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。     

剪切型钢筋混凝土柱临界斜裂缝倾角的概率模型

对于剪切型钢筋混凝土(RC)柱,传统的确定性临界斜裂缝倾角模型难以有效考虑其材料参数、几何尺寸和边界约束条件等方面不确定性因素的影响,导致计算精度有限,且离散性较大。鉴于此,本文研究建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型。首先,基于变角桁架模型理论,建立了剪切型RC柱临界裂缝倾角的确定性模型;然后,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可夫链蒙特卡洛(MCMC)法,建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型,并推导了均值和方差的解析表达式,从而能够合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性;最后,利用试验数据对比验证了该模型的有效性,并校准了现有确定性模型的置信水平,进而确定了不同置信水平下剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率特征值。     

钢筋混凝土柱抗弯承载力的概率模型与校准分析

为了克服传统确定性抗弯承载力模型和校准方法无法合理考虑不确定性所存在的缺陷,分别建立了钢筋混凝土(RC)柱的概率抗弯承载力模型与概率校准方法。首先,基于RC柱正截面受弯承载力的基本假定,结合偏心受压RC柱的截面内力平衡条件,分别建立了大(小)偏心受压RC柱的确定性抗弯承载力模型;然后,综合考虑固有不确定性和认知不确定性的影响,分别建立了大(小)偏心受压RC柱概率抗弯承载力模型的解析表达式,进而结合贝叶斯理论和MCMC法确定了概率模型参数的后验分布信息,从而建立了RC柱的概率抗弯承载力模型;最后,基于概率抗弯承载力模型所确定的概率密度函数、置信区间和置信水平,提出了传统确定性抗弯承载力模型的概率校准方法。研究结果表明,所建立的概率抗弯承载力模型不仅可以合理描述RC柱抗弯承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性抗弯承载力模型的计算精度和置信水平。     

计及剪切影响的RC梁的非线性分析

为提高钢筋混凝土RC梁的计算效率和精度,提出了一种基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,可用于各种跨高比RC梁的材料非线性分析。首先假定了混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系,然后引入经过修正的Rodriguez截面模型,根据边界顶点把截面划分成若干梯形单元,利用quasi-Newton法求解由两个变量耦合而成的截面非线性平衡方程,由此建立RC截面的弯矩-曲率关系。在此基础上利用Timoshenko梁弯曲理论建立考虑横向剪切变形影响的RC梁的有限元分析模型。通过对试验梁的分析对比验证了所提出的分析方法的适用性。     

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。     

无腹筋RC悬臂梁抗剪强度及尺寸效应理论研究

不同于混凝土材料,钢筋混凝土(RC)构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料尺寸效应理论难以描述构件的尺寸效应行为。我国相关规范中并没有系统考虑构件尺寸及纵筋率对RC梁抗剪承载力的影响。为研究剪跨比及纵筋率对无腹筋RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响,采用三维细观数值模拟方法,建立了RC梁剪切破坏力学分析模型,研究了剪跨比及纵筋率对RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明,RC梁抗剪强度表现出极为显著的尺寸效应现象;RC梁抗剪强度随剪跨比的增大而减小,随纵筋率的增大而增大;剪跨比较小时,纵筋率对抗剪强度的影响尤为显著。此外,基于Ba■ant材料层次尺寸效应律,提出了考虑剪跨比及纵筋率影响的RC梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比试验结果,验证了所提公式的准确性与合理性。     

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。     

I-II复合型裂缝断裂角的分层剪滞模型与分析

采用修正的剪滞理论建立了岩石、混凝土等准脆性材料的I-II复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下的计算模型,得到了与实验相吻合且优于传统S判据的断裂角。通过对远场应力、斜裂缝区应力以及子层位移的合理简化,得到了求解剪滞分析模型的边界条件,进而得到了含斜裂缝的各子层位移分布函数。引入最大应力集中因子,对I-II复合型裂缝前缘应力场进行简化;基于斜裂缝沿最大应力集中因子方向扩展,得到裂缝的断裂角。根据斜裂缝的应力分布,设置不同的子层分区,得到了更为细化的位移分布模式。通过对计算数据的分析,针对单向拉伸荷载作用下的I-II复合型裂缝,建立了按应力场分区设置子层的分层剪滞模型,得到更为精确的斜裂缝断裂角。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂角的分层剪滞模型与分析

