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。     

动载作用下箍筋约束混凝土柱非线性行为研究

以箍筋约束混凝土动力本构为研究基础,结合箍筋约束混凝土单轴动力受压试验得到的试验结论,建立了同时考虑箍筋约束效应和率相关效应的细观随机断裂模型,定量表述了约束混凝土柱的动力非线性行为,即损伤演化和塑性演化,模型结果与试验结果吻合度很高。     

高强箍筋约束混凝土实用本构关系模型

在轴心受压试验数据的基础上,分析了约束混凝土体积配箍率、箍筋屈服强度和素混凝土抗压强度对箍筋约束混凝土受压性能的影响,探讨了直接应用配箍特征值建立箍筋约束混凝土本构关系存在的问题,建立了箍筋约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式.归纳分析了以往典型箍筋约束混凝土本构关系模型的合理性和缺陷,提出了简化的箍筋约束混凝土本构关系模型,并和高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线进行对比.对比结果表明,所建立的本构关系模型能较好拟合高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线.     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

箍筋约束混凝土的本构关系研究

在箍筋约束下,混凝土抗压能力会得到较大地提升,因此在钢筋混凝土结构的有限元分析中,通常考虑箍筋对构件混凝土抗压性能的影响。基于OpenSees有限元分析平台,分别采用现有的三种考虑箍筋约束影响的混凝土本构关系,对两个柱的滞回试验过程进行了模拟,并与试验结果相对比。对比结果表明:Kent-Park-Scott模型和Mander模型均可以较好地模拟箍筋对混凝土约束作用。     

箍筋约束超高性能混凝土柱受压性能研究进展

为研究箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)柱的受压性能和结构设计方法,对约束混凝土柱的研究与发展进行总结分析,讨论了6种简化的约束混凝土本构模型; 重点介绍了国内外关于箍筋约束UHPC短柱、长柱的轴心受压、偏心受压力学特性最新研究成果,并对影响柱受压特性的主要因素等进行分析总结; 对目前研究中存在的问题进行了探讨,并对箍筋约束UHPC柱的未来研究方向进行展望。结果表明:目前研究主要集中于普通箍筋约束UHPC短柱的轴压性能; 箍筋约束UHPC柱需要较高的约束应力才能充分利用UHPC的高性能,并能显著改善构件延性; 钢纤维能延缓保护层开裂,抑制保护层脱落,提高构件的抗损稳定性,与箍筋具有协同组合效应并能共同发挥约束效果; 建议在UHPC构件设计时考虑纤维特性而适当减少配筋,箍筋约束UHPC短柱的轴压承载力计算可偏保守地参考普通混凝土轴压短柱承载力计算模型; 箍筋约束普通、高强混凝土本构模型不能准确评估箍筋约束UHPC柱的轴压特性,建议开发预测精度较高的箍筋约束UHPC柱的本构模型。     

锈蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

为研究锈蚀箍筋约束混凝土的本构模型,对箍筋锈蚀率、箍筋直径、箍筋间距、混凝土保护层等不同的混凝土棱柱体轴压试验数据进行了分析,得到各试件的混凝土应力-应变曲线;根据应力-应变曲线的形状和走势,并通过与现有约束混凝土本构模型的对比分析,提出了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的表达式;运用MATLAB软件对锈蚀箍筋约束混凝土的应力、应变数据进行非线性拟合,得到锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的形状控制参数;最后对锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线形状控制参数、峰值点参数进行了回归分析,建立了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型及其峰值点参数的计算模型。     

大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅰ):原理、MSC.MARC子程序开发与验证

基于钢和混凝土静态、动态本构模型和纤维梁基本原理,开发了直接能够与MSC.MARC主程序保持数据相互调用的子程序(包括材料应变率效应、被动控制、主动控制与单元生死判断)。主要涉及到材料的应变率效应,该子程序不限于只考虑静态本构模型,还考虑了动态本构模型以进一步考虑结构在动力作用下应变率因素对结构反应的影响,可结合单元生死子程序用于结构在动力作用下的弹塑性和倒塌分析。最后,将编制的应变率子程序应用于钢筋混凝土构件的弹塑性分析,并与已有试验结果对比,说明了该子程序的可靠性和准确性,同时也认为有必要考虑应变率因素对结构反应的影响。     

