既有结构已服役荷载对可靠度评估结果的验证影响

服役荷载的验证作用影响既有结构的抗力分布,进而影响结构可靠度评估结果。文章利用的时变可靠度理论,给出了一个时变可靠指标简化计算公式,分析了服役荷载的验证作用,同时考虑了抗力衰减、结构已服役时间以及恒荷载效应与可变荷载效应比值等因素影响。     

一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁的时变可靠度分析

根据一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁中的钢筋截面损失时变模型和抗剪、抗弯承载力退化模型,建立了考虑其随机性的极限状态方程。基于概率守恒原理分析得到满足该极限状态方程的概率密度演化方程,并引入吸收边界条件,提出了梁时变可靠度的计算方法。以受对称集中荷载的锈蚀钢筋混凝土简支梁为例,展示了目标函数的概率密度演化过程,并讨论了配置不同直径箍筋和不同厚度保护层时的时变可靠度。结果表明,在保证梁具有足够初始抗剪强度和抗弯强度的前提下,适当增大保护层厚度和箍筋直径(具有相同配箍率)能延缓混凝土构件力学性能的退化。通过和100万次蒙特卡洛模拟结果的对比可知,选用本文方法能在以付出较小计算代价的前提下,获得计算精度良好的分析结果。     

海水干湿作用下带初始裂缝RC梁钢筋与混凝土粘结试验

钢筋与混凝土之间粘结是影响钢筋混凝土结构安全性与耐久性的关键因素之一。本文针对海水干湿环境中带预制裂缝钢筋与混凝土的粘结滑移性能进行研究。在实验室内模拟了沿海地区海水干湿循环环境,制作了带有不同初始横向裂缝宽度W和不同混凝土强度C的铰梁,并经海水浸泡180d干湿循环,研究了钢筋与混凝土之间的粘结退化规律。结果表明:(1)钢筋与混凝土之间的极限粘结应力随W增加而降低。混凝土强度分别为C25、C35时,W=0.2mm试件的极限粘结应力较无裂缝试件的极限粘结应力分别降低了14.94%、15.92%。(2)极限粘结应力随混凝土强度的提高而增大,当初始横向裂缝宽度相同时,混凝土强度C35试件的极限粘结应力比C25试件的大11.5%左右。(3)峰值滑移随混凝土强度增加而减小。     

受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟

采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。     

钢筋锈胀引发混凝土保护层开裂破坏的细观数值研究

钢筋锈蚀膨胀引起保护层混凝土开裂是影响钢筋混凝土结构耐久性和服役寿命的重要因素。考虑到混凝土细观结构组成对保护层破坏模式的影响,从细观角度出发,将混凝土看作由骨料、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,建立了描述钢筋锈胀力学行为的混凝土随机骨料模型。采用塑性损伤本构关系模型来表征砂浆基质和过渡区界面的力学行为,假定钢筋均匀锈蚀,对钢筋锈胀引起的混凝土保护层开裂破坏过程进行了细观数值研究。对比了宏观均匀模型与细观非均质模型下获得的保护层破坏模式,探讨了径厚比(c/d)、钢筋位置(中部和角区)及混凝土拉伸强度对保护层破坏模式及保护层胀裂时钢筋锈蚀水平的影响,得到了一些有益结论。     

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。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁抗弯承载力分析

钢筋锈蚀是钢筋混凝土桥梁的主要病害之一。在锈蚀钢筋混凝土双筋矩形截面梁中,钢筋锈蚀易造成结构性能退化,并引起钢筋和混凝土相对滑移,导致结构的承载力降低,受拉区的钢筋与混凝土变形不协调。通过构造新的几何条件,推导了锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁正截面极限抗弯承载力计算公式。对室内快速锈蚀双筋矩形梁进行正截面抗弯承载力实验,结果表明推导的锈后双筋矩形梁正截面抗弯承载力公式的计算值与实验值吻合较好。上述工作为进一步进行工程实践奠定了基础。     

爆炸载荷下RC单向简支板的能量法优化设计

由钢筋混凝土(RC)板的抗力-位移(R-y)曲线特性可知,曲线下方面积代表板 在爆炸载荷作用下可能吸收的能量. 对爆炸载荷作用下RC板的R-y曲线采用双折线模型,计 算不同配筋率的R-y曲线下方面积,面积最大时的配筋率即可定义为相应设计的最佳配筋率. 考虑材料非线性及高应变率对混凝土和钢筋强度的影响,采用分层法迭代求解抗 力-挠度(R-y)曲线. 研究结果可供受爆炸载荷的RC板优化设计借鉴.     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

Prediction of bond failure and deflection of carbon fiber-reinforced plastic reinforced concrete beams

Carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) reinforced concrete beams can fail due to interface debonding, due to the high tensile strength of such rebars. A set of 16 concrete beams reinforced with different amounts of CFRP reinforcement was subject to static three-point bending. The beam dimensions and CFRP reinforcements used were selected to demonstrate a transition from compression failure to bond failure with decreasing reinforcement ratio. It is shown that accurate bond strength data to predict such failures can be obtained from a “hinged-beam” test configuration, rather than the conventional direct “pull-out” tests. Deflection under service loads can also be predicted more accurately using a proposed equation that includes the reinforcement ratio and the elastic modulus of the reinforcement.     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