采用修正的剪滞理论建立了岩石、混凝土等准脆性材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下的计算模型.得到了与实验相吻合且优于传统S判据的断裂角.通过对远场应力、斜裂缝区应力以及子层位秽的合理简化,得到了求解剪滞分析模型的边界条件,进而得到了含斜裂缝的各子层位移分布函数.引入最大应力集中因子,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝前缘应力场进行简化;基于斜裂缝沿最大应力集中因子方向扩展,得到裂缝的断裂角.根据斜裂缝的应力分布,设置不同的子层分区,得到了更为细化的位移分布模式.通过对计算数据的分析,针对单向拉伸荷载作用下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝,建立了按应力场分区设置子层的分层剪滞模型,得到更为精确的斜裂缝断裂角.     

爆炸荷载作用下RC梁单边直剪破坏数值分析

本文通过建立数值模型,选择相应的参数信息得出数值计算结果对既有的爆炸荷载作用下RC简支梁的动力响应试验结果进行对比分析,认为所选数值模型及计算方法能够很好地与试验相匹配.据此,文中通过建立RC梁在一端作用有0.2kg的TNT炸药爆炸模型分析该梁的破坏模式、提取梁中不同部位的位移时程曲线得出RC梁破坏的具体形态及由局部破坏导致整根构件失效等一系列过程.爆压分布的测定对RC梁发生该种破坏类型时荷载的简化具有指导意义.通过截取梁两端支反力可知受到单边直剪破坏作用的RC梁端的剪切作用力远高于另一端.对另外三种近似工况建立数值模型,通过数值计算分析出RC梁构件发生单边直剪破坏风险的诸条件及要素.与此同时,确定了单边直剪破坏荷载类型简化形式.     

有腹筋混凝土梁的剪切刚度分析模型

钢筋混凝土梁的挠度计算通常不计入剪切变形的贡献,然而对于斜向开裂的有腹筋混凝土梁,斜裂缝会显著降低梁体的有效剪切刚度,导致剪切变形值显著增大,因此在验算评估时应予以考虑.为评价钢筋混凝土梁斜向开裂后的有效剪切刚度,首先,基于变角桁架模型推导了钢筋混凝土梁在箍筋屈服状态下的有效剪切刚度;与弹性剪切刚度比较发现,剪切刚度退化系数的主要影响因素为材料弹模比、配箍率和斜压杆倾角.其次,基于试验剪切变形曲线表现出的刚度退化规律,提出了可用于不同开裂程度下剪切刚度计算的恒定切线刚度退化模式,并采用开裂后的剪力增量作为反映开裂程度的定量指标.最后,根据最小能量原理得到了剪切刚度退化中两个关键参数:斜压杆倾角和剪切刚度退化系数的解析公式.通过2根薄腹混凝土梁剪切变形试验以及收集的15个受剪梁段的剪切变形数据对模型有效性进行了验证,验证结果表明:有腹筋混凝土梁剪切刚度分析模型能较为准确地预测箍筋屈服状态的剪切刚度,并能反映不同开裂程度下的剪切刚度退化规律.     

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．     

考虑界面滑移效应的组合裂纹梁弯曲解析解

将上部子梁的裂纹等效为线性扭转弹簧,考虑组合梁连接面的滑移位移,建立了以组合裂纹梁挠度和滑移位移为基本未知量的组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型．利用Laplace变换及其逆变换,给出了组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型的解析通解．在此基础上,研究了均布载荷作用下简支组合裂纹梁的弯曲变形问题,数值分析了连接面剪切刚度、裂纹深度、数目和位置等参数对组合裂纹梁弯曲变形的影响,结果表明：在裂纹处,组合裂纹梁挠度曲线存在尖点,而横截面转角曲线存在跳跃,且随着裂纹数目和深度的增加,挠度和横截面转角跳跃值增大;随着连接面剪切刚度的增加,挠度和横截面转角减小,并最终趋于定值．并且,随着组合梁跨高比的增加,连接面剪切刚度对梁挠度影响逐渐减弱．     

