基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路∗

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI 的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML 的基本原理,并通过对ML 在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP 增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML 的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN 方法能够有效解决FRP 增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。     

GHPFRCC框架梁抗火性能试验研究∗

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high?performance fiber?reinforced cementitious composites,GHP? FRCC)是在传统 ECC 基础上加入大掺量粉煤灰制成的一种新型绿色建筑材料。GHPFRCC 具有高延性特点,很适合用于框架梁、柱及节点,但 GHPFRCC 框架梁作为一种新型结构其抗火性能研究较少,为了探明 GHPFRCC 框架梁的抗火性能,进行 10 根 GHPFRCC 框架梁的耐火试验,研究荷载比、纵筋率、剪跨比等因素对火灾下 GHP? FRCC 框架梁的跨中挠度、温度场分布的影响。试验结果表明,火灾下 GHPFRCC 框架梁升温速度最快的是梁底面,速度最慢的是梁顶面;剪跨比为火灾下 GHPFRCC 框架梁破坏形态的主要影响因素;跨中挠度曲线近似线性下降,且剪跨比越大,跨中挠度下降斜率越大;纵筋率可有限提高 GHPFRCC 框架梁的抗剪承载力,箍筋对保证火灾下 GHPFRCC 框架梁的抗剪性能至关重要。     

约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析∗

对 CFRP 箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过 6 根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑 CFRP 纵筋与混凝土的粘结性能,建立了 CFRP 筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明：①CFRP 筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;②钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的 CFRP 箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP 箍筋的极限应变可取为 0.004;③CFRP 纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;④给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。     

FRP(钢绞线)加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP(钢绞线)加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明:加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP(钢绞线)加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。     

板缝嵌埋CFRP筋的组合石板受弯性能试验研究

在相邻条石板板缝间嵌埋CFRP筋并填入高强粘结材料,形成了一种新型的组合石板构件。开展了包含三板两缝的组合石板的受弯性能试验,研究了试件的破坏形态、受弯承载力、变形性能、石材及CFRP筋应变分布。试验结果表明,开裂前各条石板与CFRP筋及嵌缝材料变形一致,协同工作性能良好;达到开裂弯矩后,各条石板在跨中同一位置逐次开裂;开裂后由CFRP筋和嵌缝材料组成的增强带有效防止了石板的塌落。基于试验结果,分析了组合石板开裂前后的不同受力机制。研究成果可为新型组合石板的进一步研究及既有石板楼盖的鉴定加固提供参考。     

基于准平面假定的内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁刚度研究

宽缺口混凝土梁是为研究CFRP筋与混凝土界面特性而构造的一种新型混凝土梁,为分析该新型梁加固后的变形与刚度特性,在完成了16根内嵌CFRP筋加固各类混凝土梁静载试验,并详细量测和研究其变形刚度的基础上,基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定,根据传统的钢筋混凝土刚度研究理论,在充分考量CFRP筋的刚度贡献的前提下,对内嵌CFRP筋加固的宽缺口混凝土梁的刚度的计算公式进行了理论推导,并将理论公式的计算结果与实测结果进行了比对。研究结果表明:与对比梁相比,内嵌CFRP筋材加固的宽缺口混凝土梁和内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁的刚度有小幅度提高,内嵌的CFRP筋能有效延缓裂缝的发展,减小混凝土梁变形。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能北大核心CSCD

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

内压作用下纤维混凝土预应力安全壳破坏机理研究∗

核电厂安全壳作为防止核放射性物质泄漏的最后一道屏障,提升安全壳的承载力尤为重要。大量研究显示纤维混凝土在力学性能、耐久性等方面具有显著优势,为了探究纤维混凝土在安全壳结构上的适用性并准确描述内压作用下纤维混凝土预应力安全壳的破坏机理,利用ABAQUS 有限元软件,建立钢纤维、钢聚丙烯纤维、钢聚乙烯醇纤维增强安全壳精细化模型,施加内压荷载进行有限元分析。结果表明：(1) 纤维混凝土安全壳破坏机理及变形规律与普通混凝土安全壳类似,混凝土中不同纤维的掺入均能有效延缓混凝土裂缝出现的时间,抑制裂缝开展的速度,减少钢衬里塑性损伤,大幅提升安全壳的极限内压。(2) 钢纤维具有最佳的增强效果,但恶劣的服役环境下混杂纤维值得优先考虑。(3) 局部替换纤维混凝土尤其是洞口区域附近,更有利于保持安全壳结构经济性与安全性的平衡。     

