火灾下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

为分析钢筋混凝土梁在火灾过程中的温度分布、结构变形非线性变化过程,在三组不同条件下对火灾后钢筋混凝土梁构件内部传热及变形过程进行全过程仿真。基于钢筋混凝土热工特性、温度-应变-应力本构特性,分析钢筋混凝土梁在受火时的温度分布演化过程,以及配筋率、初始载荷和受火时间等参数对钢筋混凝土梁防火承载力的影响。结果表明:火灾中材料强度的降低,自重和初始载荷以及不均匀升温引起的内部应力共同作用引起了构件的整体失稳。初始载荷对梁剩余承载力的影响不大,提高混凝土中钢筋数量能有效地提高钢筋混凝土梁的防火承载力。     

混凝土梁柱构件基于截面纤维模型的弹塑性分析

采用了弹塑性纤维单元模拟钢筋混凝土梁、柱杆件,通过材料应力-应变本构关系对截面动态积分,直接得到构件刚度及恢复力特性,提出了适用于该模型的计算方法和相应的钢筋和混凝土材料单轴应力-应变本构关系。并应用通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土悬臂柱及钢筋混凝土框架进行了拟动力反复加载计算,并与试验结果进行对比分析。     

高温下钢筋混凝土受力性能的试验研究

本文介绍钢筋混凝土材料及其构件和结构在高温(火灾)下受力性能的试验研究概况.给出的主要研究成果和重要现象有标准的火灾升温-时间曲线;构件截面上的温度分布;高温下混凝土和钢材(筋)的强度和变形性能的劣化规律;混凝土的温度-应力耦合本构关系;受弯构件、轴心和偏心受压构件在四面受火和三面受火情况的主要性能,包括破坏特征、极限承载力和耐火极限、变形、荷载-温度途径的影响以及各种影响因素的分析等;连续梁和框架等超静定结构的高温性能,包括破坏特征和机构、塑性铰的特点、内力重分布过程以及极限承载力和耐火极限等.     

用于ABAQUS梁单元的混凝土单轴本构模型

为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力 应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λ_t分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性。利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析。结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析。     

用应变能分析CRC梁受弯性能

依据橡胶集料混凝土本身固有的特色,其压应力-压应变曲线下面积,即应变能,比普通混凝土应变能大的特征,初步探讨了橡胶集料钢筋混凝土梁正截面受弯的基本性能,并与C50及以下强度等级的普通混凝土进行了比较,发现橡胶集料钢筋混凝土梁正截面最大受弯承载力与其内部应变能的变化有密切关系。由此建议,尝试用应变能作为钢筋混凝土梁设计参数。     

高温后钢筋混凝土粘结性能试验研究

为了提高建筑物火灾后加固设计的可靠性,探究高温后钢筋混凝土的粘结性能成为过火后钢筋混凝土性能研究的关键。通过中心拔出试验,研究了经历不同温度后钢筋和混凝土粘结性能的变化情况,得到不同温度下的τ-s曲线,并给出温度因素影响下的粘结应力-滑移本构方程。     

火灾下钢筋混凝土结构热弹塑性变形分析

为了研究钢筋混凝土结构在火灾作用下的力学性能,利用弹塑性理论,根据材料不同的屈服法则,分别给出了钢筋和混凝土材料考虑温度变形和徐变变形热弹塑性问题的增量本构方程。考虑钢筋和混凝土力学性能随温度的变化,编制程序对钢筋混凝土简支板进行了非线性分析,并利用相关文献的试验结果,对本构方程的正确性和适用性进行了验证。对火灾作用下1榀单层单跨钢筋混凝土框架进行了非线性分析,并给出了部分节点位移随受火时间的变化规律。结果表明,钢筋混凝土结构在高温下会产生很大变形,钢筋混凝土框架梁柱节点位移随受火时间变化的曲线并不是呈单调变化趋势,有拐点存在,梁柱节点竖向位移值小于梁跨中节点值。     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

受约束混凝土的应力应变模型研究综述

箍筋约束混凝土的单轴受压应力应变本构模型是分析钢筋混凝土结构和构件力学行为的关键,详细总结了受约束普通混凝土和高强混凝土单轴应力应变关系发展的关键节点,并对各本构模型的性能特点和适用范围进行了阐述.     

