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截面损伤柱外包钢加固施工监测与参数设计分析

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截面损伤柱外包钢加固施工监测与参数设计分析

作者：林识栋合肥工业大学

学位级别：硕士

随着经济水平的不断发展,国家土木建设的重心逐渐向旧建筑加固改造转移。外包钢加固作为一种传统加固方法,因其成熟的施工工艺、显著的承载力提升效果和对建筑使用空间影响小等优点,被广泛应用于老旧建筑的加固改造中。目前,对外包钢加... 详细信息

随着经济水平的不断发展,国家土木建设的重心逐渐向旧建筑加固改造转移。外包钢加固作为一种传统加固方法,因其成熟的施工工艺、显著的承载力提升效果和对建筑使用空间影响小等优点,被广泛应用于老旧建筑的加固改造中。目前,对外包钢加固的研究主要集中于未受到截面损伤的完整混凝土构件,而实际施工过程中常遇到柱由于植筋需要在柱身开孔造成截面损伤的情况。设计人员在针对其进行外包钢加固设计时,对实际的加固后承载能力并不明确,大多凭借以往设计经验。因此对外包钢加固截面损伤柱的承载能力进行参数设计分析,具有较高的工程应用价值。本文根据实际加固改造工程,通过自动测量系统对加固柱进行长期施工监测,并使用有限元分析手段对截面损伤柱外包钢加固的承载能力进行分析。主要内容包括:（1）介绍了腾百商场加固改造背景及改造方案,并对关键施工工序进行设计。（2）选取商场底层三根框架柱进行长期施工监测,分析施工过程中加固截面损伤柱的应力变化情况,并利用PKPM计算软件对柱轴压比进行计算,证明对截面损伤柱进行外包钢加固能够满足施工过程中的承载力要求。（3）利用ABAQUS有限元分析软件建立了外包钢加固截面损伤柱模型,对不同初始应力水平下加固普通柱和加固截面损伤柱的受力性能进行研究,并通过改变型钢厚度、型钢强度、缀板间距和角钢宽度等参数,研究了各设计参数对加固后承载能力的影响,并提出设计建议。

关键词：外包钢截面损伤施工监测有限元分析承载能力

车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤分析与评估

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振动与冲击 2022年第24期41卷 150-158,209页

作者：张于晔李清华樊伟袁万城南京理工大学理学院南京210094 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为合理评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态,研究适用于预制拼装桥墩的受撞损伤评估方法。建立车辆撞击桥墩三维有限元模型并进行桥墩损伤分析,通过与试验结果对比验证桥墩与车辆模型的准确性。分析不同参数下预制节段拼装桥墩受... 详细信息

为合理评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态,研究适用于预制拼装桥墩的受撞损伤评估方法。建立车辆撞击桥墩三维有限元模型并进行桥墩损伤分析,通过与试验结果对比验证桥墩与车辆模型的准确性。分析不同参数下预制节段拼装桥墩受撞的位移响应和损伤破坏特征,并研究残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩受撞损伤评估指标,对桥墩进行损伤等级划分并确定各损伤等级指标界限值。研究结果表明:试验范围内桥墩位移响应对车辆初始撞击能量和轴压比变化最为敏感;车撞下预制节段拼装桥墩损伤集中于直接受撞击节段;桥墩受撞处残余位移和截面损伤率越大,其受撞后损伤越严重;考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法可准确评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态。

关键词：预制节段拼装桥墩车辆撞击损伤评估残余位移截面损伤

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考虑损伤的殿堂式古建木构整体有限元分析

北京交通大学学报 2015年第1期39卷 40-44,51页

作者：杨娜王阳秦术杰北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京博奇电力科技有限公司北京100022

针对殿堂式古建中整体分析中考虑损伤的不足,定义了新的损伤变量,对殿堂式古建整体进行了考虑损伤的ANSYS分析.以一个典型的明代殿堂式结构——北京法兴寺为工程背景,建立了结构模型,并进行ANSYS有限元静力分析,得到了结构的最大位移和... 详细信息

