考虑纵筋屈曲及疲劳损伤的钢筋混凝土柱抗震性能试验研究与非线性分析

基于柔度法的纤维模型能更高效地计算钢筋混凝土柱的材料强非线性受力特征,但不考虑纵筋屈曲、疲劳损伤的钢筋本构模型仍将明显降低其受力后期的数值模拟精度。以8根钢筋混凝土柱抗震性能试验结果为基础,在OpenSees平台上采用可以考虑纵筋屈曲、疲劳损伤的钢筋本构模型以及柔度法纤维模型,对柱的滞回性能进行分析。分析结果表明,与小轴压比柱相比,纵筋屈曲对高轴压比柱峰值荷载之后的水平承载力退化影响更明显;对纵筋长径比小于3.0的柱,纵筋屈曲对非线性分析结果的影响可基本忽略;纵筋长径比为5.00~8.75且柱轴压比较小时,纵筋屈曲对分析结果有一定影响,但考虑疲劳损伤的计算结果能更好模拟柱软化段的水平承载力退化特征;柱轴压比较大且纵筋长径比为6.25~7.00时,考虑纵筋屈曲、疲劳损伤均会明显减小承载力退化的计算误差。同时考虑纵筋屈曲及疲劳损伤的分析结果能更好地反映柱的承载力退化特征。     

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。     

基于纤维模型的钢筋混凝土柱弹塑性数值模拟

简要介绍了纤维模型的原理,并应用OpenSees程序中的纤维模型单元对一钢筋混凝土柱模型试验进行了模拟。证明纤维模型能更精确和完整地模拟梁、柱单元的非线性全过程,适用于结构的弹塑性分析。     

基于OpenSees钢筋混凝土空心桥墩的抗震性能分析

运用OpenSees软件,利用纤维模型方法建立了钢筋混凝土空心桥墩有限元模型,并进行了拟静力加载过程分析,研究恒载轴压比和纵筋配筋率对混凝土空心桥墩抗震性能的影响,结果表明:基于OpenSees有限元软件建立的纤维单元有限元模型,模拟结果和试验结果吻合度较高,说明建立的模型能正确反映桥墩的抗震性能;提高恒载轴压比和增大纵筋配筋率,钢筋混凝土空心桥墩的抗震性能均得到显著改善,但随着恒载轴压、纵筋配筋率的增大,残余位移也相应增大。     

高轴压比CFRP约束钢筋混凝土圆柱抗震性能试验与有限元分析

为研究高轴压比下FRP约束钢筋混凝土圆柱的抗震性能,对6根碳纤维约束钢筋混凝土圆柱及2根对比柱进行伪静力试验。结果表明:塑性铰区包裹碳纤维可显著改善高轴压比柱的抗震性能,轴压比较高时不应忽略箍筋对核心混凝土的约束贡献。基于OpenSees中的纤维模型,对柱水平力-位移滞回曲线进行有限元模拟。轴压比小于0.45时,数值模拟与试验结果吻合较好;轴压比大于0.45时,考虑核心混凝土受箍筋及FRP双重约束的计算结果与试验结果更为接近。分析轴压比、FRP包裹长度等参数对约束柱抗震性能的影响,轴压比大于0.6时,FRP约束混凝土圆柱的水平承载力开始降低;FRP在塑性铰区的包裹长度为1.2倍柱直径时,可达到与全柱包裹相当的效果。     

钢筋混凝土柱拟静力试验数值模拟分析

采用OpenSees中的非线性纤维单元对4根钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了数值模拟.分析表明,非线性纤维单元能够较好地模拟构件的滞回性能,钢筋的屈服强度和硬化系数对模拟结果影响较大,考虑钢筋屈曲能比较准确地描述构件在破坏阶段刚度和强度的退化行为,与试验结果更为吻合.     

梁柱节点的单元模型校准与其组合体试验方法对比

梁柱节点是钢筋混凝土结构中受力性能复杂的重要部位,其有限元模型的合理性是结构非线性数值模拟成功实施的关键。在OpenSees结构分析平台上,以力学模型较为细化的梁柱节点单元(beam-column joint element)模型为研究对象,在合理确定梁柱节点单元各分量的参数取值方法的基础上,分别以多组钢筋混凝土梁柱组合体试件的梁端加载、柱端加载试验结果为依据,对有限元模拟结果的准确性进行校准,并在此基础上分析了同一组合体试件分别采用梁端加载、柱端加载两种试验方法时模拟结果的差别。结果表明：梁柱节点单元中模拟节点内纵筋滑移分量的材料模型存在较明显误差,当滑移较小时,模拟结果有相对较好的精度;当梁纵筋滑移量较大时,模拟的组合体整体滞回性能与试验结果相比误差较大;当梁、柱纵筋黏结滑移值较小时,同一组合体试件在梁端加载、柱端加载两种试验方法下的节点非弹性变形相近。     