Shear deformable finite beam elements for composite box beams

The shear deformable thin-walled composite beams with closed cross-sections have been developed for coupled flexural, torsional, and buckling analyses. A theoretical model applicable to the thin-walled laminated composite box beams is presented by taking into account all the structural couplings coming from the material anisotropy and the shear deformation effects. The current composite beam includes the transverse shear and the restrained warping induced shear deformation by using the first-order shear deformation beam theory. Seven governing equations are derived for the coupled axial-flexural-torsional-shearing buckling based on the principle of minimum total potential energy. Based on the present analytical model, three different types of finite composite beam elements, namely, linear, quadratic and cubic elements are developed to analyze the flexural, torsional, and buckling problems. In order to demonstrate the accuracy and superiority of the beam theory and the finite beam elements developed by this study,numerical solutions are presented and compared with the results obtained by other researchers and the detailed threedimensional analysis results using the shell elements of ABAQUS. Especially, the influences of the modulus ratio and the simplified assumptions in stress–strain relations on the deflection, twisting angle, and critical buckling loads of composite box beams are investigated.     

利用无网格方法分析斜拉破坏钢筋混凝土梁

从传统的混凝土分离裂缝模型和弥散裂缝模型出发，使用不同的模型模拟不同发展阶段的混凝土裂缝，并利用无网格方法可以灵活布置节点和边界的优点，使分离裂缝模型的使用得到很大的简化。通过在宏观裂缝表面布置基于试验结果的混凝土与混凝土界面单元，正确地模拟了裂缝表面抗剪能力的变化。算例表明，使用本文方法可以准确模拟斜拉破坏混凝土梁的破坏过程，且精度和数值稳定性要高于传统的有限元弥散裂缝方法。     

基于等效黏性弹簧的黏弹性Timoshenko裂纹梁弯曲解析解

考虑裂纹的缝隙和黏性效应,将梁中横向裂纹等效为黏弹性扭转弹簧,利用广义Delta函数,给出了Laplace变换域内裂纹梁的等效抗弯刚度,得到了具有任意开闭裂纹数目且满足标准线性固体黏弹性本构的Timoshenko梁在时间域内的弯曲变形显式解析通解．在此基础上,通过两个数值算例,分析了时间、梁跨高比和裂纹深度等参数对黏弹性Timoshenko开裂纹梁弯曲变形的影响．结果表明：裂纹黏性对Timoshenko裂纹梁的弯曲具有显著的影响．相比于裂纹的弹性扭转弹簧模型,考虑裂纹黏性效应的黏弹性Timoshenko裂纹梁在裂纹处挠度尖点和转角跳跃现象十分明显．另外,由于横向剪切引起的附加变形,Timoshenko裂纹梁的稳态挠度与Euler-Bernoulli梁挠度的差值为常数,其大小与裂纹模型、梁跨高比或裂纹深度无关,这些结果对梁裂纹无损检测具有指导意义．     

The strain energy release rates in adhesively bonded balanced and unbalanced specimens and lap joints

An analytical model is developed to determine the strain energy release rate in adhesive joints of various configurations such as the double-cantilever beam and single-lap joints. The model is based on asymptotic analysis of adhesive layer stresses and Irwin’s crack closure integral. Closed-form solutions are presented for balanced and unbalanced joints under mode I, II and mixed-mode I/II that take into account the influence of the shear force on the adhesive stresses, and its influence on the strain energy release rate. The accuracy of the model is tested against the classical beam theory expressions for double-cantilever beam and end-notch flexure specimens. In fact, classical beam theory’s expressions are found to be the lower bound of the proposed model solutions, and the two methods converge as the adhesive layer thickness decreases. Analysis of single-lap joints reveals the influence of edge shear forces on the total strain energy release rate, and more importantly on the ratio between modes I and II. Results from the proposed analytical model are in good agreement with finite element results and with analytical models found in the literature.