针对殿堂式古建中整体分析中考虑损伤的不足,定义了新的损伤变量,对殿堂式古建整体进行了考虑损伤的ANSYS分析.以一个典型的明代殿堂式结构——北京法兴寺为工程背景,建立了结构模型,并进行ANSYS有限元静力分析,得到了结构的最大位移和弯矩等;分析了木材损伤的种类;选择有效截面的减小率为损伤变量,采用随机法和一致缺陷模态法对截面损伤模型进行了有限元静力分析和对比结果分析;最后对这两种模型持续加载,得到了其破坏时的极限荷载.

关键词：殿堂式木构有限元分析截面损伤有效截面的减小率

车辆撞击作用下SRP加固预制节段拼装桥墩的动态响应研究

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车辆撞击作用下SRP加固预制节段拼装桥墩的动态响应研究

作者：李清华南京理工大学

学位级别：硕士

车辆撞击桥墩事故会对交通系统造成严重的危害与经济损失。桥墩作为桥梁系统设计中的重要承重构件,对其在车辆撞击下的相关研究有着重要的工程和实际意义。现有的车辆撞击研究大都集中于整体现浇桥墩领域,相比之下,对施工效率更高的预... 详细信息

车辆撞击桥墩事故会对交通系统造成严重的危害与经济损失。桥墩作为桥梁系统设计中的重要承重构件,对其在车辆撞击下的相关研究有着重要的工程和实际意义。现有的车辆撞击研究大都集中于整体现浇桥墩领域,相比之下,对施工效率更高的预制节段拼装桥墩的相关研究却较少,尤其是对预制节段拼装桥墩的防撞击加固研究仍十分匮乏。因此,本文设计采用高强钢丝织物复合材料（Steel Reinforced Polymer,SRP）加固预制节段拼装桥墩,研究其在车辆撞击作用下的动态响应及SRP加固效果。分析预制节段拼装桥墩受撞后的损伤破坏特征,提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩损伤评估方法。本文的主要工作内容有:（1）为模拟车辆对SRP加固预制节段拼装桥墩的撞击作用,建立预制节段拼装桥墩的数值仿真模型和等效卡车钢架模型。基于既有车辆撞击桥墩试验结果,验证桥墩建模方法的准确性和等效卡车钢架模型的合理性。（2）在相同车辆撞击工况下,对比分析SRP加固墩与未加固桥墩的撞击力、位移和墩身损伤。设计正交数值试验,研究SRP加固位置、SRP包裹层数、初始预应力水平和节段长细比对SRP加固墩动态响应的影响规律,分析车辆撞击作用下SRP的应变分布规律,以研究SRP的加固效果。（3）对预制节段拼装桥墩在车辆撞击下的动态响应和破坏过程进行研究,分析不同损伤状态下的残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法,并依据桥墩在车辆撞击下的位移响应和损伤破坏特点进行损伤等级划分。基于分析数据确定各等级损伤指标的界限值并验证损伤指标的合理性。采用提出的损伤评估方法对SRP加固墩与未加固桥墩进行损伤评估。本文主要有以下结论:（1）SRP加固预制节段拼装桥墩可以减小车-桥墩接触面刚度,从而减小撞击力;与未加固桥墩相比,SRP加固的预制节段拼装桥墩的剪切滑移和桥墩侧向位移更小;SRP加固墩墩身混凝土损伤更轻微。说明SRP加固墩抗撞击性能更高。（2）与其他加固位置相比,采用SRP对桥墩底部和接缝处加固时,预制节段拼装桥墩具有更稳定的动态响应。SRP包裹3层的桥墩自复位性能更好。初始预应力水平为20%的桥墩在侧向位移和桥墩整体刚度方面综合表现更好。节段长细比的变化会对节段剪切滑移产生明显影响。SRP加固可以限制节段剪切滑移和侧向位移,减轻墩身混凝土损伤,从而提高桥墩的自复位性能和整体稳定性。（3）基于桥墩动态响应与损伤特征分析,得知残余位移比和截面损伤率与节段拼装桥墩的损伤程度密切相关,提出了适用于预制节段拼装桥墩的受撞损伤评估方法,并结合车辆-桥墩撞击数值试验数据验证了评估指标的合理性。

