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。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

往复荷载作用下异形柱节点抗震性能改善措施

在节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋以改善异形柱节点这一薄弱部位,研究往复荷载作用下异形柱框架节点的抗震性能,对比不同改善措施对节点的破坏特征及承载性能、滞回性能、耗能能力及累积损伤等抗震性能指标的影响。结果表明：在异形柱节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋均能改善异形柱节点的滞回特性,提高节点的承载能力和变形能力,减缓节点的累积损伤程度,从而提高异形柱节点的抗震性能。与T形钢骨、槽形钢骨增强的异形柱框架节点试件相比,X形配筋对改善节点的抗震性能指标效果更显著。     

轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。     

多层轻钢框架的往复水平荷载试验

本文介绍了一榀２层轻钢框架在往复水平荷载作用下试验研究的基本内容及主要结果，包括了试件设计、测点布置、加载方式及主要试验结果。根据试验研究结果，本文对多层轻钢框架结构的抗震性能、恢复力特性、延性等重要力学指标给出了相应的结论。     

爆炸荷载下钢筋混凝土柱动态响应分析的宏观模型

目前常用于爆炸荷载下钢筋混凝土柱动态响应分析的精细化模型,建模复杂、计算效率低,难以在大规模计算中应用。该文研究了纤维模型在模拟爆炸荷载下钢筋混凝土柱动态响应和破坏的缺陷,针对该缺陷在纤维模型的基础上引入弹簧单元,建立了爆炸荷载下钢筋混凝土柱动态响应分析的宏观模型,并给出了模型参数的确定方法。最后以某典型钢筋混凝土柱为例,分别通过精细化模型和宏观模型对其在不同爆炸工况下的动态响应和破坏进行对比分析,结果表明,提出的宏观模型在计算效率高的同时,能够明显弥补纤维模型的缺陷,达到和精细化模型相近的分析结果。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究EI北大核心CSCD

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

地震作用下钢筋混凝土柱受力性能研究

采用多弹簧模型对钢筋混凝土柱在水平反复荷载作用下的受力过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,所建多弹簧计算模型较好地反映了钢筋混凝土柱的受力性能。针对目前钢筋混凝土柱试验研究的不足,选取轴压比、加载路径、加载幅值、荷载循环次数、变轴力等进行参数研究。研究发现:地震作用下大轴压比柱延性较小,对抗震不利;双向加载时,随两方向幅值比减小,矩形和菱形加载路径下柱的延性显著减小;加载幅值增量及荷载循环次数的变化对柱骨架曲线形状影响不明显;变轴力加载下柱的滞回性能表现出明显的不对称性,但柱滞回耗能和极限位移与定轴力加载情况基本一致。     

风荷载作用下柱支承钢筒仓的受力性能

利用数值方法研究在风荷载作用下柱支承钢筒仓中圆柱壳的结构行为。首先总结作用于圆柱壳的周向风压分布,然后通过线性应力分析及几何非线性分析研究柱支承圆柱壳的受力性能特别是其稳定性,着重分析支承宽度的影响,最后探讨柱承圆柱壳的初始缺陷敏感性。     

循环荷载作用下钢筋混凝土短柱受剪性能尺寸效应机理分析

为了研究钢筋混凝土短柱在循环荷载作用下受剪性能尺寸效应产生的机理,应用三维刚体弹簧元法,基于梁-拱模型,对3个不同截面尺寸的钢筋混凝土短柱抗剪作用进行分解,结果表明:应用三维刚体弹簧元法能较好地模拟不同截面尺寸钢筋混凝土短柱在循环荷载下的受剪性能;当达到极限荷载时,随着截面尺寸的增加,以名义剪应力为评判标准的抗剪强度逐...     

波浪作用下抛石潜堤的动态稳定数值模拟

抛石潜堤在港口工程中得到广泛应用, 该文运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了抛石潜堤模型, 分析了刚度和摩擦系数两个细观参数对模型分析的影响。结合工程实例, 合理确定了抛石潜堤颗粒流模型的细观参数, 克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设, 形象而直观的模拟分析了抛石潜堤的动状稳定破坏。研究表明, 在波浪荷载作用下, 抛石重量是影响失稳的主要因素, 其次是堤顶宽度及断面坡度。抛石重量越大, 堤顶宽度越大, 断面坡度越缓, 则抛石潜堤的整体稳定性越好。应用此结论, 针对该工程, 对抛石潜堤进行了结构优化, 得到不同的抛石块体以及不同的断面形状的优化潜堤结构。     

受弯CFL加固RC梁界面疲劳裂缝扩展行为研究

碳纤维薄板(CFL)与混凝土粘结界面的疲劳性能是CFL加固RC梁关键的力学问题之一。应用疲劳与断裂力学方法给出了受弯CFL加固RC梁界面疲劳裂缝尖端的应力强度因子计算方法,并结合理论推导与一系列的疲劳实验研究,对加固梁中CFL与混凝土界面疲劳裂缝扩展的规律和预测方法进行了分析。结果表明:1)CFL的应变值与界面裂缝的应力强度因子的大小成正比,是界面疲劳裂缝扩展寿命的决定因素。当CFL的应变值小于疲劳破坏门槛值时,界面疲劳裂缝不会发生扩展;2)界面裂缝扩展主要分为萌生、稳定扩展、失稳扩展三个阶段。受弯CFL加固RC梁的界面疲劳裂缝的扩展寿命可以用类似于Paris公式的方法较准确地预测。     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。     

