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[硕士论文] 吕飞
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:套筒灌浆连接是装配式建筑中混凝土构件之间钢筋连接的一种重要方式,其连接性能直接影响到装配式建筑的质量。通过正交试验研究配制了套筒连接用灌浆料,从灌浆料、钢筋锚固深度和套筒类型方面对半灌浆套筒的连接性能进行了试验与分析,并对试件套筒表面应变的变化规律进行了分析,主要研究内容和成果如下:
  以胶砂比、硅灰、减水剂、HCSA高性能混凝土膨胀剂、粉煤灰为设计因素,进行了正交试验,通过对试验结果进行极差分析,得到了相关因素对灌浆料的流动度、抗压强度、竖向膨胀率的影响规律,经过优化确定灌浆料的最佳配合比。
  以灌浆料、钢筋锚固深度和套筒类型为参数变量设计了半灌浆套筒连接件,进行单向拉伸试验。结果表明:灌浆料的膨胀率一定程度上可以弥补抗压强度的不足;当连接件的钢筋锚固深度为5倍钢筋直径时,试件的极限抗拉强度满足《钢筋机械连接技术规程》JGJ107中的规定,优于《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355中钢筋锚固深度宜满足8倍钢筋直径的要求,说明使用配制灌浆料的连接件具有较大的安全设计冗余;试验中出现了钢筋断裂破坏、钢筋拔出破坏和钢筋滑丝破坏三种破坏模式。
  通过在连接试件的套筒表面贴上纵向与横向应变片,记录了套筒表面的应变变化规律。在同一参数变化下,对试验试件表面应变变化进行了分析。
[硕士论文] 王若男
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:由于静态破碎剂的主要原料成本低、来源广、施工简单,应用过程中无噪音、无飞石等优点十分明确,因此其应用广泛,对于某些破碎工程,尤其是一些局部破裂的工程,要求静态破碎剂能获得良好的破裂效果。
  文章总结分析了国内外的研究,理论分析静态破碎剂破碎机理和导向装置的作用原理,测定静态破碎剂的膨胀性能,并进行混凝土梁的定向静态破裂试验,分析混凝土梁的破裂形态和应变变化,研究混凝土梁的破裂规律。
  试验使用两种不同水温、气温进行静态破碎剂膨胀性能试验。其中气温为6.2℃水温为24.2℃的温度-时间曲线变化最缓慢,但体积膨胀率为最大3.91,而气温为12.5℃水温为303℃的温度-时间曲线变化最快;气温为12.5℃水温为24.2℃的试验最高温度为最大,达241.9℃。试验中,气温或水温的增大均发生喷孔现象。
  混凝土梁定向破裂试验中,混凝土梁的尺寸均为1100mm×250mm×200mm,设置为无导向装置和有定向切缝钢管两组试验,每组试验分别采用全部孔均灌药和隔孔灌药两种方式进行混凝土梁定向破裂试验。试验表明,梁的初始裂缝总是在混凝土梁的最外侧发生;对于无导向装置、隔孔灌药的梁,部分灌药孔周围裂缝与单孔混凝土试块裂缝扩展相似,梁最终生成多条不同向的主裂缝并将其破裂成多个分离体;而有定向切缝钢管或者全部孔均灌药的三个梁,一般生成一条横向的贯穿药孔的主裂缝和2条纵向发展的次裂缝,梁最终破裂成不完全分离的3、4块;其中,全部孔均灌药的方式下,不使用导向装置的梁的主裂缝宽度为最大,达41.6mm,使用定向切缝钢管的梁的主裂缝宽度为最小,达30.1mm。
  由应变曲线分析,距离裂缝开裂位置较远的应变片数值一般趋于水平,变化值较小,较近的应变片一般受拉力作用,应变值会快速增加后降低;其中无导向装置、隔孔灌装药的梁的纵向测点应变值变动最多,与裂缝的发展对应。
  试验结果表明,无导向装置、隔孔灌药的混凝土梁裂缝方向是无法预见的,其破裂效果最差,而有定向切缝钢管或者全部孔均灌药的梁的主裂缝的方向是可以预见的,次裂缝数量少宽度较小,定向破裂效果较好。其中,全部孔均灌药的梁比隔孔灌药的梁定向破裂效果好,有定向切缝钢管的梁比无导向的梁定向破裂效果好。
[硕士论文] 禹永平
土木工程;结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:预应力混凝土构件在使用过程中,不但要承受外力的作用,而且还要受到有害化学物质的损伤,加上结构自身性能的退化,很多的预应力混凝土结构出现了不同程度的病害情况,主要体现在裂缝过大,挠度不断增加等,使得许多的钢筋混凝土结构的承载能力达不到要求。
  钢筋锈蚀与冻融循环破坏是影响混凝土结构可靠性的两个极其主要的因素,因此研究钢筋锈蚀与冻融循环损伤下的预应力混凝土构件的安全可靠性就显得尤为重要。国内外对结构单个因素损伤下的可靠度研究相对较多,而对于耦合损伤下的结构可靠度研究较少,尤其是预应力混凝土构件在耦合损伤下的相关研究就更少。本文基于课题组开展的无粘结预应力混凝土梁的预应力筋锈蚀与冻融循环耦合损伤试验,并且结合已有的研究成果,研究钢绞线锈蚀与冻融循环耦合损伤下预应力混凝土梁安全可靠性。主要研究内容为:
  ①可靠性基本理论研究。主要论述了可靠性的基本概念、可靠性的发展方向、可靠性的评估方法、可靠度的基本原理、可靠度的计算方法。着重讲解了JC法以及蒙特卡洛法计算可靠指标的原理及步骤。