高温作用下钢筋混凝土梁跨中截面极限承载力的简化计算方法研究

通过已有的试验研究和理论分析认为,火灾高温下钢筋混凝土梁和常温下钢筋混凝土梁有类似的破坏形态和截面极限应变和应力分布等规律,因而常温下钢筋混凝土梁的计算准则和方法能适用于高温作用下该构件的计算和分析,但须将钢筋和混凝土的强度和变形指标根据火灾温度的变化做出一定的简化调整,在此基础上给出的高温作用下钢筋混凝土梁跨中截面极限承载力的快速计算新法——修正的等效截面法原理简单、计算过程工作量相对其它简化方法明显减少,因而具有一定的实用性,可供工程技术人员直接运用或参考.     

自密实混凝土应力-应变全曲线方程

配制了C30、C50两个强度等级的自密实混凝土,通过自密实混凝土棱柱体轴心抗压强度试验得到了其峰值应变、极限应变和应力-应变曲线。通过对试验结果的分析,建立了自密实混凝土应力-应变全曲线方程,并在此基础上给出了受弯构件受压区等效应力图形。通过试验梁的承载力试验值与理论值的对比,二者吻合较好,验证了所建立的应力-应变曲线方程的正确性,为自密实混凝土本构关系研究提供参考。     

自然火灾下预应力混凝土构件的计算研究

正意大利研究人员开展了自然火灾作用下预应力混凝土构件受弯性能研究。考虑了升降温的影响,采用常用的高温下混凝土、普通钢材和预应力钢材的本构模型,以及材料在卸载和冷却时的性能变化。对典型截面的预应力构件进行了参数分析。研究表明:对于火灾中大截面预应力混凝土     

玄武岩纤维增强材料筋混凝土梁试验及开裂弯矩计算

通过对5根玄武岩纤维增强材料(BFRP)筋混凝土梁的受弯性能试验,研究BFRP筋配筋率和混凝土强度对开裂弯矩的影响规律。基于普通钢筋混凝土梁开裂弯矩计算方法,结合混凝土受拉应力-应变关系,给出截面抵抗矩塑性影响系数关于配筋率和混凝土强度的关系曲线,建立BFRP筋混凝土梁开裂弯矩的计算模型。并用试验数据验证建议计算模型的正确性,结果表明:建议计算模型能有效预测BFRP筋混凝土梁的开裂弯矩。     

火灾下钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟

基于ABAQUS对钢筋混凝土框架结构在火灾下的倒塌数值模拟进行了研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和柱,编制了可用于应力-温度耦合场、可考虑材料失效的混凝土和钢筋材料单轴本构用户子程序,通过材料失效模拟单元的破坏;采用壳单元模拟钢筋混凝土楼板,考虑了钢筋混凝土楼板的刚度削弱、钢筋拉断;采用单元接触考虑了倒塌过程中单元之间的碰撞。以某钢筋混凝土框架结构为例,对其在火灾下的倒塌机理进行了分析。     

薄壁钢筋混凝土剪力墙结构的性能

延性等级较低的钢筋混凝土剪力墙会突然发生失效,并导致灾难性的破坏,因此建立一个精确的钢筋混凝土剪力墙模型是必要的。故用改进的可有效进行计算的纤维梁构件模拟薄壁钢筋混凝土剪力墙的性能。混凝土和钢筋作为两种独立的材料,组合在一起构成组合截面,用来描述钢筋混凝土的性能。将混凝土模型作为一种正交性材料,假设总应力的主方向与总应变主方向一致,因此在荷载过程中不断地改变方向。本构模型效仿软化膜模型(SSM),根据横向应变来减小混凝土压缩强度。该模型之后被用于一系列的数值研究中,从而评估几种参数对剪力墙非线性性能的影响。这些参数包括长宽比、横向钢筋配筋率、轴向力和混凝土抗压强度。最后得出了几个关于这种墙体系统整体性能和局部性能的重要结论。     

