HPFL-粘钢加固RC空间框架梁对结构抗倒塌性能影响数值分析

高强钢绞线-聚合物砂浆(HPFL)-粘钢加固法能够有效改善既有结构性能,提高结构的承载力能力。结合框架抗倒塌性能试验结果,在验证了ABAQUS有限元模拟的准确性和可靠性的基础上,建立了HPFL-粘钢加固RC空间框架梁的实体有限元模型,研究了该加固方法对结构抗连续倒塌性能影响,并系统的分析了钢绞线直径、钢片强度及聚合物砂浆强度等参数对加固后框架抗倒塌性能的影响。研究表明:加固后的框架模型抗倒塌能力显著增强。同时,由于钢绞线穿过梁柱节点,有较强的锚固作用,明显影响倒塌指标和加固效果;钢片延迟了裂缝的出现和发展,在梁机制阶段起到的作用最大;聚合物砂浆增强钢绞线与原结构的粘结和传力作用。     

低速冲击下高强钢绞线网-高性能砂浆加固钢筋混凝土梁试验研究

研究了高强钢绞线网-高性能砂浆加固钢筋混凝土梁的抗低速冲击性能,利用落锤冲击试验法对4根简支钢筋混凝土梁进行对比试验研究,其中1根为普通梁,3根为加固梁,通过分析加固前后梁的破坏形态,结合挠度变化、钢筋的应变以及加速度的时程曲线,对比得到了钢筋混凝土梁加固后的抗冲击性能。研究结果表明：加固后钢筋混凝土梁的抗冲击能力显著提高,钢绞线和砂浆作为外加层,不仅增加了梁的抗弯剪能力和刚度,提高了结构的耗能能力,而且限制了裂缝的发展,使梁的整体性和延性更好;在相同冲击作用下,钢绞线直径的增加能适当提高结构的抗冲击性能。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

聚合物砂浆嵌缝加固石墙灰缝抗剪性能研究

根据条石砌筑石墙的砌筑和构造特点,提出了采用聚合物砂浆对石墙进行嵌缝抗震加固的方法。通过对12片聚合物砂浆嵌缝加固的双剪试件和12片有垫片干砌甩浆砌筑的对比试件进行抗剪性能试验研究,探讨采用聚合物砂浆嵌缝加固对石墙通缝抗剪承载能力的提高效果,分析不同砂浆强度、不同压应力水平下的嵌缝加固情况。试验结果表明,聚合物砂浆嵌缝加固能有效提高石墙灰缝的抗剪承载能力和剪切变形能力。在低砂浆强度、低压应力水平的情况下,其加固效果更明显。在试验的基础上,提出了聚合物砂浆嵌缝加固后石墙通缝的抗剪强度计算公式,计算值与试验值吻合良好。本文提供的内容可供石墙抗震加固研究和工程应用借鉴参考。     

灌浆套筒连接装配式剪力墙爆炸响应及参数分析

为了研究采用灌浆套筒连接装配式剪力墙结构的抗爆性能,应用显式动力分析软件LS-DYNA建立了现浇剪力墙和装配式剪力墙的有限元模型,对不同爆炸荷载下剪力墙的破坏形态和动态响应进行了模拟分析;扩充影响参数范围,进一步研究了墙体厚度和混凝土强度等级等因素对装配式剪力墙结构抗爆性能的影响。数值分析表明:对于装配式剪力墙,由于坐浆层处存在新旧混凝土的薄弱粘结面,爆炸作用下首先发生破坏,爆炸应力波聚集于坐浆层周围的墙体内部,导致局部发生脆性破坏;现浇剪力墙刚度分布比较均匀,爆炸作用下背爆面的混凝土首先被拉裂,最终发生弯曲破坏;增加墙体厚度、提高混凝土强度等级和改变炸药爆炸位置均可改善装配式剪力墙的抗爆性能。     

