无粘结部分预应力混凝土梁恢复力模型的研究

在已完成的16根无粘结部分预应力混凝土梁低周反复荷载试验的基础上,对不同配筋率的13根无粘结部分预应力混凝土梁进行了分析,建立了无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩-曲率恢复力模型,根据得到的弯矩-曲率恢复力模型,采用虚梁法编程计算了无粘结部分预应力混凝土试验梁的弯矩-挠度滞回曲线,计算结果与试验结果吻合良好。恢复力模型的建立为无粘结部分预应力混凝土梁的抗震性能研究提供了理论依据,具有理论和工程实际意义。     

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法∗

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。     

基于瞬态分析法的预应力与非预应力钢筋混凝土梁动力响应对比分析*

提出了基于瞬态动力分析完全法的预应力钢筋混凝土梁爆炸冲击模拟方法，并采用已有试验结果验证了方法的合理性，进一步对比探讨了非预应力钢筋混凝土梁与预应力钢筋混凝土梁的动力响应差别和响应机制。研究结果表明：爆炸荷载作用下，钢筋混凝土梁的跨中底部位置最先发生塑性变形，混凝土容易受拉开裂，且爆炸荷载越大开裂越严重；由于预应力筋的存在，预应力钢筋混凝土梁跨中挠度显著减小，预应力钢筋混凝土梁开裂范围大幅减小，裂缝深度也显著降低，但是浅层裂缝的横向分布范围稍有增加；预应力改善了梁的受力状态，使得梁所受荷载均布转移，在爆炸冲击荷载作用下，大部分应力都由预应力筋来承担，非预应力钢筋的应力较小，预应力筋是提高结构抗爆性能的关键点；当脉冲荷载卸载至零后，梁跨中的挠度均能恢复至自重状态下的变形量，说明预应力钢筋混凝土梁在爆炸冲击荷载作用下，仍处于弹性工作状态，这与非预应力钢筋混凝土梁显著不同。模拟研究结果对预应力钢筋混凝土结构抵抗爆炸荷载领域的应用有一定的参考意义。     

高温后足尺有粘结预应力混凝土梁板力学性能研究

针对足尺有粘结预应力混凝土梁板高温后的抗弯承栽力开展了非线性计算分析。结果表明,综合配筋指标、有效预应力对高温后极限弯矩与常温下极限弯矩比值M_u~A/M_u的影响不大,预应力度和预应力筋的保护层厚度对M_u~A/M_u影响显著。高宽比近似相同的有粘结预应力混凝土梁,当第一排钢筋的保护层厚度相同时,受火时间为3 h,高度为700 mm的梁高温后截面承栽力下降幅度最大约为30%,高度为4500 mm的梁高温后截面承栽力下降幅度不到10%,高温后大尺度梁的力学性能优于小尺度梁。给出了考虑预应力筋保护层厚度和预应力度影响的有粘结预应力混凝土板M_u~A/M_u的计算公式,以及综合考虑预应力筋、非预应力筋合力点到梁底距离和预应力筋梁侧保护层厚度影响的有粘结预应力混凝土梁M_u~A/M_u的计算公式。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

基于不同破坏准则的火灾下钢筋混凝土板可靠性评估∗

为探究火灾下钢筋混凝土板的可靠性,计算了基于不同破坏准则下的可靠指标并进行对比评估。提出了一种随机有限元模型,考虑了火灾荷载与混凝土板设计中的多种随机参数,对钢筋混凝土板火灾下的热力学反应开展概率分析。首先,利用 ABAQUS 有限元软件对混凝土板建立精细化模型,将数值模拟结果与火灾试验数据进行对比验证。接着,利用 abaqus@python 脚本,结合 LHS 法抽样处理随机参数并生成随机模型,循环运算得到随机钢筋温度曲线、背火面温度曲线与跨中挠度曲线。最后,基于 MATLAB 蒙特卡洛法计算得到失效概率与可靠指标。 结果表明：提出的随机有限元模型能有效评估火灾下钢筋混凝土板的可靠性;以挠度变形为依据的破坏准则高估了钢筋混凝土板的临界温度;正常设计的钢筋混凝土板耐火极限为 90 min 的可靠指标为 1.88,评估火灾下钢筋混凝土板可靠性时需要考虑火灾发生的频率。     

底部开缝预应力剪力墙结构力学性能的有限元分析

根据现浇混凝土结构与装配混凝土结构的耗能特点,建立了底部开缝后张拉预应力摇摆剪力墙结构模型,并采用数值模拟方法研究其抗震耗能性能,分析分布钢筋、预应力水平、轴压力等参数对其力学性能的影响,并与同类型整体现浇剪力墙进行了对比分析。结果表明:底部开缝后张拉预应力摇摆剪力墙结构具有一定的耗能能力,虽然相对于现浇剪力墙结构,其承载力较低,但变形能力较强,墙体损伤和残余变形较小,并且具有较好的自复位能力。     