双层箍筋约束混凝土圆形柱竖向承载特性数值模拟

利用ABAQUS有限元软件模拟双层箍筋约束圆形柱,采用混凝土损伤塑性本构模型、钢筋双折线本构模型建立了圆形柱竖向承载特性有限元模型。分别对混凝土和箍筋采用四面体单元和六面体单元划分网格,通过应变控制加载,得到模拟的双层箍筋约束混凝土圆形柱核心混凝土的应力-应变曲线、应力云图,分析了内外层箍筋对核心混凝土的约束效应。结果表明:模拟结果和试验结果的吻合性较好。     

基于纤维模型的三维框架结构倒塌分析

基于ABAQUS程序采用FORTRAN语言进行二次开发,增加基于混凝土规范本构曲线并考虑箍筋约束的混凝土模型、钢筋材料模型,植入材料纤维失效准则,扩展ABAQUS程序实现框架结构倒塌模拟的功能。以某4层3×3跨框架为例,研究单榀框架的竖向和水平两种破坏模式,讨论楼板作用对框架结构破坏模式的影响。结果表明,有无楼板作用的框架结构破坏模式差异明显,建议模拟框架倒塌时应考虑楼板作用。     

锈蚀箍筋约束混凝土的本构关系模型

在役钢筋混凝土结构的箍筋往往发生锈蚀,对约束混凝土的应力-应变关系具有显著影响。鉴于此,综合考虑箍筋锈蚀对峰值应力和应变软化段斜率的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。首先揭示了箍筋锈蚀对约束混凝土应力-应变关系曲线的影响规律;然后基于36组锈蚀矩形箍筋约束混凝土棱柱体的轴压试验,建立了锈胀裂缝宽度和配箍特征值与峰值应力和应变软化的修正系数之间的关系;进而在经典的Kent-Scott-Park模型基础上,通过引入峰值应力和应变软化的修正系数来考虑箍筋锈蚀的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。分析结果表明,模型预测结果与试验数据吻合较好;随着锈胀裂缝宽度的增大,约束混凝土的峰值应力逐渐降低,而应变软化段的斜率逐渐增加。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

约束混凝土实用本构关系模型

探讨了约束混凝土的受压性能,分析了钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土侧向约束力的作用机理.基于双剪统一强度理论并结合钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土轴压试验数据,建立了约束混凝土统一的峰值应力和峰值应变计算公式,并对其进行了验证.与中国现行规范相结合,提出了约束混凝土统一的实用应力-应变本构关系模型,并与试验曲线进行了对比.结果表明:所提出的峰值应力和峰值应变计算公式以及本构关系模型更加精确,并且简单实用,可用于多种约束混凝土构件的非线性分析.     

氯盐侵蚀下约束混凝土力学性能试验研究

为了解氯离子侵蚀下约束混凝土的抗压力学性能,在盐雾腐蚀实验室对12组约束混凝土试件进行氯离子腐蚀试验,进而对其进行轴心抗压试验,得到不同箍筋配箍率和不同锈胀裂缝宽度下试件的受压应力-应变曲线,分析箍筋配箍率和锈胀裂缝宽度对腐蚀试件强度、刚度、延性等的影响。结果表明:随着箍筋配箍率的增大,试件的承载力和延性不断提高;随着箍筋锈蚀裂缝宽度的增大,试件的峰值荷载减小,强度降低,延性变差。并考虑箍筋锈蚀的约束作用对核心区混凝土本构关系的影响,建立了锈蚀约束混凝土受压本构关系理论模型,将其与试验数据拟合回归得到的应力-应变全曲线进行对比,两者吻合良好,故该理论模型可应用于锈蚀钢筋混凝土结构、构件的非线性分析中。     

OpenSees混凝土单轴本构关系二次开发

由于其强大的非线性分析功能,OpenSees越来越广泛地被应用于结构的非线性分析当中。混凝土本构模型是钢筋混凝土结构非线性分析的基础。详细介绍了在OpenSees中添加新单轴材料本构的基本原理。Mander模型是应用最为广泛的箍筋约束混凝土本构模型之一,但OpenSees中尚未集成Mander模型。以Mander模型为例,介绍了箍筋约束混凝土单轴滞回本构关系的开发过程,并成功地将其集成到OpenSees中。最后用三个算例验证了新添加本构关系的实用性。     