考虑柱脚纵筋滑移的平面框架拟静力试验数值模拟

目前对于钢筋混凝土框架的数值模拟大多没有考虑柱子底部纵筋的滑移。基于OpenSEES平台对一榀三层三跨的带有翼缘板的混凝土框架多点位移控制的低周反复加载试验进行模拟。通过在柱纤维单元下串联一个零长度截面单元来模拟底层柱脚的应变渗透现象,用bond-slip材料定义柱底纵筋的粘结滑移关系。数值模拟结果表明:考虑柱底纵筋滑移模型较不考虑柱底纵筋滑移模型与实验结果吻合更好,但是后期模拟值略小于实验值。因此,柱底纵筋应力滑移模型仍需进一步试验研究和验证。     

考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析

基于材料本构关系的纤维模型能有效模拟柱在变轴力与双向弯矩耦合作用下的非线性反应,但常规的纤维模型分析方法忽略了纵筋滑移。在纤维模型基础上,采取在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法以模拟杆端纵筋滑移的影响。以钢筋混凝土柱为例,将弯曲转角、滑移引起的固端转角等模拟结果分别与柱在低周反复荷载作用下的试验数据进行对比,校准了该模型化方法。考察了6层钢筋混凝土平面框架的非线性地震反应,研究了底层柱根纵筋滑移对框架整体和局部反应的影响。结果表明,模拟分析的纵筋滑移规律与柱的试验结果相符较好。底层柱根纵筋滑移有增大框架整体非线性地震反应的趋势,并将改变底层柱非线性变形的组成方式,减小其柱端塑性铰区的非线性弯曲变形。     

不同建模因素对钢筋混凝土柱滞回曲线的影响

数值模拟是研究结构和构件抗震性能的重要手段之一。本文以一根钢筋混凝土柱的拟静力试验为基础,通过有限元软件OpenSees,采用非线性纤维单元进行了有限元模拟,分析了网格划分、积分点数量的选取对模拟结果的影响。通过分析比较,最后给出相应的合理参数。     

芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的轴压比限值分析

基于约束混凝土的本构关系理论,对芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的受力特性进行分析,推导出芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱截面在大、小偏心受压界限破坏条件下的轴压比,研究了纵筋等级、箍筋体积配箍率和芳纶纤维布体积配箍率对柱轴压比限值的影响,研究结果表明:芳纶纤维布和箍筋约束可明显提高混凝土的峰值应力与极限压应变,改善混凝土的受力性能;芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱可明显提高其轴压比限值,芳纶纤维布和箍筋的体积配箍率越大,界限轴压比越大;抗震设计时,为了提高框架柱的延性,除了增大箍筋的配置外,尚应合理选用纵筋的直径和等级。     

复材筋与钢筋混合配筋混凝土柱的抗震性能分析

为考察纤维增强复合材料筋与钢筋混合配筋混凝土柱的抗震性能,采用Open SEES软件进行有限元分析,并与试验结果比较验证了模拟的准确性。在此基础上探讨了混合配筋柱破坏模式、二次刚度比、残余变形和累积耗能等特性,发现复材筋与普通钢筋之间的配置比例对其破坏模式和位移延性有较大影响,"复材筋"配置较少时,混合配筋柱将达不到2%的位移延性需求。在保证"复材筋"配置比例的前提下,混合配筋柱比普通钢筋混凝土柱具有稳定上升的屈服后刚度和相近的耗能能力,柱构件的残余变形大幅减小,表明其在建筑结构中具有较好的应用前景。     

纤维布加固锈蚀混凝土柱抗剪承载力的试验研究

采用复材对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维布对不同箍筋锈蚀程度混凝土方柱进行外包加固。通过水平低周往复加载的方式,研究了PET纤维布外包损伤钢筋混凝土柱的约束机理,并通过试验结果分析了箍筋锈蚀对柱进行PET纤维布抗剪加固的影响。试验结果表明:随着箍筋锈蚀率的增大,柱的抗剪承载力下降;损伤钢筋混凝土柱在经过PET纤维布加固后,试验柱的极限承载力得到了明显提高,但PET纤维布的利用率随着箍筋锈蚀率的增大而降低。根据试验结果分析,提出考虑箍筋锈蚀率的PET纤维布抗剪折减系数k_(pf)和PET纤维布加固锈蚀钢筋混凝土柱受剪承载力计算模型,计算值与试验值吻合较好。     

钢筋混凝土柱端部箍筋配置对抗震性能的影响

对3根截面尺寸与纵向受力钢筋配置相同但两端箍筋配置不同的钢筋混凝土柱进行地震模拟试验,研究了钢筋混凝土柱在地震作用下,柱端端部或柱端腹部箍筋进行加密对柱水平承载力、柱端纵向受力钢筋变形及裂缝产生的影响。试验结果表明:对柱端端部箍筋加密,可以提高钢筋混凝土柱的水平承载力;在转角覫=1/33范围内反复荷载作用下,对柱端端部箍筋加密,可以提高钢筋混凝土柱的整体强度;在转角覫=1/50范围内,钢筋混凝土柱在持续反复荷载作用下,对钢筋混凝土柱端某一部位的箍筋加密,可以减小反复荷载作用对该部位的纵向受力钢筋变形;对钢筋混凝土柱端箍筋加密,对混凝土柱受压区的裂缝产生没有太大影响,但可以减小受拉区箍筋加密区域的裂缝生长。     

