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。     

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。     

循环载荷下碳纤维薄板增强RC梁的疲劳性能试验研究

以碳纤维薄板(CFL)增强RC梁为研究对象,通过对循环载荷作用下增强梁的三点弯曲疲劳试验研究,得到了增强梁的线性对数疲劳寿命曲线和跨中挠度的演化规律,外推得到了极限疲劳强度和抗弯刚度的演化规律,揭示了增强梁的疲劳破坏机理。循环载荷下CFL增强RC梁的破坏模式包括混凝土开裂、碳纤维薄板与混凝土界面剥离、主筋屈服等模式,疲劳破坏过程具有明显的损伤成核、稳定扩展、失稳扩展三阶段发展规律。与普通RC梁相比较,CFL增强RC梁的裂缝分布较均匀、密集,粘贴CFL对增强梁的初始抗弯刚度提高幅度较小,对疲劳损伤阶段的抗弯刚度则提高了约一倍。根据CFL增强RC梁的疲劳寿命曲线得到其极限疲劳强度为25.42 kN,为三点弯曲静载下极限承载力的58.5%。     

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。     

冲击荷载下钢筋混凝土梁的性能及损伤评估

基于落锤冲击试验,通过数值模拟研究钢筋混凝土梁在冲击荷载下的抗冲击性能和损伤机理。针对冲击荷载局部效应明显和持时短暂等特点,提出基于截面损伤因子的损伤评估方法;采用参数分析方法研究了箍筋间距、边界条件、冲头形状和面积以及冲击位置对钢筋混凝土梁的动态响应和损伤程度的影响。结果表明：基于截面的损伤评估方法能够比较直观地描述梁体损伤沿长度方向的分布;端部的固支约束可以有效地改变钢筋混凝土梁的耗能机制,并能提高梁的抗冲击承载潜力;冲击位置会直接影响梁体的裂缝分布和破坏模式;碰撞接触面积和冲头形状也对梁的损伤分布具有一定的影响。

     

碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁疲劳刚度研究

构件刚度的变化可以较全面地反映构件的整体力学性能。本文以碳纤维加固规范及国内外相关理论研究成果为依据，结合试验研究，通过理论分析的方法，研究了碳纤维布加固损伤钢筋混凝土吊车梁抗弯刚度及在疲劳荷载作用下，构件在整个寿命周期内刚度随时间的变化情况。对比分析数据与试验数据发现：构件刚度的损伤发展有明显的三阶段变形规律；本文理论计算得到的数据与试验数据吻合较好，说明本文给出的关于CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的疲劳刖度的理论计算方法可以满足工程设计对精度的要求。     

疲劳荷载与氯盐耦合作用下混凝土中氯离子扩散行为的试验研究

混凝土桥梁在服役过程中经常同时承受疲劳荷载和氯离子侵蚀,但现有研究多未考虑疲劳和氯离子侵蚀的耦合作用。本文研究了疲劳荷载与氯盐侵蚀耦合作用下混凝土中氯离子的扩散行为,并运用超声检测表征混凝土的疲劳损伤,以建立疲劳损伤与氯离子扩散性能之间的关系。研究结果表明:随着疲劳压应力水平提高,超声参数表征的混凝土损伤值也逐渐增大;应力水平低于0.4时,不同疲劳应力水平对混凝土中氯离子浓度分布没有明显影响,氯离子扩散系数甚至略有减小,这应是应力水平较低时混凝土中微孔隙和裂缝被压缩而降低了氯离子的扩散能力;应力水平为0.5及0.6时,混凝土中氯离子浓度显著提高,扩散系数明显增大,并且与应力水平呈正相关;超声参数表征的混凝土损伤与氯离子渗透性的发展趋势不一致,表明由于混凝土内部缺陷分布的不均匀性使得超声技术难以定量表征荷载引起的混凝土损伤。     

弹性撞击作用下弯扭耦合梁的动力响应

对于质量块以一定初速度撞击悬臂梁端部问题,基于弯扭耦合Timoshenko梁模型,把质量块与悬臂梁作为一个整体振动,动力响应以Duhamel积分表示,使用模态叠加法给出动力响应与撞击力的结果.对于悬臂梁受质量块撞击的算例,分别分析了弯扭耦合梁、弯扭耦合系数很小的梁和各向同性Timoshenko梁,对比讨论了撞击力结果.     

吊车荷载作用下钢结构吊车梁的疲劳可靠寿命评估

从Miner累积损伤的定义出发,视累积损伤为随机过程,临界损伤为随机变量,基于疲劳动态可靠性理论,提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估法。之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中安全期限寿命评估法进行了分析比较,说明了安全寿命评估方法的概率意义。算例分析结果表明,本文提出的可靠寿命评估方法更加合理。     

