混凝土承載力的案例
鋼管混凝土(CFST)受壓構件的承載力計算
3.1 單管CFST軸心受壓構件承載力計算
(1) 鋼管初應力折減系數Kp
鋼管混凝土構件內混凝土達到設計強度前空鋼管的應力稱為鋼管初應力。為了反映鋼管初應力對鋼管混凝土受壓構件承載力的影響，承載力計算中采用了鋼管初應力折減系數Kp.
(2) 鋼管內混凝土脫空折減系數Kd
鋼管內混凝土脫空是鋼管內壁與鋼管內混凝土出現局部脫離的現象，鋼管混凝土拱橋主拱等受壓構件多出現球冠形的鋼管內混凝土脫空現象。產生鋼管內混凝土脫空現象的主要原因是過大的鋼管內混凝土收縮和向鋼管內壓筑混凝土的現場施工環節銜接出現問題。鋼管內混凝土脫空對鋼管混凝土構件承載力和剛度有一定影響，在鋼管混凝土受壓構件承載力計算中要考慮。鋼管內混凝土脫空折減系數Kd 取0.95。
(3) 鋼管混凝土組合軸心抗壓強度設計值fsc
鋼管混凝土受壓構件承載力計算中規定的設計強度值，計算表達式為
3.2 單管CFST偏心受壓構件承載力計算
4 CFST構件的一般構造要求
(1) 鋼管可宜采用卷制焊接直縫管、也可采用螺旋形縫焊接管和無縫鋼管。焊縫必須采用對接焊縫，并達到與母材等強的要求。
(2) 鋼管材料可選用Q235、Q345或Q390，質量等級應根據使用環境選用B級或B級以上。
(3) 混凝土的強度等級，應符合承載力的要求，并與鋼管的鋼號相匹配，其強度等級不宜低于C30。一般情況下，Q235鋼材宜配C30或C40級混凝土；Q345鋼宜配C40、C50或C60級混凝土；Q390鋼材宜配C50或C60級以上的混凝土。
(4) 鋼管接長時，如管徑不變，宜采用等強度的坡口焊縫；如管徑改變，可采用法蘭盤和螺栓連接，法蘭盤應采用帶孔板，使管內混凝土保持連續。
展開 不同軸壓比對配置HRB500高強鋼筋混凝土并筋柱承載力的影響
不同軸壓比對配置HRB500高強鋼筋混凝土并筋柱承載力的影響
一、前言
近年來，在工程實踐中，常常為減少結構自重而將構件截面尺寸盡量減小，例如地鐵車站框架梁、框架柱的結構設計。此種情況常常出現構件截面鋼筋排列密集，難以滿足我國規范對鋼筋的間距要求。傳統的解決方案是多排布置以及加大鋼筋直徑，但采用該類方法一方面會影響構件的承載能力，同時還會增加施工難度，另外一方面粗直徑鋼筋還會造成材料的一定浪費。現行的主要解決方式為配置并筋，我國混凝土結構設計規范中，也新增了鋼筋并筋的配置形式。
為充分探討采用并筋形式對混凝土結構構件的承載力影響，本次在前人實驗的基礎上，采用ANSYS軟件對比分析了不同軸壓比下三種配筋形式（單筋、雙筋、三并筋）對鋼筋混凝土柱承載力的影響。
二、實驗概況
本次實驗為了更好的模擬實際情況下并筋柱的受力情況，試件長度取框架柱的反彎點處。模型混凝土等級為C30混凝土，縱向受力鋼筋為HRB500，橫向箍筋采用HPB300。試件外形尺寸以及設計參數如下：
構件材料信息如下：
三、有限元模型建模要點
本次有限元建模要點如下：
1、 混凝土采用實體單元Solid65 模擬，本構模型依據我國混凝土結構設計規范采用多線性隨動強化模型BISO。
2、 鋼筋采用link8單元模擬，鋼筋本構采用多線性等向強化模型
3、 基礎建模采用整體式建模，單元尺寸控制在30~50之間，劃分單元后基礎配筋模型如下圖所示。
4、 柱子采用分離式建模，鋼筋通過節點建立單元，單元尺寸為50，并筋通過同節點建立同樣單元來近似考慮。單筋情況下的鋼筋模型如下所示。
整體有限元模型如下所示：
5、混凝土與鋼筋之間的滑移根據實測數值采用combin39單元模擬。
展開 基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
2.3 工況3
采用Lamina定義CFRP材料參數
CFRP材料參數設置
定義Hashin損傷參數
CFRP鋪層設置
CFRP材料方向
定義場變量輸出
計算效率很低，200個增量步后終止計算
工況三計算結果截圖
工況三 荷載-位移曲線
三種計算工況對比
