钢筋混凝土平面构件的配筋优化

钢筋混凝土D区构件由于不满足平截面假定,以往多采用试验加经验的方法进行配筋设计,误差较大,结果多偏于保守。由于钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合构件,它的工作本质可抽象为由混凝土压杆和钢筋拉杆构成的、形状自由的拉压杆模型。引入一种新的结构优化方法遗传演化算法建立反映构件最实质工作机理的拉压杆模型,在所获拉压杆模型的指导下,拉杆位置布置受拉钢筋,压杆位置认为由混凝土承担,完成钢筋混凝土D区构件的配筋设计。首先以一根钢筋混凝土简支深受弯构件为例证明这种方法的可行性,根据所求得的拉压杆模型配置的钢筋数量少于现行规范用量。另外这种方法还被证明能方便地找到包括钢筋混凝土简支深受弯构件、牛腿、框架节点等典型D区构件的拉压杆模型,并据此给出相应的配筋指导。     

钢筋混凝土D区配筋的拓扑优化设计研究

钢筋混凝土D区的配筋设计是一个难点。基于试验结果的经验设计方法一直饱受诟病,拉压杆模型等应力方法却又不够成熟,基于整体式模型的遗传演化算法还存在诸多问题。基于分离式模型和非线性分析结果的遗传演化算法可以直观地得到较为分散的配筋设计,利用钢筋分离模型遗传演化结构优化构造了悬臂深梁、异形梁、牛腿等多种钢筋混凝土D区构件的配筋拓扑,验证了钢筋分离模型遗传演化结构优化在钢筋混凝土D区配筋优化方面的普遍能力。还借助有限元软件探讨了一组开洞剪力墙的非线性力学性能,证实了钢筋分离模型遗传演化结构优化设计的构件在比弹性应力方法节省20%左右钢筋用量、比经验方法节省超过75%钢筋用量的前提下,与弹性应力方法设计的构件承载能力基本相当,比经验方法设计的构件极限承载力仅低不到15%;且钢筋分离模型遗传演化结构优化从延性方面对钢筋混凝土D区构件的性能进行了改善。     

钢筋混凝土板壳材料非线性分析的有限条法

本文发展了变厚度任意配筋的钢筋混凝土板壳问题中考虑材料非线性分析的有限条法。文中建立了沿厚度方向作分层离散的三维蜕化二次厚壳条，而在计算上，沿壳条跨度方向采用Ｓｉｍｐｓｏｎ积分技术可以方便地处理该方向的任意配筋并给出了满足精度要求的选取Ｓｉｍｐｓｏｎ积分点数的表达式。文中提出的“拟刚度矩阵”法大大简化了非线性有限条法的求解过程。给出两个数值算例表明了理论方法的有效性及其精度。     

钢筋混凝土板壳材料非线性分析的有限条法

本文发展了变厚度任意配筋的钢筋混凝土板壳问题中考虑材料非线性分析的有有限条法。文中建立了沿厚度方向作分层离散的维蜕化二次厚壳条，而在计算上，沿壳条跨度方向采用Ｓｉｍｐｓｏｎ积分技术可以方向地处理该方向的任意配筋并给出了满足精度要求的选取Ｓｉｍｐｓｏｎ积分点数的表达式。文中提出的“拟刚度矩阵”法大大简化了非线性有限条法的求解过程，给出两个数值算例表明了理论方法的有效性及其精度。     

基于有限单元柔度法的材料与几何双重非线性空间梁柱单元

从有限单元柔度法的基本思想出发,基于完全拉格朗日格式(TL格式),建立了能考虑材料与几何双重非线性的一般化空间梁柱单元,适用于满足Euler-Bernoulli梁柱二阶分析理论假定的空间杆系结构非线性分析。另外,在梁柱单元截面分析中引入纤维模型,使其适用于解决钢筋混凝土这类复合材料结构的非线性分析问题。对钢筋混凝土双向偏心受压柱试验结果的模拟分析表明,本文所提方法是正确、可靠的,能有效地分析钢筋混凝土框架柱的材料与几何双重非线性问题。     

钢筋混凝土柱二阶配筋的不同计算方法对比

计算钢筋混凝土柱的配筋,需要迭代求解材料非线性和几何非线性问题,不便实际应用。基于混凝土和钢筋的本构关系,根据截面应变求解精确的截面内力-曲率关系,简化杆件变形曲线为二次抛物线来计算外部作用。根据精确的截面内力-曲率曲线和外部作用曲线的特点,分别按照我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)和欧洲规范(Eurocode 2),对截面的极限曲率进行了简化,最后绘制了计算杆件二阶总弯矩和配筋的总诺模图。通过具体算例对比分析,结果显示欧洲规范的简化与精确值更相符,且更经济。     