关键词： SRP 预制节段拼装桥墩车辆撞击动态响应损伤评估残余位移截面损伤

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T形型钢混凝土异形柱抗火性能的试验研究

T形型钢混凝土异形柱抗火性能的试验研究

作者：杨志新青岛理工大学

学位级别：硕士

相比普通钢筋混凝土异形柱而言，型钢混凝土异形柱由于配置了较多的型钢，其承载力和抗震性能得到了明显的提高，但其耐火性较差却是个不容忽视的的问题。柱作为型钢混凝土异形柱结构的主要承重构件，一旦在火灾中发生严重破坏，极有可... 详细信息

相比普通钢筋混凝土异形柱而言，型钢混凝土异形柱由于配置了较多的型钢，其承载力和抗震性能得到了明显的提高，但其耐火性较差却是个不容忽视的的问题。柱作为型钢混凝土异形柱结构的主要承重构件，一旦在火灾中发生严重破坏，极有可能导致结构局部或整体坍塌造成重大人员伤亡和经济损失，因此正确把握型钢混凝土异形柱的火灾行为及高温受力特性对防止此类事故的发生具有重要意义，但国内外有关型钢混凝土异形柱抗火性能的研究工作几乎还是一片空白。本文共设计了8根T形型钢混凝土异形柱，针对T形型钢混凝土异形柱的抗火性能分别进行了试验、数值模拟、截面特性分析研究和截面损伤评估。本文的主要工作和得出的主要结论如下：1.对7根T形型钢混凝土异形柱在国际标准升温过程中进行了两面受火试验，成功测得了截面温度场，获得了火灾下构件竖向、侧向变形及裂缝分布等有关数据。数据表明，测点温度在20℃-100℃之间均有或长或短的温度平台，且测点离受火面越远温度平台越明显;构件在两面受火的条件下，距离受火面越近的测点温度越高，最高近500℃，反之，温度越低;从升温幅度来看，距离受火面越远的测点升温幅度越小，温度曲线变化越平缓;异形柱核心区域各测点温度升温都较小，基本均在200℃以下，比柱肢上距离受火面相同距离处测点的温度低。2.对1根未受火以及7根受火1小时的型钢混凝土异形柱进行了受压试验。获得了构件极限承载力，以及在竖向荷载作用下的荷载-粘结滑移曲线、荷载-竖向位移曲线、荷载-侧向位移曲线和荷载-应变曲线。得出了如下结论：（1）通过各柱的残余承载力比较，偏心距越大，承载能力越小，同时，在同等偏心距条件下，双偏压构件承载力要小于单偏压构件承载力。（2）T形型钢混凝土异形柱的滑移实测值要大于真实值，而实测值较小，说明混凝土与型钢之间能够较好的协同工作。（3）T形型钢混凝土异形柱在受压过程中竖向变形和侧向变形均经历了变形缓慢、变形加速和变形急速增大的三个阶段。3.采用大型有限元软件ABAQUS对8根T形型钢混凝土异形柱进行了全过程仿真模拟，包括温度场有限元分析及结构分析。并通过计算得到了构件截面温度场、极限承载力、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。得出了如下结论：（1）通过两根异形柱温度场计算值与实测值的比较，ABAQUS计算值与试验实测值吻合较好，构件在受火1小时后模拟与试验能得到基本一致的温度场，基本能反映构件截面升温的一般规律。（2）荷载角的不同，对X向和Y向位移影响较大。0°加载时，X向位移最大值为22.8mm，Y向位移最大值为6.3mm;45°加载时，X向位移最大值为22.8mm，Y向位移值达到了18.7mm。（3）侧向位移随着偏心距的增大而增大，竖向位移随偏心距的增大变化不明显，说明构件的变形以弯曲变形为主。4.为了丰富型钢混凝土异形柱高温下力学性能数据，本文还模拟了除了试验之外的不同偏心距和不同受火时间构件的高温受力性能。得出如下结论：（1）随着加载偏心距的不断增大，异形柱破坏时，中性轴位置不断由构件截面受拉区向受压区偏移;随着偏心距的增大，中性轴斜线与弯矩作用平面的夹角越来越大，有逐渐接近垂直的趋势。（2）TZ2的500℃等温曲线距离异形柱边缘的平均距离为8mm;TZ3因为炉温较低，没有任何超过500℃的等温曲线;TZ4为15mm;TZ5为12mm;TZ6也因为在给定的炉温曲线下没有超过500℃的等温曲线;TZ7为13mm;TZ8为35mm;受火1小时构件为42mm;受火2小时构件为56mm;受火3小时为62mm。TZ2、TZ4、TZ5、TZ7、TZ8的严重损伤面积占全截面面积的比值分别为2.15%、8.21%、7.13%、7.45%、25.3%。模拟构件受火1小时、2小时、3小时的严重损伤面积占全面积的比值分别为31.39%、46.15%、56.91%。