可以看出，三種計算工況的荷載-位移曲線的分布趨勢大致相同，但承載能力的大小確有明顯不同。與工況1素混凝土情況相比，考慮鋼筋后的工況2，其承載力增大了7.81%。
計算機配置：
Windows系統版本 windows 10專業版
版本號 20H2
系統類型 64位操作系統
處理器 Intel(R) Core(TM) i7-10700F CPU @ 2.90GHz 2.90 GHz
機帶RAM 32GB
計算耗時統計
工況類別
計算耗時
工況一
10min50s
工況二
11min13s
工況三
25min
3 總結
主要對比了CFRP包裹加固鋼筋混凝土柱對承載力的影響。分別開展了素混凝土柱、鋼筋混凝土柱以及外側包裹CFRP加固+鋼筋混凝土柱三種有限元數值模擬計算。計算結果表明：
①CFRP包裹鋼筋混凝土柱對承載力有顯著影響，包裹CFRP后承載力提升了12.05%。這是由于利用CFRP進行加固時，原有混凝土結構承擔的部分荷載通過粘結膠層傳遞給CFRP，從而降低了原有混凝土結構的部分應力水平，從而起到增強加固的效果。
②利用ABAQUS自帶的混凝土CDP塑性損傷本構和Hashin損傷本構可以很好地模擬鋼筋混凝土和CFRP包裹加固對梁、柱、板承載力的計算。
參考文獻：
[1] 金祖權. 氯鹽-硫酸鹽環境下鋼筋混凝土腐蝕損傷[M]. 科學出版社，2021.
展開 北鯤教程｜基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
主要對比了CFRP包裹加固鋼筋混凝土柱對承載力的影響。分別開展了素混凝土柱、鋼筋混凝土柱以及外側包裹CFRP加固+鋼筋混凝土柱三種有限元數值模擬計算。計算結果表明：
?CFRP包裹鋼筋混凝土柱對承載力有顯著影響，包裹CFRP后承載力提升了12.05%。這是由于利用CFRP進行加固時，原有混凝土結構承擔的部分荷載通過粘結膠層傳遞給CFRP，從而降低了原有混凝土結構的部分應力水平，從而起到增強加固的效果。
?利用ABAQUS自帶的混凝土CDP塑性損傷本構和Hashin損傷本構可以很好地模擬鋼筋混凝土和CFRP包裹加固對梁、柱、板承載力的計算。
參考文獻：
[1] 金祖權. 氯鹽-硫酸鹽環境下鋼筋混凝土腐蝕損傷[M]. 科學出版社，2021.
[2] 顧祥林. 混凝土結構的環境作用[M]. 科學出版社，2021.
[3] Erdil, B., Akyuz, U. & Yaman, I.O. Mechanical behavior of CFRP confined low strength concretes subjected to simultaneous heating–cooling cycles and sustained loading. Mater Struct 45, 223–233 (2012). https://doi.org/10.1617/s11527-011-9761-6
[4] 硫酸鹽環境中CFRP 約束劣化混凝土柱的力學性能[J]. 復合材料學報.
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北鯤教程｜基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
主要對比了CFRP包裹加固鋼筋混凝土柱對承載力的影響。分別開展了素混凝土柱、鋼筋混凝土柱以及外側包裹CFRP加固+鋼筋混凝土柱三種有限元數值模擬計算。計算結果表明：
?CFRP包裹鋼筋混凝土柱對承載力有顯著影響，包裹CFRP后承載力提升了12.05%。這是由于利用CFRP進行加固時，原有混凝土結構承擔的部分荷載通過粘結膠層傳遞給CFRP，從而降低了原有混凝土結構的部分應力水平，從而起到增強加固的效果。
?利用ABAQUS自帶的混凝土CDP塑性損傷本構和Hashin損傷本構可以很好地模擬鋼筋混凝土和CFRP包裹加固對梁、柱、板承載力的計算。
參考文獻：
[1] 金祖權. 氯鹽-硫酸鹽環境下鋼筋混凝土腐蝕損傷[M]. 科學出版社，2021.
