三维刚体弹簧元法在RC深梁抗剪性能尺寸效应评价中的应用

选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验，开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程，以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明，3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用，而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法，3D RBSM具有以下优势：大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度，实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价；能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此，3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

型钢再生混凝土梁受剪性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土梁的受剪性能,以剪跨比、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级为变化参数,设计了12个试件进行静力加载试验。通过试验观察了试件受力破坏过程及形态,获取其荷载-变形全过程曲线、极限承载力等数据,并分析了再生粗骨料取代率、剪跨比、混凝土强度等参数对试件受剪承载力的影响规律。在试验基础上,建立了型钢再生混凝土梁受剪承载力的拟合公式;分别采用国内外相关规范公式计算试件的受剪承载力,并与试验结果进行对比分析。结果表明：型钢再生混凝土梁根据剪跨比的不同,表现为剪切斜压破坏和剪切粘结破坏两种不同的形态;再生骨料取代率对试件的受剪承载力有不利影响,但影响不大,而剪跨比和混凝土强度则有较大影响;随着剪跨比的增大,试件的承载力显著降低;随着混凝土强度的提高,试件的承载力有一定的提高;拟合公式和《型钢混凝土组合结构技术规程》方法可适用于型钢再生混凝土梁的受剪承载力计算,而《钢骨混凝土结构设计规程》及日本规范方法计算结果小于试验值。     

基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁的抗剪承载力试验结果进行了对比,理论值与试验值吻合较好,验证了本文方法的有效性,从而为设计人员提供了一种预测再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。     

应用三维有限元法探讨RC梁柱节点的破坏机理

为了探究节点加强后RC梁柱节点的抗剪承载力、延性提高以及节点破坏模式由剪切破坏转变为梁弯曲破坏的实质,本文在RC节点的三维有限元分析的基础上探讨RC梁柱节点加强后的破坏机理。通过详细考察加固前后节点内部不同位置混凝土的应力-应变发展规律,探讨加强前后节点混凝土的宏观损伤发展过程;同时,通过考察核心混凝土的应力-应变关系及发展过程定量探讨加强钢板、梁柱主筋及箍筋对核心混凝土的约束作用。基于上述混凝土损伤过程的宏观分析,可以得出由于梁主筋的粘结加强、加强钢板以及箍筋对混凝土约束作用,使节点核心混凝土的实际强度增大、损伤延迟,RC节点由加强前的节点剪切破坏模式转变成梁端的弯曲破坏模式,从而提高RC梁柱节点的抗剪承载力和延性。     

沙漠砂混凝土梁抗剪性能研究

为了研究沙漠砂混凝土梁的抗剪性能,通过15根沙漠砂混凝土梁的抗剪试验,分析了剪跨比、沙漠砂替代率、配筋率、配箍率、加载方式对梁抗剪承载力的影响规律。试验结果表明:沙漠砂混凝土梁的受力破坏过程与普通混凝土梁类似,当λ≤1时,梁常发生斜压破坏;当1.5≤λ≤2.5时,梁常发生剪压破坏;当λ≥3时,梁常发生斜拉破坏;但现行规范中梁抗剪承载力公式不适用于沙漠砂混凝土梁。因此,本文通过引入混凝土抗力系数对普通混凝土梁的抗剪承载力计算公式进行修正,建立了适用于沙漠砂混凝土梁的抗剪承载力计算公式。计算结果表明本文提出的计算公式精度较高,能客观反映沙漠砂混凝土梁的抗剪性能。     

腹筋对连续深梁剪切破坏影响的有限元分析

我国现行混凝土结构设计规范关于腹筋对深梁抗剪承载力影响的考虑,主要基于简支深梁的试验数据和计算模型,相关规定对于连续深梁的适用性有待验证。腹筋对连续深梁抗剪性能的影响机理十分复杂,系统的试验研究较少,试验结果比较分散。为了弥补试验研究的不足,采用非线性有限元方法模拟钢筋混凝土连续深梁的受力性能。利用已有的试验数据,验证了基于ATENA软件建立的有限元模型,并以此为基础,对以腹筋配筋率和剪跨比为变量的64根连续深梁进行分析,研究腹筋对连续深梁受剪承载力的影响。有限元分析结果与规范公式和压杆-拉杆模型(STM)及最新提出的三参数机动法(3PKT)的比较表明,中国规范高估了水平腹筋对构件受剪承载力的贡献,STM和3PKT方法也存在各自的不足。     

