基于ABAQUS的MVLEM模型及其在RC剪力墙抗震分析中的研究

多垂杆单元模型(MVLEM)通常被用于钢筋混凝土剪力墙的抗震分析中。基于ABAQUS创建了多垂杆单元模型(ABA-MVLEM),建立了适用于纤维梁单元的混凝土和钢筋的本构模型,开发了二线型原点指向型弹簧UEL单元,并编制了ABA-MVLEM的参数化建模程序。为验证该文模型的准确性,制作了3片RC剪力墙试件并对其进行了低周反复加载试验,将试验数据与该文数值模拟结果进行对比,表明了该模型(ABA-MVLEM)模拟精度较高,可满足工程精度要求。在RC剪力墙抗震研究的应用中,ABA-MVLEM模型既可表征结构的整体响应,也可从材料层次进行细致分析,具有分析高效性和结果可视化的优点。进一步利用此模型进行参数化分析,探究高宽比、轴压比对RC剪力墙抗震性能的影响,计算发现:在相同侧向位移下,增大高宽比,RC剪力墙构件承载力显著降低,但刚度退化较为平缓;在轴压比n≤0.5时,提高轴压比对小高宽比构件的承载力提升更加明显。     

高轴压比下内藏桁架的混凝土组合中高剪力墙抗震性能研究

轴压比是剪力墙抗震设计中一个重要的控制因素,它直接关系到剪力墙的抗震性能。该文进行了5个1/3缩尺的轴压比为0.5的中高剪力墙的抗震性能试验研究。包括:1个普通混凝土剪力墙、1个内藏钢框架混凝土剪力墙、1个内藏钢筋桁架混凝土剪力墙、1个内藏钢框架-钢筋桁架剪力墙及1个内藏钢桁架混凝土剪力墙。在试验研究基础上,对比分析了各剪力墙的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征;建立了承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。试验表明:内藏钢框架及内藏桁架混凝土剪力墙的抗震性能比普通混凝土剪力墙明显提高。     

基于纤维模型的型钢混凝土组合剪力墙滞回性能分析

为更深入研究型钢混凝土剪力墙的抗震性能,在已有该类剪力墙滞回性能试验结果基础上,采用OpenSees软件中非线性纤维梁-柱单元进行低周往复加载的数值模拟,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力方法模拟纤维截面的抗剪。计算结果与试验结果总体吻合较好,表明该纤维模型法能较好模拟型钢混凝土剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应及刚度退化。该方法可为此类结构体系的弹塑性分析提供参考。     

不同轴压比下叠合板式剪力墙结构抗震性能分析

叠合板式剪力墙结构是一种新型的装配式结构,它吸收了现浇混凝土结构与预制混凝土结构的优点,已经在国内中低层建筑中推广应用。目前的研究只是针对低轴压比下的抗震性能,将其推广应用于高层建筑中必然要开展高轴压比下抗震性能的研究。首先从理论上推导了在高轴压比下叠合板式剪力墙的极限承载力,结果表明叠合板式剪力墙由于预制层中混凝土强度等级高于现浇层的混凝土,在高轴压比下叠合剪力墙的极限承载力达到甚至超过了现浇整体剪力墙。基于OpenSEES采用两种不同模型对叠合板式剪力墙在不同轴压比下的受力性能进行模拟。第一种是多垂直杆单元模型,第二种是模型是纤维截面模型。模拟结果验证了理论推导的正确性,边缘构件预制的叠合剪力墙的极限承载力在高轴压比下要高于边缘构件现浇的叠合剪力墙,而且边缘构件预制的叠合剪力墙施工更加方便。因此预制边缘构件的叠合剪力墙推广价值更大。     

冻融损伤低矮RC剪力墙数值模拟方法

出于冻融环境下RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,通过理论分析与试验回归相结合的方法对8榀冻融损伤低矮RC剪力墙拟静力试验结果进行分析,得到了综合考虑冻融损伤参数和轴压比影响的低矮RC剪力墙剪切恢复力模型,进而提出了考虑不均匀冻融损伤分布组合剪切效应的低矮RC剪力墙数值模拟方法。通过模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到各试件的滞回曲线、骨架曲线以及最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明该文所提出的数值模拟方法可较为准确地反映冻融损伤低矮RC剪力墙的力学性能和抗震性能,可用于严寒地区在役RC剪力墙结构的抗震性能评估。     