[2] 顧祥林. 混凝土結構的環境作用[M]. 科學出版社，2021.
[3] Erdil, B., Akyuz, U. & Yaman, I.O. Mechanical behavior of CFRP confined low strength concretes subjected to simultaneous heating–cooling cycles and sustained loading. Mater Struct 45, 223–233 (2012).
https://doi.org/10.1617/s11527-011-9761-6
[4] 硫酸鹽環境中CFRP 約束劣化混凝土柱的力學性能[J]. 復合材料學報.
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
1.在豎向荷載作用下，鋼筋混凝土受彎構件截面上會同時產生剪力和彎矩，會發生沿受彎構件斜裂縫的斜截面受剪破壞或斜截面受彎破壞。保證受彎構件正截面受彎承載力的同時，還要保證其斜截面承載力，它包括受彎構件的斜截面抗剪承載力和斜截面抗彎承載力。
2. 鋼筋混凝土梁設置的箍筋和彎起鋼筋及斜鋼筋都起抗剪作用，統稱為梁的腹筋。僅設置縱向受力鋼筋而不設腹筋的梁稱為無腹筋梁。
3. 在梁的剪彎段中，當主拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會出現梁體斜向裂縫。斜裂縫出現后梁截面發生應力重分布.
4. 梁的剪跨比 m=M/Vh0. 式中M 和V分別為梁剪彎區段中某個豎直截面的彎矩和剪力，h0為截面有效高度。剪跨比m反映了截面上正應力σ和剪應力τ的相對比值，在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對比值。對無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態有決定性影響。
鋼筋混凝土受彎構件剪跨與深度比
不同規范剪跨比m取值范圍的比較
5. 無腹筋簡支梁斜截面的破壞形態: 斜拉破壞(m>3), 剪壓破壞(1≤m≤3), 斜壓破壞(m<1). 鋼筋混凝土梁的三種斜截面受剪破壞形態的抗剪承載力是不同的：斜壓破壞時最大，其次為剪壓破壞，斜拉破壞最小。在達到峰值荷載時，梁的跨中撓度都不大，破壞時抗剪承載力都會迅速下降，均屬結構受力脆性破壞類型。
6. 配置箍筋是提高鋼筋混凝土梁抗剪承載力的有效措施。彎起鋼筋或斜筋，與臨界斜裂縫相交后發揮其抗剪作用，可以提高梁的抗剪承載力。彎起鋼筋或斜筋不宜單獨使用，必須與箍筋聯合使用。v設置腹筋的鋼筋混凝土簡支梁斜截面剪切破壞形態仍為斜拉破壞、斜壓破壞和剪壓破壞。
7. 影響受彎構件斜截面抗剪承載力的主要因素: 剪跨比m; 混凝土抗壓強度fcu, 縱向受拉鋼筋配筋率; 配箍率和箍筋強度.
8.
展開 abaqus網格對鋼筋混凝土柱水平承載力的影響
在abaqus中模擬鋼筋混凝土柱時，網格大小對水平承載力影響很大，對于截面尺寸400mm×40mm而言，混凝土網格為100mm時最大承載力比網格50mm高4%左右，但是一般模擬時，避免失真，大家默認混凝土網格不高于50mm，由于計算時間關系，我沒有劃分更細的網格分析承載力規律。 下一步想模擬一下鋼筋網格由100mm變為50mm對結果有沒有影響。 之前做過動力分析，鋼筋網格需要與混凝土網格劃分大小一致，否則影響很很很很大，結果完全不對的那種，不知道對靜力分析有什么影響規律。
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
鋼筋混凝土受扭構件中受扭縱筋和箍筋的配筋強度比說明，當構件破壞時，(A) 。
(A) 縱筋和箍筋都能達到屈服
(B) 僅箍筋達到屈服
(C) 僅縱筋達到屈服
(D) 縱筋和箍筋都不能達到屈服
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第八章(受拉構件的承載力計算)
受拉構件相關文檔如下:
受拉構件承載力計算(Tension Member)
強度折減系數(Strength Reduction Factor)小結
壓彎構件
2. 鋼筋混凝土受拉構件的箍筋配置: 箍筋直徑不小于8mm，間距一般為(150~200) mm。
3. 軸心受拉構件的受力特性: 在混凝土開裂以前，混凝土與鋼筋共同負擔拉力。當構件開裂后，裂縫截面處的混凝土已完全退出工作，拉力全部由鋼筋承擔。當鋼筋拉應力到達屈服強度時，構件也到達其極限承載能力。
4. 軸心受拉構件一側縱向鋼筋的配筋率應按毛截面面積計算.