考虑钢板剥离影响的加固混凝土梁抗剪承载力研究

通过对U形钢板的作用分析，提出钢板剥离对U形钢板加固混凝土梁的抗剪承载力有影响，对规范中的抗剪承载力计算式，应引入考虑钢板剥离影响的修正系数K，系数K是关于粘贴强度的函数。通过两组共14个粘贴U形钢板加固混凝土梁的有限元模型的数值仿真，并对分析结果进行数值拟合，推导了系数K的具体计算式，提出了考虑钢板剥离影响的加固混凝土梁的抗剪承载力计算式。最后通过4根梁实体模型的剪切破坏试验，验证了所提出计算式的合理性。     

钢筋混凝土梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型

综合考虑剪跨比、混凝土强度、配筋率和配箍率等重要因素的影响,研究建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型。首先,基于修正压力场理论,建立了RC梁临界斜裂缝倾角的确定性计算模型;然后,引入剪跨比修正系数,并综合考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC）,建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型;最后,通过与试验数据和传统确定性计算模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。分析结果表明,随着剪跨比的增大,RC梁的临界斜裂缝倾角逐渐减小;临界斜裂缝倾角的试验测试值的范围为23°～41°,具有显著的离散性;本文概率模型不仅可以合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性,而且可以校准传统确定性计算模型的计算精度和置信水平,以及根据预定的置信水平确定临界斜裂缝倾角的概率特征值,具有良好的计算精度和适用性。     

直剪实验剪切面积的修正及误差分析

针对现行直剪实验没有考虑剪切面积不断减小对实验结果的影响,本文从理论上推导了计算有效剪切面积的公式,然后通过实验并采用最小二乘法对数据进行处理.结果表明,土体的抗剪强度误差随着环刀面积的增大而减小,当环刀面积为30 cm~2时,随着剪切位移的增大,土体的抗剪强度误差增大;当剪切位移达到4 mm和6 mm时,抗剪强度误差可达8.2%和12.38%.现行方法测得的黏聚力和内摩擦角均比真实值小,低估了土体的抗剪强度,因而需要修正.     

Identification of Cracking Mechanisms in Scaled FRP Reinforced Concrete Beams using Acoustic Emission

Acoustic emission was used to monitor the cracking mechanisms leading to the failure of scaled concrete beams having Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) longitudinal reinforcement and no shear reinforcement. Dimensional scaling included that of the effective depth of the cross section, which is a key parameter associated with the scaling of shear strength; and maximum aggregate size, which affects the shear-resisting mechanism of aggregate interlock along shear (inclined) cracks. Five GFRP reinforced concrete (RC) beams with effective depth up to 290 mm and constant shear span-to-effective depth ratio of 3.1 were load tested under four-point bending. Two types of failures were observed: flexural, due to rupture of the GFRP reinforcement in the constant moment region; and shear, due to inclined cracking in either constant shear region through the entire section depth. Acoustic emission (AE) analyses were performed to classify crack types occurring at different points in the load history. The results of this study indicate that appropriate AE parameters can be used to discriminate between developing flexural and shear cracks irrespective of scale, and provide warning of impending failure irrespective of the failure mode (flexural and shear). In addition, AE source location enabled to accurately map crack growth and identify areas of significant damage activity. These outcomes attest to the potential of AE as a viable technique for structural health monitoring and prognosis systems and techniques.     

修正的RC剪力墙构件Park-Ang损伤模型

基于Park-Ang 损伤模型，提出了用于钢筋混凝土剪力墙构件的修正损伤模型．通过对已有钢筋混凝土剪力墙试验结果的统计分析，总结了其累积耗能组合系数的影响因素，并拟合出该系数与试件参数：剪跨比、轴压比、配筋率的关系式．修正的损伤模型需满足加载至破坏时损伤指标为1.0 的上界条件，结果表明，根据本文修正的损伤模型计算的钢筋混凝土剪力墙试件损伤指标在统计意义上满足该条件．最后，根据构件性能水准的相关研究，本文将钢筋混凝土剪力墙构件的性能水准划分为：基本运行，生命安全和接近倒塌，分别对应了构件骨架曲线相应关键点：屈服点、峰值点和极限破坏点，根据本文修正损伤模型计算的各水准损伤指标临界值分别为：0.02、0.45 和1.00．     

Process of debonding in RC beams shear-strengthened with FRP U-strips or side strips