关键词： T形型钢混凝土异形柱极限承载力高温截面损伤

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基于静力测试的钢框架损伤识别研究

基于静力测试的钢框架损伤识别研究

作者：祝伟伟南京理工大学

学位级别：硕士

钢框架结构具有抗震性能好、现场安装方便、施工速度快、建设周期短等优点,被广泛应用于工业与民用建筑中。长期处于自然环境中的钢框架结构,在其服役期间会遭受腐蚀、老化等损伤,针对钢框架结构的损伤识别展开研究是必要的。国内外关... 详细信息

钢框架结构具有抗震性能好、现场安装方便、施工速度快、建设周期短等优点,被广泛应用于工业与民用建筑中。长期处于自然环境中的钢框架结构,在其服役期间会遭受腐蚀、老化等损伤,针对钢框架结构的损伤识别展开研究是必要的。国内外关于钢框架损伤识别研究,主要是关于测量方法、优化方法等方面的探讨与改进。基于静力测试的钢框架结构损伤识别方法可以识别结构单元杆件的损伤,其对钢框架结构的健康监测和结构状态评估具有重要意义。本文以钢框架结构为研究对象,讨论了使用静力测试数据对钢框架结构进行损伤识别的方法,并在钢框架结构损伤识别已有的研究基础上展开进一步研究。研究了节点损伤对钢框架结构截面损伤识别精度的影响问题,分析了剪切变形对不同截面(H型截面和矩形截面)尺寸钢框架结构损伤识别的影响规律,本文完成的主要工作以及得到的结论如下:(1)系统研究了基于静力测试数据的不同节点连接形式的杆系结构(刚性连接框架结构、半刚性连接框架结构等)的损伤识别方法。说明了损伤识别过程中目标方程的构造;介绍了不同节点连接形式结构的单元刚度矩阵;讨论了不同节点连接形式的结构其损伤识方法的特点;研究了钢框架损伤识别中的传感器应用数量和位置优化问题。结果表明,随着结构复杂程度和未知参数的增加,结构损伤识别的步数将增多;过多的测量数据并不能提高损伤识别效率,所以在进行结构损伤识别前需先对传感器的数量和位置进行优化。(2)分析了节点转动刚度变化对钢框架节点位移的影响。在此基础上,提出了一种基于静力测试数据、考虑节点损伤的刚性连接钢框架损伤识别方法,并且应用该方法对同时具有节点损伤和截面损伤的刚性连接钢框架进行损伤识别,分析了节点损伤程度对钢框架结构截面损伤识别精度的影响。该方法是可以应用于半刚性连接和刚性连接钢框架损伤识别的通用方法。结果表明,节点损伤越严重,节点转动刚度越小,节点位移误差越大;钢框架结构节点损伤将会导致钢框架结构截面损伤识别产生误差,所以有必要考虑节点损伤对钢框架结构损伤识别精度的影响。(3)研究了剪切变形对刚性连接的钢框架结构(包括杆件截面为H型和矩形)节点位移的影响,分析了节点位移对于钢框架结构损伤的敏感性。在此基础上,提出了一种基于静力测试、考虑剪切变形的刚性连接钢框架损伤识别方法,并分析了剪切变形对钢框架结构(包括杆件截面为H型和矩形)损伤识别的影响规律。结果表明,在钢框架结构跨度相同的前提下,杆件截面高度越高,剪切变形对其框架结构节点位移影响越大;随着杆件截面高度的增加,该方法对刚性连接钢框架损伤识别精度提高的越显著。