薄壁杆系结构的梁元分析模型

本文导出了用于薄壁杆系结构弹性分析的薄壁梁元分析模型，在空间梁元分析模型^[3]的基础上，采用了一种改进的位移模式，考察了薄壁杆件可能发生的拉压，剪切，弯曲，扭转和翘曲等各变形形式以及它们的耦合效应，得出了相应的单元形函数，同时从工程应变的定义出发，采用Taylor级数展开的方法，建立了单元的五阶近似正交变表达式，并建立了相应的薄壁单元刚度方程，从而得出了局部坐标系下单元刚度矩阵的显式，根据本文所导出的薄壁梁元分析模型，编制了相应的结构计算程序，通过算例验证了本文所推导的单元刚度矩阵，同时通过与传统空间梁元计算模型计算结果的比较，阐述了截面翘曲对薄壁杆系结构的影响。     

钢管混凝土空间桁拱徐变计算的单一单元模型

采用空间杆单元模拟结构杆件，基于徐变作用下钢管与核心混凝土黏结良好因而应变协调的特点，结合徐变的时间步增量分析方法，建立适合钢管混凝土空间桁拱徐变分析的单一单元模型并开发了程序，对湖南茅草街大桥(主跨为368 m的中承式钢管混凝土拱)进行了《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG-T D65-2015)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定的两种徐变模式下拱肋下挠、截面应力以及杆件内力重分布的对比分析。结果表明：本研究的钢管混凝土杆件单一单元模型相对于常规的双单元模型能提高计算效率；两种徐变模式下计算的由徐变引起的拱肋下挠、截面应力重分布非常明显，杆件内力重分布不太明显；相对而言，后一种徐变模式下徐变对拱肋受力行为的影响更强些。     

钢筋混凝土框架—剪力墙结构非线性抗震分析的一种空间力学模型

将钢筋混凝土框架－剪力墙结构离散为能模拟梁、柱、墙抗震性能的单元，采用杆系－层间模型进行结构的非线性抗震分析。本文的空间力学模型可考虑局部楼板变形对结构地震反应的影响，并可沿任意角度输入相互垂直的两个地震动水平分量，适用于框架一剪力墙复杂结构的非线性抗震分析。     

钢筋混凝土圆形截面非均匀配筋的图算法

圆形截面是工程中常使用的截面形式之一,但圆形截面的配筋计算较为困难,存在双重非线性(材料和截面宽度变化的非线性),《混凝土结构设计规范》给出了计算均匀配筋的超越方程组,且须迭代求解,无法手算.另外,一些圆形截面构件(如桥墩、桩基的预制桩和灌注桩等)的截面尺寸大,构件长,钢筋用量大,若采用均匀布置的配筋方式,中性轴附近的钢筋应力小,强度利用率低,经济性差.若采用非均匀配筋,在远离中性轴的外围区域布置受力钢筋,可大幅节省钢筋用量,且能充分利用钢筋及混凝土的强度.为此本文通过应变计算应力,再计算出内力的方法推导计算圆形截面配筋的公式,并将计算结果绘制成了能计算配筋的无量纲诺模图,由此可快速手算配筋,该图通用性强,可用于任意直径大小及C50以下的混凝土强度等级,是一能快速计算配筋的实用工具.     

有限弹簧法在钢筋混凝土细观断裂分析中的应用

叙述了依据计算几何学的分割理论划分多边形单元的计算前处理系统，及其有限弹簧法在钢筋混凝土构件细观断裂数值模拟中的应用。该模拟系统的主要特色为：一是利用有限弹簧法的单元形状任意性来考虑混凝土断裂模拟时单元形状的影响；二是利用其变位不连续性模拟构件从微细裂缝到断裂的全过程；三是把钢筋和混凝土分别看成具有不同性质的微小构造单元来考虑其界面性质。数值模拟钢筋混凝土构件在拉伸作用下的断裂全过程，考察钢筋的螺纹抵抗作用及其保护层的约束机理。     

配筋结构对弹丸侵彻过程影响的研究

本文提出的弹丸侵彻钢筋混凝土的解析模型,既考虑了弹丸侵彻过程中受到的动阻力与静阻力,又考虑了弹丸与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的直接阻力.该解析模型的计算结果能反映弹丸与钢筋结构的作用过程,与测试数据符合较好.用该模型计算了配筋尺寸、网眼尺寸、配筋结构对侵彻深度、侵彻过程弹丸过载特性的影响.计算结果表明网眼间距越小,弹丸峰值负加速度越大;配筋直径增大,弹丸与钢筋的作用力显著增大,弹丸过载显著增大.     

