固梁试件的极限载荷, CFRP 筋加固梁试件的屈服载荷和极限载荷较大. 螺纹FRP 筋和有梁端锚固加固梁试件FRP 筋利用率较高. 因此, 有梁端锚固的表面内嵌螺纹GFRP 筋加固是最为有效的加固方式.     

Mesoscopic model to simulate the mechanical behavior of reinforced concrete members affected by corrosion

In this contribution, a finite element methodology devised to simulate the structural deterioration of corroded reinforced concrete members is presented. The proposed numerical strategy has the ability to reproduce many of the well-known (undesirable) mechanical effects induced by corrosion processes in the embedded steel bars, as for example: expansion of the reinforcements due to the corrosion product accumulation, damage and cracking patterns distribution in the surrounding concrete, degradation of steel–concrete bond stress transfer, net area reduction in the reinforcements and, mainly, the influence of all these mentioned mechanisms on the structural load carrying capacity predictions.At the numerical level, each component of the RC structure is represented by means of a suitable FE formulation. For the concrete, a cohesive model based on the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA) is used. Steel bars are modeled by means of an elasto-plastic constitutive relation. The interface is simulated using contact-friction elements, with the friction degradation as a function of the degree of corrosion attack. Two different (and coupled) mesoscopic analyzes are considered in order to describe the main physical phenomena that govern the problem: (i) an analysis at the cross section level and (ii) an analysis at the structural member level.The resultant mechanical model can be used to simulate generalized reinforcement corrosion. Experimental and previous numerical results, obtained from the available literature, are used to validate the proposed strategy.