  ②重点介绍了课题组开展的相关试验,包括:无粘结预应力混凝土梁的钢绞线锈蚀试验、冻融循环损伤试验和钢绞线锈蚀与冻融循环耦合损伤试验。然后根据试验结果,揭示了损伤后的构件有效预应力与锈蚀率、冻融循环次数以及二者耦合的关系,根据数据处理软件分别拟合出了相应的函数模型,拟合效果较好,可以为承载能力极限状态损伤后的结构抗力研究做基础。
  ③介绍了预应力筋锈蚀与冻融循环耦合损伤后的预应力梁的静载试验,根据试验结果,发现冻融循环后的梁体的破坏随着冻融循环次数的增加逐渐变为超筋破坏特征,钢绞线锈蚀后的梁体破坏随着锈蚀率的增加逐渐变为少筋破坏特征。
  ④耦合损伤下预应力混凝土梁承载能力极限状态可靠性研究。统计了荷载效应概率模型,分析了耦合损伤下构件混凝土及钢筋的力学性能指标与锈蚀率和冻融循环次数的关系,据此推导出了含有锈蚀率和冻融循环次数的构件抗弯抗力表达式,然后建立了含有损伤因素的承载能力极限状态功能函数,给出了采用JC法求解可靠指标的程序流程。运用JC法对本试验中16根损伤梁体进行了可靠度计算及分析,验证了本章所推导的损伤下的可靠度计算公式,分析了可靠指标随着锈蚀率和冻融循环次数变化的规律,分析表明耦合损伤对结构可靠性的影响要大于单一因素叠加作用下的影响。
  ⑤耦合损伤下预应力混凝土梁正常使用极限状态可靠性研究。把结构构件的最大裂缝宽度和最大挠度作为可靠性研究的对象,推导得到含有损伤因素的预应力混凝土梁最大裂缝宽度以及最大挠度的计算公式,建立了以规范规定的限值作为构件的抗力,以最大裂缝宽度和挠度作为荷载效应时的结构功能函数,把功能函数中每个参数都看作随机变量,引入采用蒙特卡洛法求解结构失效概率的方法,这样就解决了把规范规定的限值当作常量的问题,并且给出了计算步骤。
[硕士论文] 陶盼盼
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:钢管混凝土结构是继钢筋混凝土结构后又一种新型的钢与混凝土的组合结构,其是由混凝土填充到钢管中的结构。在钢管混凝土结构中,钢管与混凝土相互作用,钢管提高了混凝土的延性和塑性,而混凝土提高了钢管的稳定性和抗压性。虽然钢管混凝土结构的优良性已经得到广泛应用,但关于其动态荷载下的力学性能仍处于探索阶段。本文为探究冲击荷载作用下不同参数对钢管混凝土力学特性的影响,设计了不同参数的钢管混凝土SHPB实验。同时利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,对SHPB实验进行模拟,并在此依据上设计了参数变量的延伸模拟。具体内容如下:
  1.阐述了SHPB实验的基本原理和两个前提假设,即一维假设和应力均匀假设,并在假设的基础上推导了二波法公式和三波法公式。对SHPB实验技术若干问题进行了分析讨论并提出了相应解决方法。设计了轴向冲击和侧向冲击两种冲击方向各4个钢管混凝土试件,其中,轴向冲击方向的参数变量为:2mm和3mm钢管壁厚、c30和c45混凝土强度等级;侧向冲击方向的参数变量为:2mm和3mm钢管壁厚、c30和c45混凝土强度等级。实验数据采用三波公式处理,轴冲方向分析钢管混凝土的应力应变曲线,侧冲方向分析钢管混凝土的力位移曲线。由实验结果知,相同冲击气压和混凝土强度等级下的钢管混凝土试件,钢管壁厚越大,钢管混凝土试件的抗压承载力越高;相同钢管壁厚和冲击气压下的钢管混凝土试件,混凝土强度越高,钢管混凝土试件的抗压承载力越高。
  2.进行了轴冲方向和侧冲方向钢管混凝土试件SHPB实验的数值模拟和参数变量的延伸模拟,详细介绍了有限元模型的建立,包括单元选取、接触定义以及材料模型的选取等。延伸模拟设计参数变量为:相同条件,不同钢管壁厚为2.5mm、3mm、4mm和5mm的钢管混凝土试件;相同条件,不同混凝土强度等级为c35、c40和c50的钢管混凝土试件。SHPB实验的数值模拟和数值延伸模拟结果分析对比后知:相同冲击气压和混凝土强度等级下的钢管混凝土试件,钢管壁厚越大,钢管混凝土试件的抗压承载力越高;而对于相同钢管壁厚和相同冲击气压下的钢管混凝土试件,混凝土强度等级越大,钢管混凝土试件的抗压承载力越高。且对比钢管壁厚和混凝土强度两种参数变量结果,知钢管壁厚对钢管混凝土承载力的影响大于混凝土强度对钢管混凝土承载力的影响。
[硕士论文] 李旺
土木工程;结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:二十世纪六十年代以来,继国内混凝土T形板、马鞍形双曲壳板、V形折板屋盖结构之后,一种新型梁板合一屋盖构件雁形板逐渐发展起来。工程实践证明,这是一种结构可靠、技术先进、经济指标好的建筑结构构件,具有很好的工程应用前景。
  由于《混凝土结构设计规范》更新,高强钢材特别是高强钢丝钢绞线的应用,需要对原有预应力雁形板标准图集进行修订,本文对新标准雁形板进行试验验证。