配置多重复合箍筋的钢筋混凝土框架结构 抗震性能

设计并制作了3根配置多重复合箍筋的钢筋混凝土柱,进行了低周反复荷载试验,基于Mander模型和修正Kent-Park模型建立了框架柱在不同约束条件下混凝土的本构模型,采用OpenSees对混凝土柱试件进行了有限元分析; 通过与混凝土框架柱的试验结果对比,验证了多重复合箍筋约束的混凝土本构关系和框架柱建模的合理性,进一步建立了配置多重复合箍筋的钢筋混凝土复杂框架结构的有限元分析模型,并进行了时程反应分析。结果表明:3根多重复合箍筋约束混凝土柱的滞回曲线均呈较为饱满的弓形,表现出良好的塑性变形性能和耗能能力; 有限元模拟结果中的峰值荷载与试验结果较为接近,滞回曲线形状与试验结果基本吻合,建立的有限元模型能较准确地分析该类复合配筋柱的受力性能; 复杂框架结构的顶点位移在天津波作用下最大,在X,Y方向分别为341 mm和500 mm,结构整体位移角分别为1/120和1/82; 最大层间位移角出现在框架结构第3层,在X方向和Y方向分别为1/66和1/57,均能够满足现行抗震设计规范要求; 该钢筋混凝土框架结构的屈服顺序为梁端先于柱端发生屈服,实现了预期的“强柱弱梁”地震破坏机制。     

钢筋混凝土柱低周反复试验数值分析的参数研究

为较好研究钢筋混凝土柱抗震性能的数值模拟方法,本文通过合理选取材料本构关系,采用有限元软件OpenSees中由纤维截面建立的基于力的梁柱单元对课题组2根及清华大学4根钢筋混凝土柱低周反复加载试验试件进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,采用基于力的纤维截面梁柱单元能够较好地模拟低周反复荷载作用下柱的滞回反应以及耗能特性;基于修正的Kent-Park方法计算的受约束混凝土本构关系参数能较好地体现柱的受力特征。     

钢筋混凝土柱的拟静力试验及其数值分析

基于我国现行建筑抗震设计规范设计了一组钢筋混凝土柱,并对其进行了拟静力试验,获得了试验柱的主要破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。试验表明,在单调周期荷载作用下,钢筋混凝土柱产生的破坏形式主要是弯曲破坏,破坏时柱底保护层混凝土部分剥落,部分箍筋和纵筋屈服,箍筋起到了良好的约束作用,柱的滞回曲线呈现弓形,形状饱满,具有良好的耗能能力。在试验的基础上,以ABAQUS为分析平台,对试验柱建立了基于纤维梁柱单元的数值分析模型,通过将数值分析与试验结果的对比分析,验证了所建立的数值模型的合理性与可行性,为深入进行钢筋混凝土柱抗震性能的研究奠定了基础。分析表明,钢筋的本构关系对钢筋混凝土柱的非线性数值模拟结果影响较大,为保证数值分析结果的实用性,有必要对其进行更为深入的研究。     

考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土柱模型化方法及应用

采用纤维模型梁柱单元和与之串联的零长度单元,模拟柱的弯曲机制和剪切机制。利用OpenSees提供的Limit State Material和Shear Limit Curve材料模型,定义钢筋混凝土柱的非线性剪切效应及其与弯曲效应的耦合。通过与不同学者的试验结果比较,验证了该方法的可靠性。最后,对笔者完成的原位推覆试验的一榀平面框架进行了Pushover分析。结果表明,考虑非线性剪切效应的模型化方法能较好地模拟钢筋混凝土柱抗剪承载力和刚度的退化现象,传统的纤维模型梁柱单元难以反映配箍不足的钢筋混凝土柱的弯剪破坏机制。该方法可用于存在抗剪能力缺陷的框架结构的非线性分析。     

端部箍筋配置对RC柱抗震性能的影响

为了研究在不同转角范围内,钢筋混凝土柱在反复荷载作用下,两端箍筋的配置量及配置方式对柱端弯矩、柱抗压缩变形能力及柱端主筋变形的影响,浇筑了5根主筋配置与截面相同但两端箍筋配置量不同的钢筋混凝土柱并进行了试验。通过试验得到了不同转角范围内,柱端端部及柱端腹部箍筋的配置量及配置方式对柱的抗弯强度及抗弯变形能力、抗压缩变形能力等参数的影响趋势,以及柱端端部和柱端腹部箍筋的配置量对端部主筋变形的影响趋势。     

地震作用下框架结构连续倒塌模拟比较研究

基于ABAQUS对采用不同钢筋和混凝土单轴本构模型的钢筋混凝土框架结构在大震作用下的连续倒塌数值模拟进行了比较研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和柱,壳单元模拟钢筋混凝土楼板。分别编制了两种可用于模拟纤维梁单元失效的混凝土和钢筋单轴本构的用户子程序,考虑了钢筋混凝土楼板的刚度削弱、单元失效与接触。对某钢筋混凝土框架结构采用4组不同本构关系的计算结果进行了详细比较,结果表明不同材料模型得到的倒塌初始状态及初步发展趋势是一致的。