土结相互作用对框架结构倒塌的影响研究

在结构的强震倒塌研究中, 结构底部土体的变形会影响上部结构的非线性性能和倒塌机制。该文以一10层钢筋混凝土框架结构为例, 利用纤维梁模型模拟梁、柱的非线性反应, 并根据ATC-40的土体弹簧模型分别考虑软弱土、中软土、中硬土的影响。分析表明, 考虑土结相互作用后, 结构顶点位移变大, 由此产生的结构侧移会加大结构的整体二阶效应, 同时结构的变形明显集中于首层, 对结构反应不利;从结构的破坏形态来看, 不考虑土结相互作用, 结构的破坏始于首层柱底, 而考虑土结相互作用后, 首层柱顶首先屈服破坏, 在上部结构塑性性能未充分发挥前, 结构底层发生倒塌破坏, 结构的抗倒塌能力降低。     

超长复杂隔震结构抗连续倒塌性能分析

以某医院的超长复杂隔震结构为工程背景,对超长复杂隔震结构进行了抗连续倒塌研究。运用非线性有限元软件建立考虑楼板作用的精细三维模型和未考虑楼板作用的简化三维模型,通过非线性动力拆除构件法对两种模型进行了分析,对比两种模型的抗倒塌能力。结果表明：该超长复杂隔震结构仅拆除1根柱时,结构未发生连续倒塌,且角柱对该隔震结构的连续倒塌影响较大|拆除2根柱时,未考虑楼板作用的简化三维模型发生了连续倒塌,而考虑楼板作用的精细三维模型未发生连续倒塌。因此,不考虑楼板作用的简化三维模型计算结果会偏于保守,进行结构抗连续倒塌时需考虑楼板的影响。     

基于多尺度模型的RC框架撞击倒塌响应数值分析

为了在保证计算精度的同时提高撞击荷载作用下RC框架结构连续倒塌分析的计算效率,本文基于有限元软件LS-DYNA,建立了撞击响应分析的多尺度模型。针对该模型分别采用拆除构件法和撞击全过程分析法分析了撞击荷载下框架结构的连续倒塌动力响应。结果表明：拆除构件法在分析撞击作用下结构的连续倒塌时,由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度,低估了结构的动力响应,不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式;多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式,同时计算时间仅为精细模型的三分之一,满足整体结构系统撞击倒塌分析的需要。     

基于新型大变形平板壳单元的剪力墙模型及其在OpenSees中的应用

数值模拟是研究超高层建筑地震灾变行为的重要手段。地震作用下,剪力墙作为超高层结构的重要抗侧力构件往往呈现出复杂的受力状态,甚至因结构倒塌而产生大变形破坏,因此有必要开发一个能准确考虑大变形的剪力墙单元。该文基于广义协调元理论和更新Lagrangian列式,提出了一种高性能四边形平板壳单元及其几何非线性列式,并将该模型集成于开源有限元程序OpenSees中,以经典算例验证了该单元的性能和应用于大变形计算的可靠性。通过将该单元与分层壳截面结合,该文对多种类型的剪力墙构件进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了该单元能较好的模拟剪力墙的复杂受力特性,且能有效模拟钢筋混凝土构件倒塌的关键特性,为进一步开展基于OpenSees的超高层结构地震灾变行为研究提供参考。     

FRP加固混凝土梁受弯剥离破坏的有限元分析

FRP加固钢筋混凝土梁受弯剥离破坏是一种非常常见的破坏形式。首先基于微观尺度有限元分析,对受弯剥离破坏的机理进行了研究,提出了一个受弯剥离的双重剥离破坏准则,以及相应的界面粘结滑移关系,使得受弯剥离可以由基于普通弥散裂缝模型的混凝土单元来加以模拟,并开发出了相应的FRP-混凝土界面单元模型。将该界面单元嵌入通用有限元程序MSC.MARC,对45根受弯剥离破坏的试验梁进行了有限元分析。分析结果表明,提出的计算模型与试验结果吻合良好,可以真实模拟受弯剥离破坏过程。     