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。     

双层钢箱-混凝土组合墩双向拟动力试验研究

双层钢箱-混凝土组合墩具有强度高、延性好、抗震及抗爆性能优越等特点,是一种理想的可满足"多灾害防御"理念的桥梁墩柱形式。本文主要考虑钢管壁宽厚比、截面长宽比和长细比等参数,进行了3根双层钢箱-混凝土组合墩的双向拟动力试验研究,并基于Opensees平台,考虑界面粘接、钢板屈曲等的影响进行了此类墩柱的非线性动力时程响应分析,综合来考察其在地震作用下的加速度响应、位移响应、滞回特点及耗能能力。结果表明:双向地震动作用下,双层钢箱-混凝土组合墩柱的墩底出现钢板屈曲、开裂和混凝土压碎等现象,破坏时墩底出现塑性铰;墩柱两个方向的滞回曲线均比较饱满,表明钢箱-混凝土组合墩柱总体具有较好的滞回耗能能力;模型墩柱的加速度与位移响应计算结果与实测结果吻合较好,表明基于带塑性铰的纤维梁单元可以较好地预测双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震性能。本文研究可为双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震设计和工程应用提供参考。     

外包钢套加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能评估与参数分析

基于《公路桥梁抗震设计规范》“两阶段”设防原则,采用SAP2000有限元软件建立震损加固桥墩数值模型,通过构建与设防水准地震相匹配的结构性能水准,选取基底剪力和墩顶位移作为结构性能评价指标,建立基于能力需求比的双层高架桥墩抗震性能评估流程,从抗震性能和损伤修复效果角度,对外包钢套含钢量和强度的影响进行分析。研究结果表明,中度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了76.72%、62.93%,重度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了62.98%、51.94%;当外包钢套含钢量ρ<0.98%时,重度损伤加固试件基底剪力能力需求比呈负向增长,承载能力修复效果不理想;当外包钢套含钢量ρ>2.08%时,中度损伤及重度损伤加固试件墩顶位移能力需求比提高率大于基底剪力,此时变形能力修复效果优于承载能力;提高外包钢套强度显著增强了中度损伤和重度损伤加固试件承载能力,但变形能力基本不提高。     

带裂缝重力坝并缝效果研究

运用有限元混合法，研究了带缝重力坝的应力和变形性态，详细讨论了带缝重力坝的并缝问题，发现并缝对改善带缝坝体的受力状态效果明显，特别是自缝顶沿缝深度实施多点并缝，其水平位移基本接近于整体呗，并缝后坝体的控制应力由缝底转换到缝顶。控制应力特别是拉应力明显减小，但并缝导致缝顶应力集中，需要在缝顶周围采用高强混凝土，同时并缝的作用是有限的，它只能作为带缝坝补救措施，而不能取代灌浆。     

底框上部砌体结构抗爆性能研究

在GSA标准分析法基础上提出两阶段分析法,采用ANSYS/LS-DYNA建立了一个7层底框砌体结构的三维有限元模型,对爆炸荷载作用下底框砌体结构连续倒塌过程进行模拟。根据爆炸荷载引起的结构局部性破坏,对局部采取适当的防爆抗爆措施防止结构的连续倒塌。通过改变砌体材料的强度等级、纵向配筋率、粘贴玻璃纤维复合材料、粘贴钢板、柱网尺寸、墙体开洞以及底框层数,得到底框砌体结构在爆炸荷载作用下的响应规律和破坏情况以及结构墙体中砌体材料、钢筋的应力和位移随时间的变化规律,为底框砌体结构的防爆设计提供理论基础和有价值的参考数据。     

冲击爆炸作用对核电站安全壳毁伤效应研究的进展

核电站破坏后放射性燃料泄露带来的灾难性后果,使得核电站特别是核反应堆成为军事打击和恐怖袭击的重要目标之一。本文分析总结了核反应堆安全壳因弹体和飞机的冲（撞）击爆炸导致受损所涉及的关键科学问题的国内外研究进展,指出核安全壳体防护效能的研究重点主要在于：弹体＂侵彻（贯穿）＋爆炸＂作用对双层钢筋混凝土和内衬钢板复合核安全壳结构的毁伤效应;综合考虑安全壳体结构、混凝土材料模型、飞机质量与刚度分布、撞击速度和位置、加载面积等因素影响的大型商用飞机撞击核安全壳全过程的精细化数值模拟;冲击爆炸与火荷载多灾场耦合作用下钢筋混凝土核安全壳的损伤破坏机理。     

基于Reinforcing Steel本构的高强钢筋混凝土柱纤维模型研究

为了研究HTRB630E级高强钢筋的基本力学参数和疲劳性能,本文进行了应变等幅低周疲劳性能试验,并将试验结果与HRB400级钢筋的结果进行了对比分析。首先,基于应变等幅低周疲劳试验数据点,对OpenSees程序中Reinforcing Steel材料本构的疲劳参数C_f、C_d和α进行拟合,然后采用拟合的Reinforcing Steel材料本构疲劳三参数,基于OpenSees软件对钢筋混凝土柱有限元纤维模型进行数值模拟,最后将数值结果与试验柱结果对比分析。结果表明:拟合的疲劳三参数对有限元纤维模型有优化效果,为配置HTRB630E级高强钢筋混凝土结构数值纤维模型提供参考。     