底面受火预应力混凝土空心板耐火性能的有限元分析

在试验研究的基础上,为进一步认识高温下预应力混凝土空心板的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS建立了恒载升温条件下预制空心板的非线性有限元模型,对高温下预应力混凝土空心板的温度场进行数值模拟,有限元分析得到的预应力混凝土空心板孔洞内和板面的温度场分布与实测结果基本吻合;基于有限元分析得到的预应力混凝土空心板温度场分布结果,采用顺序耦合的方法对恒载升温条件下的预应力混凝土空心板进行了非线性热-力耦合分析,分析得到的位移—时间曲线与试验结果变化趋势一致。提出的有限元模型能较准确地预测预应力混凝土空心板火灾下的性能,有限元分析结果对进一步认识预应力混凝土空心板的耐火性能具有一定的指导意义。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

弯曲破坏型钢筋混凝土桥墩地震变形成分及影响因素

钢筋混凝土桥墩拟静力试验表明,弯曲破坏型桥墩墩顶位移主要由弯曲变形、滑移变形成分构成。为进一步探讨地震荷载作用下弯曲破坏型桥墩地震变形成分及其影响因素,首先基于Lehman以及李贵乾的桥墩试件拟静力试验,利用OpenSees平台采用纤维梁柱单元模型附加零长度截面单元对试验滞回曲线和墩顶变形成分进行数值模拟;其次建立原型桥墩数值模型,考虑近断层和远断层地震动进行了非线性动力时程分析,探讨了最大侧移角、位移延性系数等结构反应参数,以及剪跨比、纵筋配筋率等构件特征参数对桥墩地震变形成分的影响。结果表明,墩顶总位移中纵筋粘结滑移成分随最大侧移角和位移延性的增大而增大,随剪跨比和纵筋配筋率的增大而减小。考虑纵筋粘结滑移的数值模型与仅考虑弯曲变形纤维梁柱单元模型相比,将增大桥墩的地震位移反应。     

受火钢筋混凝土柱三维温度场的数值模拟

受火构件内部温度场随时间和空间的变化规律对结构和构件的高温响应和抗火性能是至关重要的。应用通用有限元分析程序ABAQUS,对火灾下钢筋混凝土柱的二维温度场和三维温度场进行了有限元分析计算。所得计算结果与相关试验数据吻合,证明了通过通用有限元软件对钢筋混凝土结构进行三维温度场分析的可行性,也为混凝土结构在高温下以及高温后的三维响应分析提供了理论依据。     

火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。     

粘弹性地基上钢筋混凝土方板在低速撞击下的动力响应分析

针对工程中所遇到的撞击问题,在事先仅知道初速度的情况下,研究分析了半无限线性粘弹性地基上的钢筋混凝土方板受低速刚体撞击时的动力响应问题。与高速冲击问题中板结构发生局部破坏的情况不同,低速撞击下板结构发生的是整体响应破坏,因此计算时主要考虑结构的整体响应,但仍须考虑撞击局部损伤影响。建立了局部变形和整体响应间的关系模型,根据该模型推导出钢筋混凝土方板在低速撞击下位移响应w(x,y,t)和撞击反力p(t)的表达式,并结合算例讨论了粘弹性地基对计算结果的影响。     

预制空心板受火后力学性能的试验研究

为比较不同受火时间后预制空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,进行了6块预制空心板受火后力学性能的对比试验研究,其中3块为未受火的对比试件,另3块为板底分别受火23、38、53min的试件。受火试验结果表明,各试件在升温过程中的跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后,跨中挠度大部分可恢复。加载试验结果表明,对比试件和受火试件的最终破坏模式均为弯曲破坏;随着受火时间延长,试件开裂荷载和破坏荷载均有所降低,且破坏荷载与受火时间大致呈线性关系;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,相同荷载作用下,受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变,均明显大于对比试件。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

建筑结构抗火性能研究回顾及展望

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌 ,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力 ,必须进行建筑结构抗火分析和设计。各国学者对建筑结构抗火性能进行了大量研究 ,取得了丰硕的成果。本文简要介绍火灾科学的产生及发展的进程 ,重点回顾建筑结构抗火性能研究的进展 ,进而对今后发展进行了展望。     

预应力混凝土结构抗火设计构造措施分析

预应力混凝土结构在火灾下的抗火性能可以通过理论计算得到保证，但是如果预应力混凝土结构的构造措施不合理，也将大大降低结构的抗火性能，甚至引起预应力失效。通过非线性有限元计算讨论了保护层厚度和防火涂料对结构抗火性能的作用，并对规范要求的保护层厚度进行了分析，最后对锚固区的耐火设计提出了建议。     

碳纤维加固钢筋混凝土板耐火性能试验研究

对5块钢筋混凝土板(分别为未加固、采用有机胶或无机胶粘贴碳纤维加固、采取或不采取防火保护措施)进行标准火灾试验,得出了不同种类的胶粘剂和是否采取防火保护措施对高温下碳纤维加固钢筋混凝土板的破坏形态、跨中变形、耐火极限等的影响。试验结果表明:即使未采取任何防火保护措施,无机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板仍具有较好的耐火性能;未采取防火保护措施的情况下,有机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板的耐火性能比较差;有机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板,采取适当的防火保护措施后,可有效降低碳纤维粘贴层的温度,从而保证碳纤维与混凝土的粘结强度。     

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。