关键词：静力测试损伤识别钢框架刚性连接半刚性连接截面损伤节点损伤剪切变形

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桥梁结构的耐久性检测

山西建筑 2009年第33期35卷 341-342页

作者：李娜陕西省公路勘察设计院

总结了桥梁结构耐久性的主要内容,并提出了将耐久性检测作为现场试验研究的有利补充的建议,为通过桥梁结构耐久性损伤直观判断桥梁工作状态打下了良好的基础。

关键词：外观损伤截面损伤钢筋锈蚀

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锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的计算分析

湖北工业大学学报 2013年第1期28卷 25-27页

作者：肖长永杜志云郭超夏江波湖北工业大学土木工程与建筑学院湖北武汉430068

通过对锈蚀后钢筋截面的损伤、力学性能和粘结性能的退化、以及构件截面损伤的分析总结,并结合现有的关于钢筋混凝土梁受弯承载力的计算规范,推导出了锈蚀后钢筋混凝土梁承载力的计算式,并通过对实际试验数据的验证,可知在锈蚀率大于6%... 详细信息

通过对锈蚀后钢筋截面的损伤、力学性能和粘结性能的退化、以及构件截面损伤的分析总结,并结合现有的关于钢筋混凝土梁受弯承载力的计算规范,推导出了锈蚀后钢筋混凝土梁承载力的计算式,并通过对实际试验数据的验证,可知在锈蚀率大于6%时,理论计算值将达到锈蚀后梁试验承载力的75%以上,满足安全储备的要求,此时理论计算值较符合实际情况.

关键词：钢筋锈蚀截面损伤力学性能粘结性能承载力

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钢框架非比例损伤识别

钢结构(中英文) 2010年第3期 86-87页

作者： Eric M. Lui Ajit C. Khanse

提出能够鉴别损伤位置和截面损伤严重程度的钢框架非比例破坏监测方法。所提出的方法由两部分组成,一是损伤识别,二是损伤严重程度分析。损伤识别和严重程度分析均以结构动力性质的变化作为损伤的判据,以此来确定损伤位置和严重程度。... 详细信息

提出能够鉴别损伤位置和截面损伤严重程度的钢框架非比例破坏监测方法。所提出的方法由两部分组成,一是损伤识别,二是损伤严重程度分析。损伤识别和严重程度分析均以结构动力性质的变化作为损伤的判据,以此来确定损伤位置和严重程度。所提方法中损伤判别的重要特点是能够在损伤严重程度分析之前,精确地区分不同的损伤区域。与整个结构尺寸相比,损伤区域相对较小,因此,确定损伤严重程度的计算量更小。检测方法的另一个特点是有些特征值或振型对噪声相对不敏感。采用所提检测方法对几个框架进行验证,结果表明,该方法能够成功地检测及量化截面的损伤。

关键词：损伤识别钢框架截面损伤结构动力学有限元