温度-随机载荷下CFL加固RC梁疲劳性能的实验研究

考虑亚热带地区公路桥梁的服役环境温度与车辆载荷的作用效应,本文以碳纤维薄板(CFL)加固钢筋混凝土(RC)桥梁结构为研究对象,利用本课题组构建的实验平台,提出了温度与车辆随机载荷耦合作用下CFL加固RC梁的疲劳实验方法。在3个温度和3个载荷水平下实施了温度-随机载荷耦合作用下的三点弯曲疲劳实验,初步探讨了温度-随机载荷作用下加固梁的疲劳破坏机理,并提出了温度-随机载荷耦合下加固梁疲劳寿命的半经验公式。     

变刚度梁弯曲解析解在桥面板中的应用

针对新型连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁,研究了该桥型桥梁的桥面板拉应力控制方法与措施．将该桥型组合桥梁等效为可变刚度的Euler梁,给出任意横向荷载作用下变刚度梁的静力弯曲解析通解,并得到三跨连续阶梯型变刚度梁变形及其内力分布特征．在此基础上,以三跨连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁为研究对象,考虑下部钢箱梁与上部混凝土桥面板完全剪力连接,通过改变负弯矩区钢箱梁壁厚、内部充填混凝土的强度、长度与高度等参数,分析得到可有效控制桥面板拉应力的关键因素．结果显示：在负弯矩区段内的钢箱梁内部充填混凝土对控制该区域混凝土桥面板拉应力效果明显,但混凝土强度影响较弱．混凝土桥面板开裂区域随钢箱梁中充填混凝土长度的增加而减少,但桥面板顶部拉应力会随混凝土充填高度的增加呈现先减小后增大的趋势,在充填高度为箱梁内部净高的20 %~30 %左右时效果较为显著,此时经济效益最佳．     

预应力钢棒加固T梁桥横隔板试验研究

针对T梁桥横隔板开裂、破损的问题,采用预应力钢棒对T梁横隔板进行加固。本文根据T梁桥的结构特点,提出了预应力钢棒的张拉位置及张拉力大小的确定原则,对横隔板的受力进行了分析。加固过程对横隔板裂缝宽度、张拉力进行了监测;对加固前后相同位置的受力情况进行了对比分析。结果表明:预应力钢棒加固T梁后,横隔板储备的压应力可以抵消活载产生的拉应力,横隔板裂缝宽度大大减小,且在荷载作用下裂缝不再扩展;桥梁横向分布性能大大改善,主梁挠度最大可以减少20%以上。采用预应力钢棒加固T梁横隔板效果良好。     

车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁系统随机振动分析

视车辆、路面体系和桥梁为整个系统,将车辆模拟成弹簧和阻尼器连接的多刚体,沥青路面层模拟成Kelvin模型支承的无限长梁,混凝土路面和主梁一起模拟成Euler-Bernoulli梁。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了系统的竖向运动方程;并运用协方差等效方法模拟了车轮随机输入非平稳时域模型。研究了车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁耦合系统的振动特性。计算表明:在其他条件相同时,刹车时,混凝土路面层对应的冲击系数为沥青路面层所对应系数的1.31倍;刹车时间为0.3 s时对应的冲击系数为刹车时间0.6 s所对应的1.29倍;路面的不平状况加剧了车辆制动作用时对桥梁冲击系数的影响。     

A stochastic theory of cumulative fatigue damage

A stochastic theory for the cumulative fatigue damage of structural components with random fatigue strength under random loading is proposed on the basis of Stratonovich-Khasminskii theorem. The analytical solutions for the probability densities of the cumulative fatigue damage and fatigue life and for the reliability function are given for steel and reinforced concrete components with constant fatigue strength subject to a narrow band stationary Gaussian stress process with zero mean. The results agree very well with those of digital simulation. It is noted that the theory can be applied, in principle, to both metallic and non-metallic materials, narrow band and wide band stress process, and adapted to a sequence ofn, stationary stress processes or quasi-stationary stress process. The scatter and degradation of fatigue strength and the inspection maintenance can also be incorporated into the theory.     

基于正交设计的冲击荷载下型钢混凝土梁动力性能有限元分析

为研究冲击荷载下型钢混凝土梁的动力性能,取试验结果验证模型有效性后,使用有限元软件ABAQUS建立了型钢混凝土梁落锤冲击模型．在对比了型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的动力性能后,分析了落锤速度对型钢混凝土梁的冲击位移、冲击力、冲击力位移曲线、惯性效应、塑性耗能等性能的影响,然后基于正交设计,研究了落锤质量、落锤速度、混凝土强度等参数对型钢混凝土梁动力性能的影响．研究结果表明：型钢混凝土梁的抗冲击性能较好;落锤速度是影响构件动力性能的主要参数,落锤质量对动力性能的影响较大,提高混凝土强度有助于增强构件的抗冲击性能．