预应力箍板RC柱抗震性能数值模拟及试验验证

为全面了解设置预应力箍板(PSJ)RC柱抗震性能,进一步研究施加横向预应力构件受力机理,建立PSJ-RC柱有限元模型,以剪跨比、轴压比、预应力度以及箍板用量为主要参数,开展弹塑性数值模拟。分析其破坏形态、承载力和变形能力,并进行不同轴压比、预应力度试件的试验验证。设置PSJ能够有效提高试件抗剪承载力,明显改善试件变形能力,尤其对高轴压比柱抗震性能的提高。增加预应力度能提高试件位移延性,预应力度宜控制在0.3―0.5,低于0.15可能导致箍板参与抗剪和横向约束作用降低,箍板配置参数在0.75―1.0能够最大发挥材料效能。设置PSJ能有效提高RC柱抗震性能,施工工艺简单、可行,可供工程实践参考。     

纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究及数值模拟

为了改善钢筋混凝土（RC）柱的抗震性能和损伤容限,在柱端局部采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土,考虑轴压比和剪跨比,设计了9根FRC柱以及1根RC对比柱试件。通过拟静力试验,观察试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展过程和破坏形态,研究其滞回性能、变形和承载能力、耗能能力及刚度退化规律等。结果表明,与RC柱相比,剪跨比为2.0的FRC柱仍为压弯破坏,强度和刚度退化缓慢,具有较好的变形能力、耗能能力和损伤容限;轴压比及剪跨比对FRC柱的变形能力和耗能能力有明显影响;FRC柱仅需配置抗剪箍筋,不必另外配置约束箍筋,即可满足变形和耗能要求。基于OpenSees有限元软件,建立了多组FRC柱的有限元模型,在对有限元模型进行试验验证的基础上,进行参数分析。研究结果表明：模拟滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;剪跨比、轴压比及FRC强度对FRC柱的承载能力均有一定影响。     

团块缺陷结构对岩石静动力学特性影响的数值模拟分析

基于颗粒流离散元法和PFC^2D程序构建含团块缺陷结构的岩石数值模型试样,指定试样中部1 cm半径范围为团块缺陷,通过0.1倍、1倍和10倍关系改变团块细观力学参数,构建A、B和C三种数值试样类别,分别进行三轴压缩和三轴疲劳试验。通过试样破坏特征、强度特征、团块及周边应力、应变率特征分析缺陷岩石静、动力学特性。试验结果表明,压缩和疲劳荷载下A类试样在团块左右方向应力集中,而上下方向（包括团块内部）为低应力区;C类试样与之相反,B类试样无明显应力集中现象。无论压缩或疲劳荷载,A类试样团块应变率高于四周,C类试样与之相反,B类试样无明显应变率差异化。研究成果揭示：1）岩石内部团块状缺陷结构无论其材料强度高低均劣化岩石抗压强度;2）静动荷载加载过程中含团块缺陷岩石内部表现出应力场不均匀性和应变差异性。     

斜向水平荷载作用下双向不等肢配箍框架柱受剪性能试验研究

通过三根不等肢配箍矩形框架柱在斜向低周水平反复荷载作用下的模型试验,结合以往试验数据,从滞回性能、刚度退化、延展性、耗能能力等方面对不等肢配箍矩形框架柱的抗震性能进行分析。分析表明:剪切破坏不等肢配箍矩形框架柱较差;刚度在加荷初期退化不明显,随着斜裂缝出现和位移的增加,刚度退化程度加大;延性系数和极限转角均随加载角度的增大而增大。在0o加载角时,构件的耗能能力最强,当加载角度为15o和75o时构件的耗能能力相差不大。     

预应力钢板箍约束RC柱轴压性能数值模拟及试验验证

为研究预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket, PSJ)约束下RC柱的轴压性能,分析施加横向预应力构件的轴压作用机理,建立了PSJ约束RC柱有限元模型,开展弹塑性数值模拟,并进行试验验证。结果表明,增大箍板预应力能减小约束RC柱竖向裂缝宽度,提高其轴压承载力,但可能减小约束柱的轴向峰值变形。箍板配箍特征值的增加能够显著提高约束RC柱的承载力和变形能力,并改善其破坏模式。由于箍板与RC柱外表面间空隙的存在,预应力钢板箍的拉应变增量要滞后于箍筋的拉应变。     

复杂载荷下油井管接头数值仿真平台的研发与应用

日益复杂的油气井钻采条件使得油井管柱面临越来越苛刻的载荷工况,油井管接头作为整个管柱的薄弱环节,其失效问题非常突出。实物实验费用昂贵、实验周期长,且复杂载荷工况难以施加,无法满足实际要求。该文基于油井管接头三维全尺寸弹塑性有限元分析,构建了复杂载荷下油井管接头数值仿真平台,是实物实验的一个有力补充。该仿真平台所得极限工作扭矩与API标准提供数据基本吻合(零轴向力条件下),同时具有分析复杂工况条件下油井管接头三维力学特性的能力。通过该仿真平台,能很好地描述复杂载荷作用下油井管接头的受力特征,快速、全面地评估复杂载荷作用下油井管接头的连接强度和密封性能,明确油井管接头的极限载荷工况。