带斜筋单排配筋L形截面剪力墙低周反复荷载试验研究

将多层住宅剪力墙中的一部分钢筋布置成斜向钢筋,可改善单排配筋剪力墙的结构性能,增强其抗剪切性能,提高其抗震能力。为研究此种配筋方式的L形截面剪力墙抗震性能,分别对单排配筋混凝土L形截面剪力墙模型和带斜筋的单排配筋混凝土L形截面剪力墙模型进行低周反复荷载试验,对比分析两者的承载力、延性、刚度、滞回特性、耗能能力及破坏特征,研究斜筋对改善单排配筋L形截面剪力墙抗震性能的效果。结果表明,合理布置斜筋可以显著提高单排配筋L形截面混凝土剪力墙的承载力、延性和耗能能力,使其能更好地满足多层住宅结构的抗震要求。     

酸溶液、冻融循环及其耦合作用下玄武岩-纤维筋耐久性试验

进行了3种不同直径玄武岩纤维(BFRP)筋在酸溶液、冻融循环及其耦合作用下耐久性试验,分析环境类型及作用时间对其弹性模量、抗拉强度的影响。结果表明:3种不同直径BFRP筋在酸溶液、冻融循环及其耦合作用下,直径6mm BFRP筋抗拉强度降低分别最多达33.9%、10.5%、31.1%,直径8mm BFRP筋抗拉强度降低分别最多达29.2%、6.9%、28.6%,直径10mm BFRP筋抗拉强度降低分别最多达10.2%、14%、10.2%;耦合作用下直径6、8mm BFRP筋与环氧树脂基体界面受破坏程度大于单因素环境,直径10mm BFRP筋受其影响不明显;3种不同直径BFRP筋在自然环境下其弹性模量变化范围为46.2±1GPa,在酸溶液、冻融环境及二者耦合作用下其弹性模量变化范围为46.5±1.5GPa,上述环境对3种不同直径BFRP筋弹性模量影响偏差在0.44%~1.67%之间;冻融循环作用下,3种不同直径BFRP筋在Lemaitre应变等价原理方面具有一定精度。     

箍筋间距对RC梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究∗

箍筋间距对钢筋混凝土梁的裂缝开展及剪切延性有重要影响,但对其抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少.采用三维细观数值模拟方法,建立了钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型,研究了箍筋间距及配箍率对钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律,并重点分析了箍筋间距对钢筋混凝土梁剪切延性及尺寸效应的影响.研究结果表明:箍筋间距对剪切破坏模式及抗剪强度的影响不大,主要影响钢筋混凝土梁的剪切延性;减小箍筋间距可以有效抑制梁的脆性行为;箍筋增大梁的抗剪承载能力,同时削弱梁抗剪强度尺寸效应.此外,将模拟结果与所提抗剪强度尺寸效应理论公式进行对比分析,验证了所提公式的适用性与准确性.     

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。     

预制混凝土柱与独立基础浆锚连接抗震性能研究∗

为研究预埋波纹套管内预制混凝土柱与独立基础浆锚连接试件的抗震性能,进行了 6 个预制装配式柱和 1 个现浇柱的拟静力低周循环往复荷载试验。试验重点研究了柱纵筋锚固长度、轴压比、柱底纵筋局部脱黏(柱底锚固纵筋 5 倍直径范围内)对预制柱抗震性能的影响。结果表明：柱纵筋锚固长度为 10d 时(d 为钢筋直径),基础发生了开裂破坏,随着锚固长度的增加,破坏形态由基础开裂破坏变为柱脚弯曲破坏;为使预制柱与现浇柱的抗震性能相当,柱纵筋最小浆锚长度不宜小于 20d;轴压比一定时,对柱纵筋进行局部脱黏处理,可改善试件的延性及耗能能力。柱纵筋锚固长度一定时,随着轴压比的增加,试件的水平极限承载力及刚度均增大。     