混凝土-砌体组合托换梁受弯性能试验研究

设计制作了2种不同组合形式、3种不同连接筋间距的混凝土 砌体组合托换梁共7根,对其进行受弯性能试验研究,分析了试件的挠度、钢筋和混凝土应变、承载能力以及最终破坏形态。研究表明：连接筋的设置能够使混凝土梁与砖砌体保持良好的整体性能,共同受力;单面、双面钢筋混凝土 砌体组合托换梁的受弯承载力较对比试件均有增加,但连接筋间距的变化对承载力影响不大;基于混凝土、砖砌体材料简化的本构关系和基本计算假定,建立了适筋混凝土 砌体组合托换梁构件的正截面受弯承载力计算式,并将其理论计算值与试验值进行了比较,验证了其准确性。     

高温后混凝土的力学性能试验研究

为了研究高温后混凝土材料的力学性能,设计24个高温后棱柱体试件进行轴心受压试验,主要考虑火灾温度对试件破坏形态、变形性能、剩余承载能力的影响,试验观察了不同温度下试件的外观变化、破坏形态,测试了其物理、力学性能指标,并分析了经历不同温度后混凝土材料的力学性能退化规律,提出了高温后混凝土的应力-应变关系以及强度计算式。研究表明:随着试件受火温度的增加,混凝土的表面颜色发生改变,并伴随龟裂现象,质量变轻;峰值应力降低,而峰值应变总体呈增大趋势。研究结果可为混凝土工程的高温后评估提供参考。     

考虑粘结滑移的RC非锚固区段平均本构关系

根据静力平衡和变形协调,针对受拉裂缝处钢筋的不同应力阶段分别考虑粘结强度变化和裂缝宽度发展的影响,推导了钢筋混凝土结构非锚固区段在粘结滑移作用下的平均应力—应变关系。应用平均平均本构关系对典型的钢筋混凝土梁试验进行非线性模拟,并与试验结果进行对比,分析表明：采用平均本构关系考虑钢筋混凝土非锚固区段粘结滑移作用的分析模型,可以获得与试验相近的计算结果,并能简化非线性分析过程。     

应变硬化水泥基复合材料加固钢筋混凝土构件弯曲破坏分析方法研究

依据应变硬化水泥基复合材料单向拉伸试验结果,提出评价该类材料单向拉伸特性的考虑断裂能的三折线模型。提出采用虚拟材料的零跨拉伸模型反映应变硬化水泥基复合材料加固层紧邻既有钢筋混凝土构件裂缝处的细小裂缝扩展过程,得到应变硬化水泥基复合材料加固既有钢筋混凝土构件时加固层数值单元的单向拉伸平均应力-应变曲线,该曲线考虑紧邻混凝土梁某裂缝的加固层细小裂缝(置于同一单元内)对单元单向拉伸应力-应变曲线的影响,继而以该平均应力 应变曲线作为加固层单元的应变硬化水泥基复合材料单向拉伸本构关系。该方法可避免不同单元尺寸对数值分析结果的影响,因此,对该类材料加固既有钢筋混凝土构件可以采用较大尺寸的单元划分进行数值分析。     

局部火灾下多层钢-混凝土组合平面框架抗火性能分析

采用考虑高温蠕变的钢材热-力耦合本构关系及考虑高温徐变和瞬态热应变的混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析软件建立火灾下钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁等构件以及节点和单层单跨框架结构的温度场和结构抗火分析的有限元分析模型,计算结果得到已有试验结果的验证。在此基础上设计一榀3层3跨钢-混凝土组合平面框架模型,建立局部火灾下该平面框架的温度场与结构抗火性能分析模型,研究局部火灾下钢-混凝土组合平面框架的抗火性能并分析其失效模式,对该平面框架的耐火极限、梁柱变形规律及柱底截面内力变化规律进行分析,并对是否考虑钢梁与混凝土板相互作用对框架梁抗火性能的影响进行研究,对梁先失效模式下框架梁与简支梁、固支梁的抗火性能进行对比分析,对柱先失效模式下钢管混凝土框架柱与两端固支钢管混凝土单柱的抗火性能进行对比分析。结果表明:梁先失效模式下考虑钢梁与混凝土板的相互作用可以充分发挥钢-混凝土组合梁的抗火性能,框架梁的抗火性能要优于简支梁且接近并略低于固支梁,柱先失效模式下两面受火时单个钢管混凝土边柱的抗火性能为框架边柱抗火性能的上限,两面受火与四面受火时单个钢管混凝土中柱的抗火性能与相应框架中柱的抗火性能较接近。