钢筋混凝土转动角软化桁架模型的新解法

在钢筋混凝土转动角软化桁架模型的基础上，本文推导出从应力到应变的计算方法。这种方法比以前的从应变到应力的计算方法更简便，并且能够模拟试件加载全过程。     

基于固定角软化桁架模型的钢筋混凝土

在固定角软化桁架模型的基础上,提出了钢筋混凝土构件在纯扭作用下的非线性分析方法。根据平衡条件、变形协调条件和材料本构关系,推导出16个方程,其中包含20个变量。而后根据扭转问题的特点,提出了求解这些方程的有效算法。该方法不仅可以预测受扭构件的极限强度,而且可以预测其开裂后的荷载-变形历史。通过对63个试件的计算验证,计算结果与试验结果吻合良好。     

钢筋混凝土盾构衬砌结构的三维数值分析

结合地铁盾构隧道工程实例,应用三维有限元模型和ANSYS程序分析了上部和周围土体荷载作用下钢筋混凝土衬砌的应力、应变分布与开裂规律。模型考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的弹塑性性质,通过刚度折减考虑了管片接头不连续性对衬砌应力、应变与开裂性质的影响。     

混凝土构件长期干缩应力的计算

本文用有限元法从砼的水分扩散方程中求出湿度和自由干缩应变场,分别由砼的线性和非线性蠕变理论及拉应变软化模型,推导出计算砼构件的干缩应力的递推公式,并编制了电算程序。计算表明,非线性理论的结果与线性理论的结果相差不大,而拉应变软化模型的结果与前两者有较大差异。     

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭作用下抗扭承载力计算模型

以扭转理论和固定角软化桁架模型为基础,推导了纯扭作用下波形钢腹板PC组合箱梁的抗扭承载力计算模型.该模型针对组合箱梁极限状态时,波形钢腹板处于屈服和未屈服状态两种情况,分别建立了剪应交连续与剪力流连续方程,模型同时考虑了不同位置预应力筋对抗扭承载力的不同作用.通过四根试验梁抗扭承载力理论计算结果与试验数据的对比分析,结果表明本文提出的计算模型不仅能够有效的计算抗扭承载力,还能计算出混凝土开裂后的扭矩-扭率曲线.     

钢筋混凝土箱梁非线性及剪滞效应的试验研究

制作了钢筋混凝土简支箱梁模型,试验包括模型梁开裂范围内的加载及开裂后的加载。在开裂范围内,对该试验梁分别进行了顶板满布均布荷载、均布荷载作用于肋板上方、集中力作用于跨中以及对称集中力作用下的加载;对开裂后的试验梁,进行了对称集中力作用下的加载。用应变采集仪与电脑连接,并用半桥测量,温度自补偿方法测取应变值,采用百分表测试梁体挠度,采用读数显微镜观测裂缝。测量得到应力、应变的分布规律,验证了钢筋混凝土箱梁中存在剪滞效应。试验结果与考虑混凝土非线性的有限段法的计算结果吻合较好,验证了有限段法在混凝土箱梁剪滞效应分析中的适用性。     

SOLUTION AND ANALYSIS OF CIRCULAR TUNNEL FOR THE STRAIN-SOFTENING ROCK MASSES CONSIDERING THE AXIAL IN SITU STRESS AND SEEPAGE FORCE

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律. 基于摩尔-库伦屈服准则及应力-应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法. 利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解. 计算结果表明：在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著. 这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.     

考虑轴向力和渗透力时软化围岩隧道解析

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律. 基于摩尔-库伦屈服准则及应力-应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法. 利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解. 计算结果表明:在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著. 这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.      

土的应力-应变关系的一种描述模式

通常将由土的剪切试验测得的应力-应变关系曲线(q～ε1曲线)分为应变硬化型和应变软化型,文中提出了一种能同时描述应变硬化型q～ε1曲线和应变软化型q～ε1曲线的新模式,并导出了统一的切线模量表达式,进一步探讨了该应力-应变关系曲线描述模式在拟合应变硬化型曲线时的简化形式,及简化形式中参数取值方法和参数与围压的关系等方面的问题。通过与邓肯-张模型和应变软化模型的对比,结果表明该应力-应变关系曲线描述模式能更好地与试验数据吻合,且用其简化形式拟合应变硬化型曲线时,可以通过调整其中一个参数值来表达出不同的曲线形式,从而体现出土体应力-应变关系的多样性。该应力-应变关系描述模式为发展更一般的非线性弹性模型提供了一定的理论基础。     

脆性固体损伤和局部软化的有限元分析

本文研究混凝土、岩石一类工程中常用的应变软化材料的有限元分析方法。在作者以往有关粘塑性损伤本构模型的工作基础上，给出了一组便于有限元计算的本构方程表达式。包括损伤弹性矩阵和局部损伤软化矩阵，分别运用于计算硬化和软化阶段的有限元刚度矩阵；对所提出的本构方程的实验验证计算和一些算例的有限元数值分析，表明文中给出的本构方程是可行的，相应的有限元算法能较好地对损伤固体的局部软化效应进行数值分析，并可成功地追踪应力应变响应的软化曲线     