  采用有限元软件MSC.Marc建立雁形板YYBx.6-4分析模型,进行数值模拟分析。根据有限元软件分析结果得到:最大变形处在板跨中部分的两翼位置,变形46.53mm,小于L0/400=50.5mm的挠度限值,雁形板在X,Y,Z轴方向应力大部分为压应力,局部位置有拉应力。
  通过对标志跨度21m、标志宽度2m,选用C40混凝土、φH5消除应力螺旋肋钢丝的加肋型先张预应力混凝土雁形板YYBx.6-4进行均布水荷载试验,试验时两端采用砖垛支座以防试件侧倾,跨中无支撑,端部用砖封头齐雁形板顶面平,板面内铺厚塑料膜,分析研究了雁形板在每级水荷载作用下的力学性能变化,包括荷载—挠度关系、荷载—应变关系、跨中截面混凝土应变分布、位移增长速率大小、位移恢复速率大小、跨中截面测点应变增长速率大小、应变恢复速率大小、抗弯破坏机理、开裂荷载、极限承载能力等。其中需重视的一个问题是薄壁梁结构的屈曲破坏和稳定问题。
  理论计算,扣除自重作用后,开裂荷载为2.68kN/m,破坏荷载为5.76kN/m。采用水加载至4.418kN/m,约为使用荷载的2.5倍,未出现裂缝,表明雁形板处于弹性工作状态,卸载后变形全部恢复,验证了新设计标准图的正确性,可供新标准图评审验收参考依据。
[硕士论文] 俞楠
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:环向预应力钢绞线加固可有效提升混凝土柱的承载能力,且大幅改善其变形性能,是一种主动约束混凝土以提高构件抗压强度,并在一定程度上阻滞受压混凝土轴向裂缝产生与发展的加固方法,具有较好的应用前景。已有的研究成果大部分建立在小尺寸圆形柱以及方形柱的基础上,而关于构件尺寸及截面形状与加固效果的相互关系研究甚少。
  本文围绕以环向预应力钢绞线网加固的钢筋混凝土柱结构的轴压承载力和破坏形态,通过三种不同尺寸柱结构在相同侧向约束力的条件下的轴压试验研究,探讨了构件尺寸与柱结构加固效果的影响关系;并开展了不同长宽比矩形截面柱结构加固的轴压试验研究,探索了截面长宽比对加固柱的加固效果影响;最后基于Mander理论,提出了适用于环向预应力钢绞线网加固柱的核心混凝土计算公式以及轴向承载力计算公式。本文的主要研究成果如下:
  (1)尺寸效应研究结果表明,在相同的侧向约束力下,小尺寸、中等尺寸和大尺寸混凝土方形柱的强度比以及应变比几乎是相等的,表明构件尺寸对加固柱加固效果的影响不大,同时综合分析主筋应变、混凝土应变、箍筋应变以及钢绞线应变与轴向力的关系,论证了环向预应力钢绞线网加固柱强度提升机理是核心混凝土强度的增强。
  (2)截面形状效应研究结果表明,环向预应力钢绞线网对矩形截面混凝土柱同样具有明显的约束作用,大幅提升了构件的开裂荷载以及有效约束了裂缝的发展,同时发现加固构件承载力提升幅度随着长宽比的增加而下降。
  (3)破坏全过程非线性有限元分析结果表明,数值分析结果与试验结果在破坏形态、轴向承载力以及应力-应变曲线是基本吻合的,经参数分析得到,环向预应力钢绞线网的加固效果与钢绞线加固间距、预应力水平以及截面形状直接相关,并验证了在相同侧向约束力下,构件尺寸对于加固柱加固效果影响不大。
  (4)在此基础上,提出了HPSW加固柱轴压承载能力计算公式,并与试验结果对比,两者差值在5%以内。
[硕士论文] 高谦
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:基于电化学原理的电化学修复技术是钢筋混凝土耐久性修复重要方法,其中电化学除氯技术已经获得了较为广泛的应用。对钢筋混凝土结构进行耐久性修复,延长其使用寿命,并进行合理地耐久性评估已成为一个迫切需要解决的课题。
  目前对钢筋混凝土耐久性的研究主要通过Fick第二定律进行理论评估,但是Fick第二定律存在各种理论上的前提条件,这使得经典的Fick第二定律是不适用于实际工程的,尤其是本课题研究的电化学除氯处理引入外加电场的情况下。国内外诸多学者做了Fick第二定律的相关模型和修正,但是对电化学除氯处理的Fick第二定律的相关修正却未有报道。
  本文针对电化学除氯修复后钢筋混凝土结构微、细观的变化进行研究,对孔隙特征进行扫描,对其统计数据进行数值拟合并引入分形理论构建电化学除氯修复后的氯离子非均匀重分布特征和氯离子非均匀扩散系数分布规律,修正Fick第二定律,使其适用于电化学修复后钢筋混凝土的耐久评估。本文首先开展了电化学除氯的氯离子分布测试,利用快速氯离子浓度测试方法(RCT)测取氯离子的浓度,得到了各阶段各深度的实测氯离子浓度分布特征。其次开展了电化学除氯后钢筋混凝土试件内部孔隙结构的变化特征研究,分别采用电子显微镜(SEM)、混凝土气泡分析仪(TR-AHS)来从微观角度和细观角度去统计电化学除氯前后试件的内部空隙结构变化特征;利用X射线荧光光谱仪(XRF)分析电化学除氯对混凝土试件内部各区域的水化产物的影响,结合混凝土水化反应和孔隙结构的相关研究得出的二者的相关关系,探明电化学除氯对试件内部孔隙结构特征的影响。试验证明,电化学除氯会影响孔隙结构的分布特征,进而影响混凝土氯离子扩散性能。最后引入了分形理论,利用混凝土气泡分析仪(TR-AHS)获取的孔隙数据,求得各试验组各阶段试件横断面的分形维数,利用分形维数D来表征混凝土内部孔隙结构的分布特征(复杂程度)。结合混凝土氯离子扩散系数测定仪(RCM)测得的各试验组各阶段的扩散系数Da,进行数值拟合,得到分形维数和扩散系数的拟合公式。