5. 鋼筋混凝土偏心受拉構件類型：當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點之間時，屬于小偏心受拉情況。當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點范圍以外時，屬于大偏心受拉情況。
6. 矩形截面偏心受拉構件，當偏心距 e0≤(h/2－as)時，按小偏心受拉構件計算。
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第七章(偏心受壓構件正截面承載力)
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
參考:
軸心受壓構件的正截面承載力計算---穩定系數
軸心受壓構件的正截面承載力計算
2. 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件稱為普通箍筋柱，配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件稱為螺旋箍筋柱.
3. 普通箍筋柱的承載力主要由混凝土提供，設置縱向鋼筋的目的是: (1) 協助混凝土承受壓力，可減少構件截面尺寸；(2) 承受可能存在的彎矩；(3) 防止構件的突然脆性破壞。普通箍筋的作用是防止縱向鋼筋局部壓屈，并與縱向鋼筋形成鋼筋骨架，便于施工。
4. 螺旋箍筋柱的截面形狀多為圓形或正多邊形。縱向鋼筋外圍設有連續環繞的間距較密的螺旋箍筋(或間距較密的焊接環形箍筋)。螺旋箍筋的作用是使截面中間部分(核心)混凝土成為橫向可約束混凝土(約束混凝土)，從而提高構件的承載力和延性。
5. 按照構件的長細比不同，軸心受壓構件可分為短柱和長柱兩種，它們受力后的側向變形和破壞形態各不相同。
6. 鋼筋混凝土短柱的破壞是一種材料破壞，即混凝土壓碎破壞。
鋼管混凝土受壓構件的工作性能CFST(Concrete-Filled Steel Tube)
7. 鋼筋混凝土軸心受壓短柱是受壓破壞，而長柱是失穩破壞；長柱的承載力要小于相同截面、配筋、材料的短柱承載力。
8. 鋼筋混凝土軸心受壓構件計算中，考慮構件長細比增大的附加效應使構件承載力降低的計算系數稱為軸心受壓構件的穩定系數，用符號φ表示。穩定系數是長柱失穩破壞時的臨界承載力力 Pl 與短柱壓壞時的軸心力 Ps 的比值，表示長柱承載力降低程度。
9. 穩定系數φ主要與構件的長細比有關，混凝土強度等級及縱向鋼筋配筋率ρ對其影響較小。
10. 構造要求: (1) 混凝土：一般采用C30級及以上強度級別的混凝土。(2) 截面尺寸：構件截面最小尺寸不宜小于250mm。
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第七章(偏心受壓構件正截面承載力)
試驗研究表明，鋼筋混凝土圓形截面偏心受壓構件的破壞，最終表現為受壓區混凝土壓碎。
10. 在鋼筋混凝土偏心受壓構件中，布置有縱向受力鋼筋和箍筋。對于圓形截面，縱向受力鋼筋常采用沿周邊均勻配筋的方式。
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
展開 
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
(A) 計算公式建立的基本原理不同
(B) 受拉區與受壓區截面形狀不同
(C) 破壞形態不同
(D) 混凝土受壓區的形狀不同
28. 混凝土保護層厚度是指 ( B )。
(A) 縱向鋼筋內表面到混凝土表面的距離
(B) 縱向鋼筋外表面到混凝土表面的距離
(C) 箍筋外表面到混凝土表面的距離
(D) 縱向鋼筋重心到混凝土表面的距離
29. 在T形截面梁的正截面承載力計算中，假定在受壓區翼緣計算寬度范圍內混凝土的壓應力分布是 ( A )。
(A) 均勻分布
(B) 按拋物線形分布
(C) 按三角形分布
(D) 部分均勻，部分不均勻分布
相關參考:
受彎構件正截面承載力計算 (3)
受彎構件正截面承載力計算---最大配筋率和最小配筋率
受彎構件正截面承載力計算 (2)
受彎構件正截面承載力計算 (1)
單筋矩形截面正截面受彎配筋計算[P69例3-1](1)
單筋矩形截面正截面受彎配筋計算[P69例3-1](2)
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(1)
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(2)
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
展開 分享混凝土填充墻案例-非線性彈簧模擬混凝土與砌塊間接觸力
分享混凝土填充墻案例-非線性彈簧模擬混凝土與砌塊間接觸力
預應力混凝土受彎構件受力及工作階段
1 引言
在先前的文章中, 討論了預應力混凝土的一些基本概念, 如下面的鏈接所示. 這個筆記follow著課程進度[5/3/2021至5/9/2021 Week 9], 簡要描述了預應力混凝土受彎構件受力及工作階段, 內容僅為教學使用.
