混凝土结构抗震非线性分析模型、方法及算例

结构在大震作用下会进入非线性并产生损伤,准确预测地震荷载下钢筋混凝土结构的非线性行为,对评估混凝土结构的抗震安全性具有重要意义。清华大学土木工程系近年来开发的适用于钢筋混凝土杆系结构的纤维模型THUFIBER程序,适用于预应力混凝土杆系结构的纤维模型NAT-PPC程序,以及适用于剪力墙结构的分层壳墙元模型的非线性分析程序。这些程序可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,该程序可以准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应,也可模拟爆炸、倒塌等极端非线性行为,通过一系列的数值分析与试验结果的对比和工程应用算例,说明所研发程序的精度和计算能力。     

基于MPA方法的密肋复合板结构地震位移响应分析

基于前期研究开发的密肋复合板结构非线性数值分析模型,分别采用模态静力弹塑性分析方法(MPA方法)和弹塑性时程分析方法,对满足现行规范要求的一个密肋复合板结构进行了不同地震强度(小震、中震和大震)作用下的有限元模拟计算与数值分析。对结构基于两种方法下的层间位移、楼层侧移及层间剪力有限元计算结果进行对比分析,结果表明,模态静力弹塑性分析方法可应用于密肋复合板结构在地震作用下的位移响应分析与研究。     

复位性能参数在加固计算分析中的应用

提出复位性能的基本概念及其主要参数后,通过对某抗弯承载力不足的钢筋混凝土框架结构进行五种不同加固用钢量下的复位性能分析,将复位能力系数引入到加固计算分析中,初步探讨了加固用钢量对加固后框架结构复位性能的影响,得到了一些基本结论。     

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。     

往复荷载下预应力混凝土结构的数值模拟

现阶段,预应力技术得到广泛应用,深入研究预应力混凝土结构或构件的抗震性能有着重要的工程意义。在往复荷载下,预应力混凝土结构或构件的材料和力学行为复杂,需要借助数值模型加以准确模拟。本文基于杆件结构纤维模型程序,编制了预应力混凝土杆系结构及构件的数值分析模型。利用该模型,本文对往复荷载下的一榀有粘结预应力混凝土框架试件和一榀无粘结预应力混凝土框架试件,以及一根无粘结预应力混凝土柱试件进行了数值模拟。计算结果与试验结果的对比表明,由于采用了合理而准确的材料滞回模型并合理考虑了预应力的影响,本文开发的杆系有限元数值分析模型能够准确预测往复荷载下预应力混凝土杆系结构或构件的滞回特性,可以用于预应力混凝土实际结构的计算分析及其受力机理的探讨。     

加固用钢量对框架结构抗震性能的影响

基于原有研究开发并经试验验证的纤维模型程序,对某抗弯承载力不足的钢筋混凝土框架结构基于粘钢加固方法分别采用五种不同加固用钢量下的抗震性能进行了分析,初步探讨了加固用钢量对加固后框架结构整体性能的影响,以期为加固改造领域中粘钢加固设计奠定基础。     

往复何荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟

准确预测地震荷载下钢筋混凝土柱的受力性能,对评估震后混凝土框架结构及桥梁结构的安全性和震害损失具有重要意义.由于复杂的材料性能和受力行为,地震作用下钢筋混凝土柱受力性能的准确计算目前仍需主要借助数值模拟,并且对数值模型中混凝土和钢筋材料的滞回本构关系提出了更高的精度要求.该文基于纤维分析模型,采用更加完善的反复荷载下钢筋和混凝土的本构,编制了可精确分析钢筋混凝土杆系结构及构件在往复荷载下受力性能的计算程序,并对不同轴压比和不同配筋率的2根压弯柱试件进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好.     

密肋复合板结构中各构件的耗能分配比例关系研究

密肋复合板结构的地震能量反应分析,是该类结构研究及应用领域的重要课题。作为实现地震能量反应分析的核心环节,准确确定结构中各类构件耗能需求的分配比例关系,是有效完成该类研究的重要基础。基于已开发的密肋复合板结构非线性数值分析模型,对满足现行规范规程设计要求的15个密肋复合板结构在10条地震波下的150个算例,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,提出并建立滞回耗能需求基于构件类型的分配比例实用计算公式。对比研究表明,计算式可用于15层及以下密肋复合板结构滞回耗能分配比例的计算求解。     

密肋复合板结构非线性数值分析模型研究与验证

综合考虑密肋复合墙体的外框、肋格和填充砌块三部分构成特性,基于通用有限元分析软件,运用分层壳理论及纤维模型理论并结合自定义材料子程序模型,建立了不仅能反映密肋复合板结构整体受力特性还能反映构件开裂、挤压等局部受力特性的密肋复合板结构非线性数值分析模型。通过对3个构件试验和1个结构试验进行数值模拟计算,模拟结果与试验数据吻合较好,验证了本文数值分析模型可用于密肋复合板结构的滞回性能模拟,并具有较高的计算精度。     

往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟

准确预测地震荷载下钢筋混凝土柱的受力性能,对评估震后混凝土框架结构及桥梁结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于复杂的材料性能和受力行为,地震作用下钢筋混凝土柱受力性能的准确计算目前仍需主要借助数值模拟,并且对数值模型中混凝土和钢筋材料的滞回本构关系提出了更高的精度要求。该文基于纤维分析模型,采用更加完善的反复荷载下钢筋和混凝土的本构,编制了可精确分析钢筋混凝土杆系结构及构件在往复荷载下受力性能的计算程序,并对不同轴压比和不同配筋率的2根压弯柱试件进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。