Elliptical and circular FRP-confined concrete sections: A Mohr–Coulomb analytical model

An analytical stress–strain model is developed for predicting the compressive behavior of elliptical and circular fiber reinforced polymer (FRP)-confined concrete members. The model is based on a diagonal Poisson’s ratio formulation expressed as a function of the mechanical properties of the unconfined concrete and confining FRP jacket, the geometry of the concrete section, and the extent of internal damage in the confined concrete core. A Mohr–Coulomb yield criterion is introduced for analysis of the compressive behavior of confined concrete. Equilibrium and strain compatibility are used to obtain the ultimate compressive strength and strain of elliptical and circular FRP-confined concrete sections as a function of the effective confining stiffness of the FRP jacket. A simplified expression is derived for the FRP reinforcement ratio which precludes strain softening in elliptical and circular FRP-confined concrete sections.     

既有RC拱肋基于全过程刚度变化规律的承载能力预测

基于结构力学中的矩阵位移法,提出了一种利用节点位移参数来反推拱肋区段刚度的计算方法。算例验证该方法在只利用部分节点位移参数时依然具有较高的精度。然后考虑不同的加载模式和损伤模式,采用该方法对借助非线性有限元分析技术和试验手段获得的既有钢筋混凝土拱肋加载过程中的节点位移值进行了分析,证实了既有拱肋的区段刚度具有较大幅度的波动变化特性。基于拱肋区段的变化规律,研究了既有拱肋破坏过程中节点竖向刚度值的变化趋势。结果表明,既有拱肋的节点竖向刚度变化规律与区段刚度较为一致。在此研究基础上,提出了一种适用于既有钢筋混凝土拱肋的承载能力评估方法。实例分析表明,该评估方法具有较高的精度。     

L形柱在反复荷载作用下的非线性分析

在平截面假定的前提下,将钢筋混凝土L形柱划分为两端弹塑性区、中间为弹性区的三分段杆单元模型。将应用于平面剪力墙的多垂直杆单元模型拓展为空间的多垂直杆单元模型,推导了拓展的多垂直杆单元模型单元刚度矩阵,经静力凝聚为三分段杆单元模型刚度矩阵,该单元模型可用于各种截面形式的钢筋混凝土异形柱、剪力墙墙肢和梁的非线性分析,计算工作量较小。讨论了目前垂直杆的轴向拉压滞回模型,提出了轴向拉压滞回曲线考虑骨架曲线下降段的简化处理方法。最后提供了算例,结果表明本文方法计算的滞回轴线与在反复加载下L形柱的试验结果吻合较好。     

THE USE OF VISCO-ELASTOPLASTIC DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL TO SIMULATE NONLINEAR BEHAVIOR OF CONCRETE

A visco-elastoplastic damage constitutive model is proposed for simulating nonlinear behavior of concrete. Based on traditional plastic theory, the irreversible deformation is simulated in effective stress space. In order to reflect different stiffness degradation mechanism of concrete under tensile and compressive loading conditions, both tensile and compressive damage variables are introduced, and then on the basis of energy release rate, the model is firmly derived within the concept of irreversible thermodynamics. The rate-dependent model is considered by introducing viscous regularization into the inelastic strain and damage variable, and combined with an additional elastic condition. Fully implicit backward-Euler algorithm is used to perform constitutive integration. Results of numerical examples using the proposed model agree well with test results for specimens under uniaxial tension and compression, biaxial loading and triaxial loading. Failure processes of single-edge-notched (SEN) beam and double-edge-notched (DEN) specimen are also simulated to further validate the proposed model.     

钢筋混凝土平面杆件非线性分析模型及其应用

本文提出了五区段变刚度单元模型,连续五区段变刚度单元模型,并将其应用于钢筋混凝土平面高层结构的非线性地震反应计算。     

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。     

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。     

一种新形式的钢纤维混凝土冲击动态本构关系及材料参数的确定

采用?75 mm大口径SHPB系统进行了钢纤维体积率为0%、0.75%、1.5%三种混凝土材料动态性能实验,得出了不同钢纤维含量、不同应变率下的材料应力-应变关系曲线,实验结果表明:随着纤维含量及应变率的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变、峰值应力都随之提高,并在峰值应力之后出现应力的应变软化现象。以此实验结果为基础,提出了一种依赖于应变和应变率相关函数的新型非线性黏塑性动态本构关系,并通过对实验曲线的三步逐次最小二乘优选模拟,得到了相应的材料参数。结果表明,该本构关系对实验数据的模拟效果较好。