FRP约束钢骨高强混凝土短柱抗剪承载力计算

主要研究FRP(纤维增强复合材料)约束SRHC(钢骨钢筋高强混凝土)构件的受剪承载力计算方法。在已有SRHC构件试验结果分析的基础上,进一步研究了CFS(碳纤维布)约束后SRHC构件斜截面的受力特点及其影响因素;根据CFS与箍筋类似的受力分析,给出了CFS约束SRHC柱斜截面受剪承载力计算公式。计算结果表明,CFS约束SRHC柱的受剪承载力比SRHC柱的受剪承载力有所提高。由于CFS的作用相当于箍筋,而其应变略大于钢筋的应变,所以对内部混凝土的约束效果较好,因此本文该简化计算方法偏于安全,可供今进一步研究以及工程设计参考。     

玉树7.1级地震学校建筑震害分析

2010年4月14日青海省玉树县发生了Ms7.1级地震,造成了大量学校建筑的严重破坏甚至倒塌。通过对玉树地震学校建筑震害的调研,进行了不同类别建筑结构震害指数与破坏机理的研究。研究结果表明,震害指数由低到高的结构依次为混凝土框架结构、实心砖混结构、砖木结构、空心砖混结构和土木结构。混凝土框架结构要严格按照强柱弱梁的抗震概念进行设计,加强填充墙与框架柱的连接;实心砖混结构、空心砖混结构应设置构造柱、圈梁、预制楼板拉结筋,增强房屋抗倒塌能力;空心砖混结构还要在砌块内腔配置足量的钢筋,提高砂浆强度;土木结构、砖木结构应从建筑材料、构造措施等方面予以加强。要研究适合当地特色的新型结构抗震体系,提高结构的抗震性能。     

智能组件技术在智能变电站中的应用

预应力混凝土板因具备自重轻、跨度大等特点,广泛应用于建筑结构和桥梁结构中。但是,当这种结构受到火灾荷载作用时,其承栽能力就会大幅下降。在高温下,混凝土和预应力筋的力学性能都会劣化,进而造成板的大挠度变形甚至破坏。本文对后张无粘结简支预应力板建立了数值分析模型,其中混凝土和预应力筋采用实体单元模拟,受力筋和分布钢筋采用桁架单元模拟。模型中材料的力学特性和热工特性参数取自文献[15]。采用文献中的试验结果验证了该数值模型的可靠性,并进一步研究了混凝土受热膨胀系数、板的不同区域受火和不同的火灾场景等因素对火灾荷载作用下后张无粘结预应力混凝土简支板的挠度以及预应力的影响,得出了初步结论。     

“绿色”纤维增强水泥基复合材料的研究及发展

纤维增强材料对于改善水泥基材料的韧性和抗冲击性、大幅度提高混凝土的断裂能、防止混凝土发生脆性破坏具有重要意义;而"绿色"纤维在提高混凝土结构安全性的同时,具有环保、节能、利废、可降解再生等特性。本文介绍了"绿色"纤维的分类,分析了"绿色"纤维增强水泥基材料的特点,总结了"绿色"纤维在水泥基材料中应用、研究的进展。指出:"绿色"纤维与水泥基材料复合,适应循环经济和建材行业可持续发展的要求,是未来纤维增强水泥基复合材料发展的主要方向。     

兼具抗冲击与多向耗能功能的阻尼器力学性能研究

研发了一种兼具抗冲击与多向耗能功能的新型阻尼器。该阻尼器可与抗风支座联合设置,应用于大跨桥梁以满足抗风、抗震的性能需求;应用于高铁桥梁可同时保证桥梁和行驶中列车的安全。介绍了其基本构造及工作机理。通过冲击试验验证了其稳定的抗冲击性能。通过控制加载频率、位移幅值、环境温度等参数对阻尼器的主要性能进行了试验研究,试验结果表明该阻尼器的滞回曲线饱满,耗能能力较好,属于速度相关型阻尼器;该阻尼器的力学模型可采用Maxwell模型进行描述,给出了相关参数的计算公式,计算结果与试验结果较吻合。阻尼液的粘度是影响耗能性能的重要因素,需选用温度稳定性好的粘滞材料。