[硕士论文] 杨金亮
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在广大的西南地区,地形复杂多变,而山地掉层框架结构广泛的存在于这些山区。特别是四川、云南等大部分地区地震屡次的发生,对于修筑其上的建筑而言,其抗震性能研究的重要性就显得越来越突出。根据以往的经验,隔震技术和BRB加固技术对降低地震作用的影响均具有良好的效果。因此,将隔震技术和BRB加固技术引入到山地掉层框架结构,必将成为一种趋势。
  本文以OpenSEES数值模拟为研究手段,山地掉层结构为研究对象,进行了隔震支座的模拟,建立了一个非隔震模型、四个隔震模型及一个BRB加固模型,在罕遇地震作用下进行抗震性能研究:对隔震支座模拟的可靠性进行了分析;把非隔震模型与隔震模型、隔震装置类型不同的计算模型及隔震支座数量和位置不同的计算模型进行了对比;使用BRB对一个隔震模型进行加固,对加固后抗震规律进行了总结。具体研究内容如下:
  ①收集了LRB600铅芯橡胶隔震支座的试验数据,选取了FPB摩擦摆隔震支座,利用OpenSEES对两种隔震支座的滞回曲线进行了模拟,对模拟的滞回曲线通过实验值和理论值来验证。
  ②总结了国内外模拟掉层框架结构的试验结果,验证了OpenSEES模拟掉层框架结构的正确性。通过SAP2000和OpenSEES对所建立计算模型进行了静力分析和特征值分析,对比了特征值分析的前10阶周期和静力分析的基底竖向反力。
  ③隔震支座阻断了地震动大部分能量传入到上部结构,且具有良好的耗能能力,因此隔震模型均表现出比非隔震模型较好的抗震效果。但上接地面布设隔震支座之后,上接地面对结构的约束变弱,结构水平平动,掉层部分楼层层间位移增大,故建议通过加设BRB来增加其刚度。
  ④LRB600的隔震减震性能优于所选FPB,这是由于LRB600具有更好的调节作用和耗能能力,也可以承担一部分楼层剪力。1层非接地跨数相对1层总跨数较少,在1层非接地柱加设隔震支座,层内刚度比变化不大,减震隔震效果尚不明确。
  ⑤因设置隔震支座之后掉层部分层间位移增大,参考相关文献BRB的布设方式,选取一个隔震模型对掉层部分和一层Y向布置BRB进行分析,分析得出BRB有增加结构抗侧刚度及屈服后耗能的作用,从而有效的减少了掉层部分和一层Y向层间位移。
[硕士论文] 计亲
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:目前,混凝土应力的超声尾波测试技术受到了国内外研究人员越来越多的关注,研究对象从最初的单向受拉试块逐渐扩展到受压试块和简单受力构件,其基本研究内容是建立尾波参数指标与特定混凝土应力场的对应关系。本文以钢筋混凝土工字梁为研究对象,对国家自然科学基金项目(批准号:51478072)的“时域信号与三点弯曲应力场变化关系试验测试”内容进行研究,提出了采用一阶信号参数表征应力变化的试验技术路线,设计并实施了钢筋混凝土工字梁三点弯曲应力场的超声尾波测试研究方案,在22个荷载等级下,对每一荷载等级各进行8组重复试验,在检验测试数据稳定性的基础上,编制有限差分格式算法程序,提取出尾波幅值变化的第一阶成分(线性成分),建立了工字梁尾波幅值一阶变化系数与各荷载等级的近似线性关系,分析了线性关系系数(斜率)的变异系数。主要研究工作如下:
  (1)针对混凝土应力场的超声尾波测试研究做了两方面的调研。首先调研尾波参数指标与混凝土应力变化相互关系的研究成果,然后调研差分算法,明确采用向前差分格式编制算法程序,在此基础上,提出采用测试数据一阶信号参数表征应力变化的技术路线,初步确定试验的测点布设、仪器参数设置和加载制式。
  (2)基于泰勒展开原理,编制了有限差分格式的MATLAB数据处理程序。以三点弯曲荷载等级为自变量推导的泰勒展开公式为基础,编制向前差分格式的算法程序,从均一化能量的角度分析尾波各阶(一阶至四阶)信号的能量比例,在检验展开阶次的合理性后,去除了高阶成分的影响,提取出尾波幅值一阶变化系数,进而建立其与应力的线性关系曲线。
  (3)工字梁三点弯曲应力场超声尾波时域测量模型参数的试验研究。首先,进行混凝土梁自重应力场尾波测试,从信噪比角度分析了试验数据的重复性,从能量幅值的角度检验了结果的稳定性。在此基础上,重点设计并实施工字梁三点弯曲应力场尾波测试试验,采集22个荷载等级的数据,利用前述算法程序,提取了时域中各状态波形的一阶变化系数,在测试范围内,得到了工字梁一阶变化系数与荷载等级的线性关系。计算各次试验线性关系系数(斜率)的变异系数,通过测试数据分析了试验工艺的稳定性。最后,由两片工字梁的计算数据,验证了测试结果的复现性。
[硕士论文] 马建