Reinforced concrete (RC) beams may be strengthened for shear using externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites in the form of side bonding, U-jacketing or complete wrapping. The shear failure of almost all RC beams shear-strengthened with side bonded FRP and the majority of those strengthened with FRP U-jackets, is due to debonding of the FRP. The bond behavior between the externally-bonded FRP reinforcement (referred to as FRP strips for simplicity) and the concrete substrate therefore plays a crucial role in the failure process of these beams. Despite extensive research in the past decade, there is still a lack of understanding of how debonding of FRP strips in such a beam propagates and how the debonding process affects its shear behavior. This paper presents an analytical study on the progressive debonding of FRP strips in such strengthened beams. The complete debonding process is modeled and the contribution of the FRP strips to the shear capacity of the beam is quantified. The validity of the analytical solution is verified by comparing its predictions with numerical results from a finite element analysis. This analytical treatment represents a significant step forward in understanding how interaction between FRP strips, steel stirrups and concrete affects the shear resistance of RC beams shear-strengthened with FRP strips.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的试验研究

通过对8根矩形截面钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究了抗弯和抗剪两种加固方式对钢筋混凝土梁的破坏形态和力学性能的影响,对比分析了碳纤维加固率、试验梁的状态、混凝土强度对加固效果的影响。结果表明：经碳纤维抗弯哥口抗剪加固后加圉梁相应的力学性能指标值明显提高;混凝土裂缝扩展得到了有效延缓,加固效果明显;抗弯加固后可显著提高混凝土梁的承载力和延性,但提高程度并不与加固率成正比;预裂粱抗弯加固后承载力和延性得到提高,但与其相同加固参数的梁相比,其承载力和延性有所降低;抗剪加固时混凝土强度越高,加固后混凝土梁的承载力和变形能力提高幅度越大,其中混凝土梁的变形能力受混凝土强度的影响较大。最后,对加固梁的极限承载力进行了理论分析与计算,建立了实用的理论计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

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.     

FATIGUE LIFE PREDICTION OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH PRESTRESSED CFRP UNDER CYCLIC BENDING LOADS

The application of prestressed carbon reinforced polymer(prestressed CFRP)in reinforced concrete(RC)members can improve the mechanical properties of strengthened structures and strengthening efficiency.This paper proposed a semi-empirical prediction formula of fatigue lives of the RC beams strengthened with prestressed CFRP under bending loads.The formula is established based on the fatigue life prediction method of RC beams and fatigue experimental data of non-prestressed CFRP reinforced beams done before.Fatigue effect coefficient of the formula was confirmed by the fatigue experiments of the RC beams strengthened with prestressed carbon fiber laminate(prestressed CFL)under cyclic bending loads.Fatigue lives of the strengthened beams predicted using the formula agreed well with the experimental data.     

纤维再生混凝土单向板承载力极限状态方程及可靠度计算

当前缺少计算纤维再生混凝土单向板处于承载力极限状态时的可靠度计算公式.为此,首先基于纤维再生混凝土的本构关系,推导了受压区等效矩形应力图系数;然后根据单向板破坏控制因素确定随机变量统计参数,建立纤维再生混凝土板的受弯承载力极限状态方程;接着结合验算点法推导可靠度计算公式,研究了纤维加入前后再生混凝土单向板可靠度指标的变...     

钢筋混凝土梁受弯破坏过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土视为由粗骨料、硬化水泥砂浆及界面粘结带组成的三相非均质复合材料,能够较好地模拟混凝土加载时的裂缝扩展过程和分布规律。本文采用细观刚体弹簧元法模拟了钢筋混凝土梁的弯曲受力性能和破坏过程,加载方式采用两点对称加载。数值计算得到了钢筋混凝土梁的破坏形态和荷载一变形曲线,并分析了受力过程中纵向钢筋的应力变化。与试验结果对比表明,细观刚体弹簧元法可以有效模拟钢筋混凝土梁的裂缝开展过程、破坏形态和荷载一变形响应。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

在试验研究基础上,借助有限元分析软件,选取合理材料本构关系,建立PVC-CFRP管钢筋混凝土柱有限元分析模型,验证分析模型的正确性。对试验进行延拓分析,探讨混凝土强度等级、纵筋配筋率、CFRP条带层数及剪跨比等对试件骨架曲线、刚度退化影响规律,分析低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力性能,揭示低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力工作机理。