Nonlinear analysis of beam–column joints using softened truss model

The aim of this study is to expand the application of the nonlinear softened truss model for membrane elements on beam–column joints. The softened truss model employs three equations for equilibrium, three for compatibility and four equations for the constitutive laws of materials. The constitutive equations for both the concrete and steel are based on the actually observed stress–strain relationships. The model has three important attributes. The first is the nonlinear association of stress and strain. The second, and conceivably more noteworthy, is the softening of concrete in compression due to tensile strains in the perpendicular direction. The third is that the influence of the concrete tensile stresses between cracks on the average stress–strain relationship for reinforcing steel and the influence of orthogonal tensile stresses on the compression stress–strain relationship for concrete can be considered in the model. For beam–column joints, one of the most important factors influencing the behaviour is certainly the bond conditions of the beam bars. In this study, the softened truss model is expanded to take into account the influence of this important factor into account. In the revised version of the model, full strain compatibility does not exist between the steel reinforcement and the surrounding concrete and thus the factors influencing the bond-slip between concrete and reinforcement is adequately considered. The improved softened truss model is applied on 51 exterior beam–column joint tests. It is apparent from the results that the revised model gives very accurate predictions of the shear strength of joints and is an improvement on the existing version of the model proposed by Hsu.     

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.     

Modelling of stresses and strains in bonded concrete overlays subjected to differential volume changes

The differential volume changes between repair material and substrate concrete induces stresses in concrete overlays. These stresses could cause the repair material cracking or the interface delamination, which facilitate the penetration of harmful substances into concrete and hence accelerate the deterioration of concrete overlays. In order to investigate the characteristics of these stresses, an analytical model has been developed based on the plate theory and the assumption of the linear relation between shear stress and slip at the interface. This model is able to calculate the tensile stress in the repair material, shear and normal stresses at the interface and the corresponding strains. With this model, the influence of the interface shear stiffness, the dimension of the concrete overlay, and the elastic moduli of two materials on stresses and strains was studied.     

钢筋混凝土界面的近场动力学方法

近场动力学方法已被广泛用于钢筋混凝土的开裂破坏研究,传统近场动力学方法的控制方程与参数是基于同种均质材料的能量方程确定,在处理不同种材料之间的相互作用时,无法合理反映其界面的力学行为.针对这一问题,通过分析钢筋混凝土界面的黏结-滑移机理,提出了近场动力学界面区材料点的相互作用模型,发展了考虑钢筋混凝土界面黏结的键基近场动力学方法.基于键基近场动力学与连续介质力学的能量密度等效方法,提出了界面微弹性参数的确定方法;根据钢筋肋间混凝土的应力分布规律,获得界面材料点域半径与受限楔体半径的等效关系;利用界面黏结-滑移曲线峰值应力对应的滑移变形,给出了界面临界拉伸常数确定方法.通过与2组钢筋混凝土构件的拉拔试验对比,验证了发展的界面近场动力学方法,并开展了不同条件下钢筋混凝土构件的数值试验.结果表明,发展的近场动力方法能够合理反映钢筋直径、锚固长度、混凝土强度以及肋间距对钢筋混凝土界面黏结行为的影响,体现了所提方法的合理性与优越性.     

平头弹丸正撞下钢筋混凝土靶板厚度方向的开裂

主要针对钢筋混凝土靶板在受到平头弹丸撞击下发生的厚度方向开裂的问题进行研究,并提出了一个弹丸低速撞击有限厚度板的二阶段模型。模型中第一阶段为侵彻阶段,弹丸受到混凝土介质的侵彻阻力由静阻力和速度效应引起的动阻力组成;模型中第二阶段为开裂阶段,钢筋混凝土靶板发生动态剪切破坏的最大承载力可以通过静态剪切破坏最大承载力乘以一个动态增强因子得到。该模型可以用来预测钢筋混凝土靶板发生厚度方向开裂破坏的临界能量。模型预测与实验结果吻合较好。     

混凝土K&C模型材料参数分析与模拟

混凝土K&C模型材料参数一般取国外文献中的原始数值,没有根据混凝土强度等级和单元尺寸的不同而作相应的调整．根据相关的试验研究成果,提出了一种确定K&C模型强度参数值的方法,并阐述了K&C模型损伤参数值的调整方法,使得数值计算结果更加合理．运用有限元显式动力分析软件ANSYS/LSDYNA,采用流固耦合方法模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动态响应,混凝土K&C模型取本文确定的参数值,计算结果与试验结果吻合较好,从而验证了K&C模型材料参数取值的正确性．     

Flexural time-dependent cracking and post-cracking behaviour of FRP strengthened concrete beams

The time-dependent flexural cracking behaviour of reinforced concrete beams strengthened with externally bonded composite materials is investigated with a focus on the creep effects. A theoretical model is developed, which accounts for the creep of the different materials involved, and which also accounts for the time-dependent cracking and the tension-stiffening phenomenon. The deformability of the adhesive layer in shear and through its thickness, as well as its ability to transfer shear and vertical normal stresses, is considered in the model. The incremental governing equations are formulated via the variational principle of virtual work based on an incremental exponential algorithm for the creep modelling. The capabilities of the model are demonstrated through numerical examples including a comparison with test results available in the literature. The results show that creep causes a significant redistribution of the internal forces and the interfacial stresses at the adhesive interfaces with time, which should be carefully considered in the design of FRP strengthened members.