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文根据胶合竹梁的竹片堆叠方式对胶合竹梁分成了两个大组,即横向叠合梁和竖向叠合梁,使用炭纤维布针对两个大组试件进行增强,每个大组下根据炭纤维布的用量又分了四个小组,在此基础上针对每组试件进行了抗弯弹性模量与抗弯极限承载力试验,结合试验结果对比两种叠合方式下的弹性模量与极限承载力,在两种叠合方式下,观察并分析炭纤维布的用量对极限承载力的影响结果以及竹梁的破坏形态,特别是竹梁的胶结层的破坏形态,得出以下结论:
  ①根据试验现象,总结所有试件的破坏形态发现有以下两大类:
  1)底层竹节开裂
  2)某一胶合面开裂
  ②根据竹片的叠合方向分类,结合试验结果分析,发现横向叠和的极限承载力高于竖向叠合的极限承载力。
  ③根据炭纤维布(FRP)的用量分类,结合试验结果分析,发现随着炭纤维布用量的增加,极限承载力也相应的提高。
  ④所有的试件在加载过程中基本满足平截面假定
  ⑤总体来说,胶合竹梁与FRP增强的胶合竹梁的破坏机理大体是一致的,并没有因为梁底粘贴FRP而得到本质的改善,但是会使得破坏延迟发生
  ⑥查看所有试件的荷载挠度曲线,发现绝大部分试件的荷载变形基本呈线性发展。
  ⑦通过对两种叠合方式下的每组试件进行抗弯弹性模量测试,得到如下结论,竖向叠合下的平均抗弯弹性模量为7320MPa,横向叠合下的平均抗弯弹性模量为8220MPa。
  在此基础上结合有限元软件针abaqus对试验所做的八组试件进行了实体模拟分析,分析结果与试验结果基本一致,针对胶合竹梁的胶层的模拟,abaqus内置的内聚力单元可以有效解决这一模拟过程。
  最后,针对胶合竹梁做了一系列基本假定,在此假定基础上,结合胶合竹梁竹材的本构曲线,推导出了基于两种截面法的界限状态下的三种极限承载力计算公式。所推导公式适用范围为胶结效果较好的胶合竹梁。
[硕士论文] 沈欣欣
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:混凝土是高度非线性材料,具有应变软化、拉压力学响应迥异、受拉易开裂等特征。在中、低应力约束下,应变软化是混凝土的重要力学行为之一。关于混凝土的数值计算结果容易出现网格尺寸相关性(Mesh-size-dependency)和边界值问题(Boundaryvalue problem)。网格尺寸相关性主要体现在:随着有限单元离散化精细化的增加,能量耗散趋近于零,这—现象显然违背了物理能量守恒定律。边界值问题引起网格偏差相关性问题,进而导致数值方法不能准确反应应变局部带方向。拉伸硬化是钢筋混凝土结构的重要工作机制之一,它的建模影响到结构的刚度与变形及承载能力的正确评估。
  本文综述了混凝土的应变软化模型、钢筋的本构模型和钢筋混凝土结构的拉伸硬化模型,概述了解决网格尺寸相关性和边界值问题的方法,并说明方法的适用情况。
  本文设计两根钢筋混凝土结构抗弯梁试验,描述了钢筋混凝土结构抗弯的整个受力状态,分析了梁在承载力、刚度、跨中挠度、等方面的数据。
  在连续介质力学的框架内,基于弥散裂缝模型,使用用户子程序和ABAQUS相结合对一维受拉混凝土杆、单轴受拉混凝土试件、单轴受压混凝土试件、四点弯素混凝土梁、四点弯钢筋混凝土梁数值模拟,其中四点弯素混凝土梁和钢筋混凝土梁结果与试验结果基本相符。结果表明:弥散裂缝模型能够解决网格尺寸相关性问题,更能准确刻画结构的宏观力学现象。合理的拉伸硬化模型利于正确评估结构的变形和承载力。
[硕士论文] 逯家林
土木工程;结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:二十一世纪以来,世界经济水平高速发展,人类社会财富日益增加,在追求和平与发展的同时,避免不了恐怖主义所进行的袭击,对社会和人们的生命财产安全造成很大的威胁,与此同时近年来全球自然灾害频繁发生,其所带来的次生灾害也对人们的生命以及财产安全造成巨大的影响。由于这些因素的影响,结构及构件的抗冲击性能与防护越来越受到国内外学者和工程设计人员的关注,并且因为构件局部受损而导致承载力不足以至于结构连续倒塌使得人们对于构件局部的抗冲击性能与防护愈加重视。另一方面,随着我国人口不断增长,耕地面积却日益减少,这两者之间已然出现矛盾,如何合理利用土地资源已成为我国一个重要问题。在此背景下,国内城市规划逐渐向山地转移,开发山地建筑,节约耕地资源已经成为发展的主流。然而山地建筑则会更多的面临泥石流、滚石等自然灾害,所以对于建筑结构和构件的抗冲击性能对与山地建筑的设计以及施工都有着积极的指导意义。
  本文利用自行设计的简易落锤冲击装置,对三种不同轴压比,两种不同长细比共计4组钢筋混凝土柱试件进行了落锤冲击试验,采集得到柱中截面和支座附近截面钢筋、混凝土的应变,以及柱中位移和试件在冲击作用下的加速度响应等数据,分析得出钢筋混凝土柱在侧向冲击作用下的破损机理及轴压比、长细比对其的影响。
  本文运用高级非线性有限元分析软件ABAQUS对试验试件在冲击作用下的动态响应进行了数值仿真模拟,研究了轴压比及长细比对钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下抗冲击性能的影响。