方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙的抗震性能研究

分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比,研究其抗震性能。结果表明:方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度,破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念,基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响,结果表明:开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小,但对刚度退化影响较小;轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。     

考虑翘曲的一字型配筋砌块砌体剪力墙悬臂梁模型恢复力特性数值模拟研究

基于经过试验验证过的考虑截面翘曲影响的纤维单元模型,该文考虑工程中剪力墙的可能高宽比范围、配筋率、轴压比、砌体抗压强度值等主要因素,用均匀设计法安排一字型配筋砌块砌体剪力墙悬臂梁模型数值模拟试验方案,进行拟静力试验数值模拟分析。结合实际试验结果,回归分析得到该类墙片恢复力特征参数与所考虑因素之间的经验公式,为一字型配筋砌块砌体剪力墙为抗侧力结构的高层结构弹塑性分析奠定了基础。     

基于分层壳单元与纤维梁单元组合剪力墙滞回性能分析

为系统研究带边框组合柱剪力墙组合结构的抗震性能,基于分层壳单元与非线性纤维梁单元,在ABAQUS软件中进行用户材料模型子程序二次开发。用分层壳单元模拟剪力墙,纤维梁单元模拟外围组合框架,分别对钢管混凝土组合框架、带钢管混凝土边框柱及型钢混凝土边框柱的组合剪力墙进行低周往复加载试验数值模拟。计算、试验结果总体吻合较好。在此基础上,对比分析该类组合剪力墙滞回性能、受力特征及破坏特征,数值模拟获得墙板在典型时刻的裂缝分布等与实测结果接近。研究表明,采用分层壳单元与纤维梁单元能较准确、有效模拟带边框柱组合剪力墙体系的滞回性能,亦能较好描述剪力墙裂缝发展情况。该方法可为实现高层建筑钢与混凝土混合结构体系抗震性能有效、准确的数值模拟分析提供参考。     

延性纤维增强混凝土剪力墙非线性分析及 影响其性能参数研究

以4个延性纤维增强混凝土(DFRC)剪力墙荷载作用下的抗震性能试验为基础,利用有限元软件 ABAQUS、DFRC和高强混凝土均选用合适的拉、压损伤本构关系以及单元模型,建立了DFRC剪力墙非线性模型,模拟了加载全过程和受力性能,模拟曲线与试验恢复力曲线吻合较好。在此基础上,采用试验研究和非线性模拟相结合的方法,研究了影响DFRC剪力墙抗震性能的主要因素,包括DFRC区高度、DFRC强度、剪跨比和轴压比,并给出影响剪力墙性能参数的限值及其范围。     

沿竖向耗能剪力墙的低周反复荷载试验研究

本文通过九片带竖缝耗能剪力墙和三片普通实体墙的低周反复荷载试验，对比研究了这两类剪力墙的破坏机理、耗能机理，从强度、变形、刚度、耗能四个方面综合评价其抗震性能，并研究了轴压比、穿越橡胶带的钢筋面积对带缝墙的抗震性能的影响，表明了带竖缝耗能墙具有良好的抗震性能。     

考虑非线性剪切效应的RC桥墩抗震分析模型

剪跨比较小或配箍不足的钢筋混凝土桥墩易发生剪切破坏,而现有的纤维单元模型忽略了剪切变形,不能合理评估弯剪或剪切破坏桥墩的抗震能力。为有效模拟剪切作用影响下钢筋混凝土桥墩的抗震性能,以36个剪切及弯剪破坏圆形截面钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,建立了墩柱剪切破坏时墩底转角的计算公式。利用OpenSees分析平台,建立了基于非线性纤维梁柱单元和零长度剪切弹簧单元的数值分析模型,以此来考虑弯曲和剪切效应的耦合作用。以数值模型中墩底转角来监测试件剪切破坏的发生,剪切破坏发生前模型以纤维梁柱单元模拟的弯曲变形为主;此后,桥墩地震反应以剪切弹簧单元控制,以模拟试件由于剪切破坏导致的强度和刚度退化等行为。通过对12个剪切及弯剪破坏圆形截面桥墩抗震拟静力试验的模拟结果表明,模拟的滞回曲线与试验结果吻合较好,并且能很好地模拟钢筋混凝土结构由于剪切作用引起的刚度与强度的退化现象,验证了模型的合理性。     