預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)
預加應力的方法與設備(Prestressed Concrete)
持久狀況計算
預應力混凝土受彎構件從預加應力到承受外荷載直至最后破壞，可分為三個主要受力階段：(1)施工階段; (2)使用階段; (3)破壞階段。下面分別加以介紹.
2 施工階段
施工階段依構件受力條件不同，又可分為預加應力階段和運輸、安裝階段等兩個階段。(1) 預加應力階段
從預加應力開始，至預加應力結束(即傳力錨固)為止的受力階段。構件所承受的作用：偏心預壓力（預加應力的合力）Np；梁的一期恒載（自重荷載）G1。
預加應力階段截面應力分布
(2) 運輸、安裝階段
預應力混凝土構件（預制構件）運輸至橋梁工地、安裝施工到成橋的受力階段。由于預應力損失會增加，預加應力的合力值Np要比預加應力階段小；預制梁安裝施工時，梁的自重作用應計入1.20或0.85的動力系數。
3 使用階段
指橋梁建成營運通車整個工作階段。a)荷載作用下的梁; b)預加力Np作用下的應力; c) 一期恒載G1作用下的應力; d) 二期恒載G2作用下的應力; e) 活載作用下的應力; f) 各種作用所產生的應力之和.
使用階段各種作用下的截面應力分布
(1) 加載至受拉邊緣混凝土預壓應力為零
構件僅在永存預加力Np（即永存預應力σpe的合力）的作用下，其下邊緣混凝土的有效預壓應力為σpc。
展開 部分預應力混凝土結構的受力特性(Partially Prestressed Concrete)
從這個圖中可以看出:
(1) 在豎向荷載作用下，與全預應力混凝土、鋼筋混凝土受彎構件一樣，部分預應力混凝土受彎構件的彎矩-撓度曲線也是由三段組成，表明部分預應力混凝土受彎構件受力的三個階段，即梁沒有混凝土裂縫階段、梁混凝土裂縫出現及開展階段和破壞階段。
(2) 部分預應力混凝土受彎構件的彎矩一撓度曲線(曲線2)位于全預應力混凝土受彎構件和鋼筋混凝土受彎構件(分別為曲線1和曲線3)之間，說明部分預應力混凝土受彎構件的受力特性介于全預應力混凝土受彎構件和鋼筋混凝土受彎構件之間。部分預應力混凝土受彎構件截面開裂彎矩高于相應的鋼筋混凝土受彎構件，但低于全預應力混凝土受彎構件。
(3) 與全預應力混凝土受彎構件相比，在預加力和構件自重作用下，部分預應力混凝土受彎構件的上拱值Δb)小于全預應力混凝土受彎構件，但在使用荷載作用效應Mk作用下，部分預應力混凝土受彎構件的撓度wb 、大于全預應力混凝土受彎構件的撓度wa，但小于鋼筋混凝土受彎構件的撓度wc。
3 部分預應力混凝土結構與非預應力鋼筋
實現部分預應力，可行的方法主要有以下三種：
(1) 全部采用高強鋼筋，將其中的一部分高強鋼筋張拉到最大容許張拉應力。
(2) 將全部預應力鋼筋都張拉到一個較低應力水平。
(3) 用普通鋼筋(例如熱軋HRB400級鋼筋)來代替一部分預應力高強鋼筋(混合配筋)。
在工程上，對部分預應力混凝土結構，主要采用第三種配筋方法，即預應力高強鋼筋與普通鋼筋的混合配筋方法。在部分預應力混凝土結構中，配置的非預應力鋼筋（普通鋼筋）所起的主要作用是: 協助受力; 承受意外荷載; 改善預應力混凝土梁的正常使用性能和增加梁截面的承載力。
展開 