  针对钢筋混凝土柱在侧向冲击作用下的破损情况,本文提出了采用聚氨酯涂料和碳纤维布对钢筋混凝土柱进行防护施工,并进行落锤冲击试验,将试验结果与未做防护的试件组进行对比,同时建立有限元模型进行计算对比,得出了这两种手段对于钢筋混凝土柱抗冲击性的影响。
  本文通过试验及有限元分析对侧向冲击作用下的钢筋混凝土柱进行分析,得出的结论可为结构在冲击荷载作用下的分析和防护提供一定的参考。
[硕士论文] 张文文
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的主要元凶,基于电化学原理的电化学修复技术是提升混凝土结构耐久性的重要手段。混凝土在电化学修复过程中存在非均匀电迁现象,非均匀电迁对修复后混凝土劣化特征的影响有待研究。本文通过室内试验研究混凝土非均匀电迁修复后对劣化特征的影响,同时基于双向电迁和外防腐涂料进行非均匀电迁影响控制试验。利用COMSOL Multiphysics软件对混凝土非均匀电迁过程中的内部电势及氯离子分布特征进行模拟,通过模拟探究均匀化电迁方法,并进行混凝土电化学修复均匀化电迁试验,验证均匀化电迁方法有效性。本文主要研究内容如下:
  (1)通过设计养护期浸泡加速侵蚀、电化学修复、室内人工模拟加速劣化三个试验阶段,人工模拟实际工程中混凝土结构从初始氯离子侵蚀、电化学修复、劣化再侵蚀三个阶段。设置不同耐久性损伤程度、不同钢筋间距两组试验变量,进行电化学修复非均匀电迁影响试验。跟踪检测电化学修复后混凝土在不同劣化阶段的氯离子浓度及钢筋腐蚀电位,研究非均匀电迁对混凝土非均匀劣化过程中氯离子空间分布特征及钢筋腐蚀电位的影响。
  (2)为控制非均匀电迁对混凝土劣化过程中氯离子分布及钢筋腐蚀电位的影响,从防止外部离子侵入及钢筋防腐角度出发,基于外防腐涂料和双向电迁技术进行非均匀电迁影响控制试验,探究非均匀劣化的防治措施。通过室内试验研究双向电迁对电化学修复后混凝土劣化过程中钢筋腐蚀电位的影响。同时联系工程实例,对实际工程中的电化学修复桥墩进行钻芯取样,将芯样试件表面进行不同工况防腐处理。将处理后的芯样进行室内高低温循环加速劣化试验,研究对比不同工况下芯样表面防腐层劣化特征、氯离子侵蚀深度及范围、以及芯样内部氯离子分布特征。
  (3)利用COMSOL Multiphysic软件建立混凝土电化学修复非均匀电迁数值模型,对预掺氯盐试件非均匀电迁过程中内部电势及氯离子传输数值模拟。基于模拟方法通过改变阳极位置、对电迁面设置不同区域及不同电压等方式探究混凝土均匀化电迁方法,同时进行试验验证均匀化电迁方法有效性。
[硕士论文] 陈庭威
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对目前装配式结构梁柱节点在安装时需要进行后浇混凝土并且损坏后难以修复的情况,本文提出一种新型梁柱连接器。
  这种连接器在罕遇地震作用下,其承载弯矩超过预定值,材质为软钢的阻尼装置随之发生较大变形,使连接器转动。这种转动变形能够吸收地震能量,使结构的内力重新分布,达到保护节点,提高建筑结构抗震性能的目的。
  本文开展的研究工作及成果如下:
  (1)连接器构件阶段的数值模拟共计算36种工况。结果表明连接器的耗能效果好,可以应用于抗震结构中。套筒等效直径和套筒有效长度分别取12mm和30mm是较为合适的,连接板间距能够满足连接器顺畅的围绕转轴转动即可,软钢套筒的牌号建议取LY160。
  (2)实验室的模型试验结果表明:在荷载作用下,新型梁柱连接器滞回曲线饱满,耗能能力强,设计思路合理可行,能够应用于抗震结构中。模型试验和数值模拟的滞回曲线最大荷载吻合度较高,数值模拟结果基本能够揭示连接器的性能特点。
  (3)结构阶段进行多组对比计算。计算表明:在多遇地震作用下,新型连接器使结构抵抗变形的能力增加,构件内力增大;在罕遇地震作用下,使结构变形增大,构件内力减小。因此,连接器在实际应用时应当设置更多使用套筒连接的纵向钢筋,并且在结构设计时采用动力时程分析法进行复核。
  (4)此外,本次研究将方案设计阶段、数值模拟阶段、传感器布置图、加载系统图、模型试验结果、结构阶段模拟分析结果、构件阶段模拟分析结果、加工图和明细表以树型图的形式在一个BIM文件内进行相互联动的统一管理,达到了提升效率的目的。
[硕士论文] 刘灿亮
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科技的不断进步,越来越多的大跨度结构和高耸建筑物不断涌现,钢管混凝土因其优越的工作性能越来越广泛地被应用于这些大型工程中。然而现代社会中仍存在着诸多不稳定的因素,例如瓦斯爆炸、交通工具撞击、自然灾害及恐怖主义袭击等,这些偶然作用产生的动荷载将会对结构产生一定的影响。因此,钢管混凝土的动力学特性开始被越来越多的专家和学者进行研究。本文是以钢管混凝土材料为研究对象,通过SHPB实验和有限元数值模拟主要研究其在多次连续冲击作用下的动力学特性。本文的主要内容如下:
  介绍了钢材和混凝土两种材料的动力学特性、SHPB实验系统的基本原理和实验装置。本文试验分别选取C30和C45两种不同强度的混凝土作为试件的核心混凝土,钢管型号为Q345,厚2mm。选择4组不同的加载气压并对试件进行在同一加载气压下的连续加载的SHPB试验,直至试件破坏。试验结果表明当加载气压不变时多次连续冲击试件,随着冲击的次数增加,入射波波形不变,反射波峰值应变不断增大,透射波峰值应变逐渐减小,钢管混凝土试件的承载力在不断下降;由三波法计算得到的动态应力-应变曲线表明,一次冲击时加载气压越大,其动态抗压强度越大,表明钢管混凝土具有明显的应变率效应;多次连续冲击时随着冲击次数的增加,其动态抗压强度逐渐降低;通过耗能分析也可得出,多次连续冲击时随着冲击次数的增加,试件内部损伤逐渐累积,耗能能力逐渐降低。且随着加载气压的增大,入、反及透射能都随应变率的增大而增大,然而当应变率达到一定值时,吸收能反而下降。
  通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,钢管采用塑性随动模型,核心混凝土采用K&C模型。在一次冲击作用下,其应力波原始波形、试件破坏情况和动态应力-应变曲线都与试验结果较为吻合。在多次连续冲击作用下,钢管混凝土试件的破坏过程与试验结果也较为吻合。
[硕士论文] 张浩
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:装配式混凝土结构具有施工速度快、环境污染小等优点,已成为建筑领域的研究热点之一。影响装配式混凝土结构质量的主要因素是连接节点的性能,因此,套筒灌浆连接是装配式结构构件的关键技术。在寒冷地区,冻融循环也影响到装配式混凝土结构的节点性能。论文主要进行了全灌浆套筒连接节点在常温和冻融循环下的拉伸性能试验研究,得到以下主要结论:
  (1)通过正交配比试验,得到胶砂比1.0,水胶比0.26,塑性膨胀剂掺量为0.03%,硅粉掺量为0.5%,减水剂掺量为0.5%,HCSA掺量为9%的灌浆料,其性能符合要求。
  (2)常温养护下试件表面的灌浆料没有出现明显的剥落,冻融循环作用使灌浆料内部的孔隙增多、试件端口出现少量灌浆料剥落。
  (3)与钢筋母材相比,常温养护下的全灌浆套筒极限抗拉强度得到提高,其锚固长度和灌浆料的性能满足要求。
  (4)与常温养护相比,冻融循环作用下的全灌浆套筒的屈服强度、极限强度及极限粘结强度均出现了下降,GT16L-4、GT16L-5、GT16L-6的极限粘结强度分别下降了0.99%、5%、4.26%,GT20L-4、GT20L-5、GT20L-6的极限粘结强度下降了6.49%、0.53%、0.53%。
  (5)试验研究了常温养护下和冻融循环作用下的套筒表面径向与轴向应变,得到套筒最薄弱的节点在套筒中部。
  (6)利用ANSYS进行有限元模拟,模拟出极限荷载下全灌浆套筒的破坏模式与全灌浆套筒上的应力应变分布图,对比发现分布规律基本一致。
[硕士论文] 明有庆
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:进入21世纪,我国的城市化程度越来越高,但与此同时我国仍然是一个发展中国家,政府需要提供一些保障性用房给有需要的居民;现期流行的传统现浇结构暴露出环境污染、资源浪费等突出问题。而装配式建筑作为一种成本相对较低,构件制作地点在厂房内的建造形式,造成的资源浪费和环境污染相对较小,具有相当的环境价值和应用前景。但装配式结构节点较整浇结构相对薄弱,一旦发生地震,可能严重影响人类的生命及财产安全。所以,对装配式建筑进行相关的抗震设计是必不可少的。金属阻尼器布置在装配式建筑中,可以为建筑提供附加刚度和附加阻尼,减震效果明显,保护了结构在地震作用下的安全。本文针对金属阻尼器在装配式框架结构中的抗震作用进行分析和研究,笔者做了如下工作:
  (1)首先本文介绍了目前预制装配式混凝土建筑的发展情况及抗震性能的研究情况,根据这些情况对本文的研究内容进行讨论;
  (2)论述了一些金属消能减震结构的分析方法和设计方法,总结出一种阻尼器减震设计方法;
  (3)利用ETABS有限元分析软件,分析了加装剪切钢板阻尼器和未加装剪切钢板阻尼器的装配式框架结构的抗震性能,对装有剪切钢板阻尼器的装配式框架结构进行了多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析。
  本文初步研究表明,剪切钢板阻尼器有着较好的耗能效果,值得进一步研究和应用,获得了以下结论:
  (1)加装金属阻尼器的装配式建筑的减震效果较明显,在结构中加装阻尼器后与无控结构对比,其在地震作用下产生的最大层间位移角等响应值都有显著的降低。金属阻尼器为结构耗散大量能量,可以有效减轻结构的破坏程度;
  (2)剪切钢板阻尼器本身具有的构造简单、材料常见、性价比高等优点,以及装配式建筑的良好市场前景,未来这种阻尼器的应用前景必将有着相当大的潜力。
[硕士论文] 张乔