大型火电厂主厂房带边框柱剪力墙有限元分析

通过对某大型火电厂主厂房纵向框架-剪力墙模型结构进行的伪静力试验,研究了此类工业厂房中纵向带边框柱剪力墙结构的抗震性能问题,并采用宏观有限元方法将这种剪力墙模型结构简化为一个多垂直杆模型,通过将竖向弹簧杆元放置在Gauss积分点处,不仅可以模拟出剪力墙结构的滞回曲线、骨架曲线以及延性等性能,还明显提高了计算效率。另外,比较计算结果与试验数据可以看出:两者在滞回曲线、延性等方面基本吻合,验证了该方法的准确性与有效性,可为推广使用提供参考。     

装配式干式连接剪力墙的设计方法研究

近年来,装配式剪力墙在实际工程中得以广泛应用。在其施工过程中,水平向相邻的两块预制墙板通常通过预留的后浇带装配在一起。该方法仍然需要大量的现场浇筑作业。因此,干式连接成为了进一步提高装配式结构施工效率和抗震性能的优化方案之一。该文针对一种新型装配式干式连接剪力墙的数值模拟及其设计方法开展了研究。建立了单层装配式干式连接剪力墙的有限元模型,并对其模拟了与前序拟静力试验相同的加载方案。模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了模型的有效性。基于以上建模方法,建立了2个具有不同参数的10层干式连接剪力墙的有限元模型,开展了Pushover分析,优化了干式连接件在高层结构中的设计。根据数值分析结果,提出了装配式干式连接剪力墙在高层建筑结构中基于振型的设计公式。     

上下层插筋连接预制混凝土空心模剪力墙有限元分析

讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新老混凝土界面的不同方法,建议了有限元界面模型的参数定义方法,并通过试验验证了其合理性。基于新老混凝土界面模拟方法,对上下层插筋连接的预制混凝土空心模剪力墙的有限元模拟方法进行了验证。通过恒定轴压力及单调水平力作用下的有限元推覆分析,针对空心模剪力墙的受力性能进行了关于插筋搭接长度、插筋端头位置、插筋总受拉承载力、后浇混凝土强度和轴压比的参数分析。结果表明,所采用的新老混凝土界面模拟方法及基于其进行的空心模剪力墙有限元模拟准确、合理;插筋搭接长度取1.2倍锚固长度能够满足要求;增大插筋总受拉承载力可提高墙体承载力,受拉开裂较严重的区域上移并向内延伸;为充分发挥墙体的承载能力,建议后浇混凝土强度不应低于预制混凝土强度;轴压比较大时,墙体受压损伤区域增多,影响墙体的承载力稳定性和变形能力,建议在墙体底部增设拉筋及水平分布筋,以改善墙体在较高轴压比下的抗震性能。     

考虑压-弯-剪相互作用的纤维混凝土剪力墙变形能力分析

为了准确预测地震作用下高性能纤维增强混凝土剪力墙的受力性能,综合考虑压、弯、剪相互作用的破坏机理以及纤维增强混凝土超高受拉应变硬化性能,基于修正压力场理论和单向弯剪模型,提出了高性能纤维增强混凝土剪力墙变形能力分析模型。通过与4片高性能纤维增强混凝土剪力墙低周往复试验骨架曲线的对比研究,验证了剪力墙分析模型的准确性,讨论了影响其变形能力的的主要因素。研究结果表明:该文提出的考虑轴力-弯矩-剪力相互作用的高性能纤维增强混凝土剪力墙荷载-变形模型,可用于单调荷载作用下剪力墙的变形能力分析。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明:这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。