箍筋锈蚀对RC框架柱耗能能力影响研究

在钢筋混凝土构件中,箍筋不仅起着钢筋骨架的作用,而且约束构件的横向变形,改善其抗震性能。箍筋锈蚀后,其截面减小和力学性能变化会导致混凝土构件的破坏形式从延性向脆性转变。从约束指标和核心区混凝土抗压强度两方面改进约束混凝土的本构关系,合理反映箍筋锈蚀对核心区混凝土的影响。并借助OpenSees软件按此本构关系添加新材料对RC框架柱进行数值模拟,研究箍筋锈蚀对构件耗能能力的影响。最后与纵筋锈蚀引起的粘结退化对构件损伤的影响进行对比,发现箍筋锈蚀对构件的变形和损伤影响不可忽略。     

HRB500箍筋约束混凝土柱的极限承载力分析

随着高强度钢筋的推广使用,HRB500钢筋将被广泛应用于柱箍筋,以提高柱的强度和延性。根据已有的受约束混凝土的本构关系,对使用HRB500高强钢筋作为箍筋的矩形截面和圆形截面混凝土柱的轴压承载力进行理论分析,提出相关承载力的计算方法。最后,将计算结果与用现行规范计算得到的承载力进行对比,得出使用HRB500箍筋后,混凝土结构柱承载力的提高是明显的。但应对现行规范在箍筋间距、保护层厚度的取值等方面应适当加以调整,以保证高强度箍筋的作用得以很好发挥。     

约束混凝土方形截面柱轴压承载力计算方法

GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中规定,考虑箍筋约束作用时,箍筋间距不应大于80mm和核心截面直径的1/5;ACI 318-14《美国房屋建筑混凝土结构规范》中规定,考虑箍筋约束作用时,箍筋净间距不宜超过75mm,且不宜小于25mm。上述规范条款,一方面对大截面尺寸柱会造成箍筋过密而难以施工,另一方面缺乏对箍筋间距较大时约束作用的合理考虑方法。依据所收集的足尺约束混凝土柱试验,对约束混凝土柱轴压承载力进行分析,研究结果表明：按照Model Code 2010引入截面形状与纵向钢筋布置的影响系数、截面形状与箍筋间距的影响系数,考虑箍筋间距和矩形截面中箍筋约束的纵向钢筋间距的影响,约束混凝土柱承载力计算值和试验值吻合程度较好。可放宽GB 50010—2010和ACI 318-14对约束混凝土柱中箍筋最大间距的规定。     

高强箍筋约束高强混凝土本构模型研究

通过31根高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,对约束高强混凝土的应力-应变本构关系进行了研究。结果表明,采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,具有较高的箍筋侧向约束力,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;对于高强箍筋约束高强混凝土试件,当其达到峰值强度时,高强箍筋不一定屈服,即取箍筋屈服强度计算有可能高估约束混凝土峰值强度的提高程度。在试验的基础上,提出一种计算约束混凝土达到峰值强度时相应高强箍筋应力大小的迭代方法;通过对试验结果的回归分析,得到高强箍筋约束高强混凝土峰值强度、峰值应变及极限应变的计算公式;提出一种适合于高强箍筋约束高强混凝土轴心受压的应力-应变关系本构模型,并结合试验结果与国内外几种典型本构模型进行对比,结果表明该模型与试验曲线吻合较好。     

螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土本构关系模型

通过28个螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土圆柱轴压试验,研究了约束再生混凝土的本构关系模型。结果表明,螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土相比于素再生混凝土可以有效提高试件的强度和延性;混凝土强度和螺旋箍筋间距影响约束含砖骨料再生混凝土的承载力和延性。随着混凝土强度的提高,试件承载力增大,但延性变差,螺旋箍筋间距越小,试件承载力越高,延性越好;对试验数据进行回归分析,分别得到了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算式,并提出了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的本构关系模型,与试验曲线进行对比,结果表明吻合较好。