近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土柱抗爆性能及受损加固试验研究

为研究近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土（precast concrete,PC）柱的抗爆性能与受损后的加固修复性能,开展了足尺PC柱化爆试验与受损柱加固修复轴压试验研究。共开展了3次化爆试验,获得了PC柱的动力响应与损伤破坏试验数据,分析了PC柱与现浇钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）柱试验结果的差异。近爆荷载作用下,PC柱呈现出局部损伤破坏模式,爆心附近混凝土剥落,出现斜裂缝,装配位置的交界面出现贯穿裂缝,锚浆搭接PC柱比灌浆套筒PC柱的损伤更加严重。两种装配形式的PC柱整体上具有与RC柱相近的抗爆性能,但装配界面削弱了PC柱的整体性与抗剪切能力,是PC柱典型的薄弱位置。轴压试验结果表明,分别采用置换混凝土和置换后外包碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforcement polymer, CFRP)布的方式加固受损的两根PC柱,其轴向承载力均超过了同规格未受损柱的试验承载力和设计承载力。

     

静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化的耦合模型

Nb3 Sn超导材料主要用于强磁场超导磁体的制造.力学变形诱导的其超导临界性能退化给强磁场超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响.针对静水压作用下,Nb3 Sn单晶体和多晶体表现出的不同退化行为,论文基于Maki De Gennes(MDG)关系式,建立了描述Nb3 Sn单晶体变形-超导临界温度耦合响应的本构关系,并借助于多晶体有限元方法,对静水压作用下Nb3 Sn多晶体超导临界温度退化响应进行了预测,预测结果与实验结果定性吻合.模型实现了从Nb3 Sn单晶体到Nb3 Sn多晶体变形-超导临界温度退化响应曲线的一致性预测.研究结果有助于提高对Nb3 Sn高场超导材料变形-超导电性能耦合行为的认识,为发展描述运行工况下Nb3 Sn超导材料力-电磁-热多物理场多尺度耦合行为的建模与数值计算方法提供了一定的基础;同时,相关结果对于特殊工况下高场超导磁体性能的评估和高应变耐受性超导材料的制备也具有一定的指导作用.     

静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化的耦合模型

Nb3Sn超导材料主要用于强磁场超导磁体的制造。力学变形诱导的其超导临界性能退化给强磁场超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响。针对静水压作用下,Nb3Sn单晶体和多晶体表现出的不同退化行为,本文基于Maki De Gennes（MDG）关系式,建立了描述Nb3Sn单晶体变形-超导临界温度耦合响应的本构关系,并借助于多晶体有限元方法,对静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化响应进行了预测,预测结果与实验结果定性吻合。模型实现了从Nb3Sn单晶体到Nb3Sn多晶体变形-超导临界温度退化响应曲线的一致性预测。研究结果有助于提高对Nb3Sn高场超导材料变形-超导电性能耦合行为的认识,为发展描述运行工况下Nb3Sn超导材料力-电磁-热多物理场多尺度耦合行为的建模与数值计算方法提供了一定的基础;同时,相关结果对于特殊工况下高场超导磁体性能的评估和高应变耐受性超导材料的制备也具有一定的指导作用。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性

研究了切向均布随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性问题。建立了热弹耦合轴向运动梁 在随从力作用下的运动微分方程,采用归一化幂级数法,推导出了2种边界条件下热弹耦合轴向运动梁在随 从力作用下的特征方程。计算了系统的前3阶量纲一复频率,分析了量纲一运动速度、量纲一热弹耦合系数 和量纲一随从力等参数对梁的稳定性的影响。     

确定性载荷作用下Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于求解确定性载荷作用下Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了Timoshenko弯扭耦合薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下单对称Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该弯扭耦合梁所受到的荷载可以是集中载荷或沿着梁长度分布的分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并对动力弯曲位移和扭转位移的数值结果进行了讨论。     

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。     

均布荷载下钢筋混凝土梁剪切破坏的研究

对于剪切破坏的梁，本文提出平截面假定的适用范围，并将它用于研究钢筋混凝土梁的抗剪性能，建立了适用于均布荷载下钢筋混凝土简支梁抗剪强度计算的理论模型，并对此进行了实验验证。此模型可推广到任意分布荷载。     

爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏

利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因,得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。     

锈蚀H型钢偏心受压承载性能试验研究

通过锈蚀H型钢构件的偏心受压试验,研究锈蚀对H型钢构件偏压承载能力的影响,并为工程师提供锈蚀H型钢构件偏心受压承载能力的试验数据。试验采用5根锈蚀H型钢,2根未锈蚀构件作为对比试验,分别对受拉翼缘、受压翼缘和腹板的锈蚀对H型钢构件偏心受压承载能力的影响进行了详细探究,得出翼缘的锈蚀对钢构件偏压承载能力的影响较腹板显著,其中受压翼缘比受拉翼缘影响更甚。锈蚀对钢材力学性能的影响也在文中进行了试验研究,结果表明：钢材的锈蚀对其屈服强度和极限强度无显著影响,但显著影响钢材塑性性能。     

钢筋混凝土梁冲击动力响应和破坏模式转化试验研究

随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化,钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。开展不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,综合测量获得冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数,重点分析不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。试验表明：低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的提高而增大,均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系;混凝土强度越高、纵筋配筋率越高,相同冲击条件下梁所受的撞击力峰值越大,但整体位移响应越小;配箍率的变化对结构的局部响应和整体响应的影响均较小;结构受到撞击时剪切效应在前,弯曲效应在后,斜裂缝先于垂直裂缝出现;依据结构的破坏极限状态,判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏等4种破坏模式,结果表明：相同结构配置条件下,随冲击速度的不断提高,钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏转化;冲击速度相同时,提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率,梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供参考。