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着车撞桥墩、船撞桥墩、恐怖爆炸和偶然爆炸事件的增多,现在工程结构在设计初期就要考虑强动态荷载作用下力学性能的设计。据研究表明:钢管混凝土在准静态荷载作用下具有很好的力学性能,但是在强动态荷载作用下其力学动态性能研究较少,本文运用安徽理工大学能源学院75mm分离式霍普金森压杆,去研究钢管混凝土在侧向冲击作用下的动态力学特性。同时,利用大型通用软件ANSYS进行钢管混凝土侧向冲击试验的数值仿模拟。主要研究内容如下:
  (1)介绍了SHPB的基本组成、基本假定及原理、利用一维应力波理论推导了试验数据处理中的三波法和二波法基本公式,查阅相关文献来了解SHPB压杆有哪些技术问题,通过相应的方法消除或者减小误差对试验所带来的影响。
  (2)利用直径75mm的霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验装置对钢管混凝土进行侧向不同速度冲击试验,利用应变片测量的试验数据,通过三波法和二波法来计算出钢管混凝土的荷载-位移曲线,分析了在不同应变率下峰值荷载、动态弹性模量、峰值位移等规律。
  (3)试验研究了钢管混凝土在高速冲击作用下的破坏模式,通过两组应力波原始波形的对比,平行试验来验证试验有效性,以及在不同的应变率下钢管混凝土的破碎模式。
  (4)利用大型通用软件ANSYS对钢管混凝土SHPB抗冲击试验进行了数值模拟,其数值模拟计算结果与试验结果总体上吻合较好,基本可以反映混凝土和钢管混凝土在冲击荷载下的力学行为,可供工程设计及分析参考。
[硕士论文] 刘飞
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:钢筋混凝土结构是绝大多数建筑工程的主要结构形式,其耐久性和寿命受众多因素的影响,因此研究钢筋混凝土结构的耐久性和寿命具有很强的现实意义和社会需求。钢筋混凝土结构耐久性研究一直是学术界和工程界的重要课题内容,实现钢筋混凝土工程的高耐久性和长寿命也与国家提倡的节能减排和可持续发展十分契合。因钢筋的锈蚀而导致混凝土耐久性劣化的工程案例不胜枚举,氯离子侵蚀又是造成混凝土内部钢筋锈蚀的重要因素,在各国的沿海地区和盐渍区域的桥梁工程、海底隧道等混凝土结构破坏更是严重。论文在综合分析国内外的相关理论成果和研究试验基础上,采用理论分析、公式推导、数值模拟、数据分析等方法,对氯离子渗透混凝土破坏钢筋的过程进行了深入探讨和细致研究。其主要的研究内容如下:
  论文首先简述了国内外混凝土结构的破坏情况,并综述了国内外的混凝土氯离子侵蚀模型理论发展成果;然后又在Fick第二扩散定律基础上,考虑混凝土结构可能处在不同的氯盐侵蚀环境下,氯离子的迁移扩散会受到多种内外因素的影响,建立了考虑时间效应、氯离子结合能力、环境温度、应力状态和裂缝等综合因素的修正氯离子侵蚀理论模型。
  论文又结合了混凝土结构的相关理论和细观断裂模型,利用蒙特卡罗方法的随机性、骨料级配的选取等理论,通过MATLAB软件建立了混凝土的二维随机骨料模型,从而为第四章的氯离子侵蚀混凝土COMSOL数值模拟提供几何尺寸模型。
  考虑氯离子有效扩散系数随时间、温度等外在条件变化的复杂性,在选取模型参数后,使用COMSOL软件对氯离子侵蚀混凝土过程进行了数值模拟分析、对比,证实了有限元软件COMSOL模拟氯离子渗透混凝土过程的合理性和有效性。结合数值模拟数据和混凝土氯离子迁移机制,提出了预防氯离子侵入混凝土有效措施,为工程建设提供了理论基础,也为工程施工提供了便利。
[硕士论文] 徐明
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在当今时代,科技的发展令加油站罩棚广泛采用双层平板网架结构越来越成为成品油零售行业建设中的一种普遍现象。罩棚作为加油站设计中必不可少的一部分,它直接服务于交通运输和我国国民经济的快速发展。随着人们对建筑艺术美的需求和高层次的追求,出现了各种优美的异形空间网格结构,丰富了罩棚结构形式的发展。
  本论文源于实际项目中的工程设计案例,主要的研究内容与成果如下:
  (1)主要叙述了与加油站罩棚设计相关的内容。首先,说明了加油站设计需要了解的加油工艺技术及流程,加油部分和总平面布置应注意的安全措施等要求。其次,叙述了中国石化销售企业对加油站罩棚和罩棚柱的特殊规定和要求。最后,讲述了加油站罩棚结构形式经历了三种渐进的发展演变过程,分别为钢筋混凝土框架结构、网架结构和轻钢结构,通过分析得出双层平板网架结构形式在加油站罩棚中具有很强的推广应用前景。
  (2)主要介绍了基于霍邱二道堰加油站罩棚设计这一实际工程案例,叙述了双层平板网架结构在加油站设计中的应用,并详细分析研究了网架结构运用3D3S软件中的空间网格结构模块建立结构模型和进行结构的分析设计及验算的过程。接着进行罩棚柱基础的设计,叙述了运用PKPM软件中的PMCAD模块进行建模,SATWE和JCCAD模块进行参数设置和计算的设计过程。在两部分设计的最后,通过个人多年项目设计实践分析中得出应注意的事项。
  (3)主要讲述了3种常规及2种异形的加油站罩棚设计形式和罩棚设计施工中应注意的问题。
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