型钢高强混凝土柱抗震性能的试验研究

通过14根型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验，得到了型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的主要破坏形态，并探讨了剪跨比、配箍率、混凝土强度对型钢高强混凝土柱滞回曲线、耗能能力以及延性的影响。试验结果表明，型钢高强混凝土柱具有抵御二次地震作用的能力，其抗震性能优于钢筋混凝土柱。     

高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能研究

为探讨高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能,基于大型有限元程序ABAQUS,结合UHPC、NC和高强钢筋材料本构关系,校准损伤塑性模型中相关参数,建立高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震有限元模型。通过与3个NC柱和3个UHPC柱拟静力试验结果对比,验证分析模型的有效性。在此基础上,进一步探讨轴压比、纵筋直径、纵筋强度、箍筋间距和UHPC高度等敏感参数对高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能的影响。结果表明,高强钢筋增强UHPC-NC组合柱位移延性系数随轴压比、纵筋直径和箍筋间距的增大而降低,随纵筋强度和UHPC高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的趋势,合适的UHPC替换高度能充分发挥高强钢筋和UHPC材料特性并取得良好的经济性。     

高强钢筋ECC-RC复合桥梁地震易损性分析

考虑高强钢筋、ECC等高性能材料在桥梁工程中的推广应用,针对普通钢筋混凝土桥墩抗震性能相对较差的情况,研究高强钢筋ECC-RC复合桥墩的桥梁抗震性能。通过OpenSees平台建立普通RC桥墩桥梁、ECC-RC复合桥墩桥梁及高强钢筋ECC-RC复合桥墩桥梁非线性有限元模型,采用增量动力法和"能力需求比"分析方法建立桥梁各构件及系统的地震易损性曲线,探讨高强钢筋及ECC对桥梁抗震性能的影响。研究表明:ECC-RC、高强钢筋ECC-RC复合桥墩及其桥梁系统的地震易损性均有改善,且高强钢筋ECC的改善效果更显著,高强钢筋ECC-RC复合桥墩支座的地震易损性有所降低,高强钢筋及ECC的应用有助于提高桥墩和桥梁系统抗震性能和安全性,特别是在中震及大震作用下这一现象更加明显。     

横向预应力约束加固混凝土结构抗震性能研究进展

本文阐述了横向预应力约束加固技术在混凝土结构加固领域应用中的重要意义,并介绍了预应力钢板箍加固技术、预应力纤维片材加固技术、预应力钢绞线（钢丝绳）加固技术、形状记忆合金加固技术等横向约束加固方法在提高混凝土构件抗震性能方面的研究进展,为混凝土结构加固设计、施工和实际加固改造提供应用参考。     

钢纤维高强混凝土框架边节点梁的曲率延性

进行了9个钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震试验.通过测试钢纤维高强混凝土框架边节点梁端的荷载-变形滞回曲线和梁相关截面的横向变形,研究了钢纤维体积率、掺加范围和轴压比等因素对高强混凝土框架边节点梁截面曲率延性和滞回曲线的影响.结果表明,钢纤维能改善高强混凝土框架边节点梁截面延性,显著提高高强混凝土框架节点的抗震延性和耗能能力,对解决节点箍筋密集、改善施工条件具有明显效果.     

爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应研究现状

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称"FRP"）具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳和低导热系数等优点,现已广泛应用于土木工程各领域。针对FRP约束钢筋混凝土结构的抗爆性能,通过综述近年来国内外爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应的研究现状及进展,表明FRP材料的约束对钢筋混凝土结构的抗爆性能有显著的提高作用。此外,从相关理论研究、试验研究和数值模拟3个方面介绍了主要成果。针对现有成果,对爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应研究提出了需要进一步研究和解决的问题,可为后续研究提供一定的参考。     

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

课题组搜集186根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据,得到相关统计参数,选用JC法并利用MATLAB软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明:高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大;随着荷载效应比的增大,可靠指标呈现出先增大后减小的趋势;可靠指标随钢筋强度的提高而减小,随混凝土强度提高而增大;随着配筋率的增大,可靠指标逐渐减小,高配筋率对轴压构件不利。