多尺度有限元建模方法及其应用

在有限的计算条件下,为了尽可能的提高结构有限元分析的精度,本文引入了有限元多尺度计算方法。通过寻找有限元微观模型与宏观模型的界面连接方法,从而使精细的有限元模型可以自然地植入宏观模型,有效实现不同尺度模型间的变形协调。通过编制用户子程序,在有限元软件中对界面连接的合理性进行了算例验证,为多尺度有限元计算在结构分析中的应用提供了条件。最后采用多尺度建模方法,给出了钢结构弹塑性时程分析的应用实例。     

基于Pushdown分析的RC框架抗连续倒塌承载力研究

目的 分析了典型钢筋混凝土框架的抗连续倒塌承载力规律,为抗连续倒塌设计和研究提供参考.方法 采用非线性静力Pushdown方法,对不同抗震设防烈度的非整体现浇板框架和整体现浇板框架的抗连续倒塌承载力进行了分析和对比.结果 层间不均匀内力是导致多层框架梁共同作用时相对承载力偏低的原因.梁机制和悬链线机制作用下框架结构的抗倒塌承载力分别由框架梁的抗弯承载力和抗拉承载力决定.结论 抗震设计增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力提高有限.楼板显著增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力的增强效果则取决于参与工作的楼板宽度.     

变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析

准确预测地震作用下钢筋混凝土(RC)柱的受力特性,对评估混凝土结构的抗震性能具有重要意义。地震作用下,混凝土结构中的RC柱除承受水平荷载外,还由于地震作用引起的倾覆力矩影响承受变轴力作用。因此,往复荷载下RC柱受力及变形特性的研究应该考虑变轴力的影响。首先通过恒轴力和变轴力下RC柱滞回性能的模拟,验证了本研究基于纤维模型程序开发的数值分析模型的准确性。然后,利用该数值模型和分析程序,对一RC柱进行了不同变轴力模式下滞回性能的分析研究。分析结果表明,轴力的变化对RC柱的滞回性能有很大影响。由于非耦合型变轴力变化过程的随机性,为便于变轴力下RC柱的抗震性能分析和试验研究,提出了等代定轴力的概念及其确定方法。     

用ANSYS Solid 65单元分析混凝土组合构件复杂应力

在有限元软件ANSYS中为混凝土材料专门定义了一种单元 :Solid 65。它预先定义好混凝土的破坏准则 ,可以模拟混凝土材料特有的开裂、压碎等力学现象。通过 4个科研项目实例 ,介绍了Solid 65单元在框架、叠合梁、约束混凝土柱、组合结构节点等问题中的应用。讨论了Solid 65单元和钢筋、型钢、钢管、碳纤维等不同材料组合工作时建模方法及相互连接的处理。并对一些常见错误进行归类分析 ,提出了解决方法。     

不同地震剪力系数控制方案对某超高层建筑结构抗震性能的影响

地震剪力系数是结构抗震设计的重要参数,我国现行抗震设计规范对最小地震剪力系数有明确的限值要求,当楼层的最小地震剪力系数不满足要求时,需调整结构基底剪力和各楼层的水平地震剪力使其满足规范的要求,当基底剪力与规范限值相差较多时,尚需调整结构布置或改变结构体系使其满足要求。工程实践表明,对于基本周期较长的超高层建筑一般很难满足最小剪力系数限值要求,若采用调整结构布置的方法,往往会导致材料用量大幅增加。以位于8度抗震设防区的某超高层建筑结构为例,分别采用三种不同的楼层地震剪力系数控制方案建立三个模型,并对其进行了多遇地震弹性分析、罕遇地震弹塑性分析和材料用量对比。研究表明,改变结构布置使所有楼层的计算地震剪力系数满足规范要求设计的结构(模型A),刚度最大,材料用量最大;对不满足最小地震剪力系数要求的楼层,采用放大地震剪力按规范验算位移,并进行构件设计的结构(模型B),其刚度和材料用量均低于模型A;不改变结构布置,先按规范验算位移,再对不满足最小地震剪力系数要求的楼层放大地震剪力使之满足规范要求并进行构件设计的结构(模型C),其刚度和材料用量均略低于模型B。在罕遇地震作用下结构弹塑性响应方面,三个模型均能满足规范要求,模型B与模型C的位移响应较为接近,模型A的位移响应略小。