考虑应变率效应的钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析

利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土框架结构构件中混凝土应变率进行了分析,将梁、柱的弹塑性在应力-应变层次上进行模拟;研究了多维地震输入下应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应的影响以及同一地震波不同峰值加速度下钢筋混凝土弹塑性地震反应的应变率相关性,对比分析了考虑应变率与未考虑应变率下的弹塑性地震反应的差别。研究结果表明:框架柱的应变率明显大于框架梁,并且上部构件的应变率小于下部构件,构件跨中截面的应变率小于端部截面;考虑应变率效应时结构的位移反应、基底剪力和弯矩发生改变,峰值加速度较大的地震波作用下应变率效应更为显著,应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应存在一定的影响,尤其对强震下结构进行抗震分析时应适当予以考虑。     

考虑应变率效应的Pushover分析方法

基于结构动力学原理,提出了一种在Pushover分析中考虑应变率效应的方法:首先,对结构进行不考虑应变率效应的Pushover分析;然后,计算顶点位移为Di时,1/4循环的时间和关键点在1/4循环内的应变变化量,根据关键点在1/4循环内的平均应变率对模型进行修正,进行第2次Pushover分析,得到Pushover曲线上的一个点(Di,Vi),改变Di的值,按照该方法得到一系列Pushover曲线上的点;最后,将各个点用光滑曲线连接,得到结构考虑应变率效应的Pushover曲线。采用一个钢筋混凝土模型对该方法得到的Pushover曲线和逐步增量非线性时程分析方法得到的结果进行了对比。结果表明:该方法具有合理性。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对钢筋混凝土框架梁柱节点组合体抗震性能试验,研究加载速度对节点组合体承载力和破坏形态的影响规律。研究结果表明:梁端位移加载速率分别为0.4、4、40 mm/s时,节点核心区的应变率数量级分别为10-5、10-4和10-2;随着加载速率的提高,节点组合体破坏更为严重,裂缝分布更为集中;相对拟静态加载试验,快速加载时节点组合体在破坏前的耗能增加;加载速率的提高对节点组合体屈服荷载的影响不明显,但是极限荷载稍有增大,而极限荷载后的节点组合体承载能力和刚度退化较快;快速加载时,在本文所采用的轴压比范围内,其变化对节点组合体的承载力影响不大,然而随着轴压比的提高,核心区混凝土的裂缝宽度逐渐减小;将材料动态强度直接应用于拟静态计算模型得到的节点受剪承载力高于试验结果,表明这种直接计算方法偏于不安全。     

考虑应变率效应钢筋混凝土梁柱节点受力性能有限元分析

受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同。基于试验结果,考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型,进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析。分析结果表明:采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的梁端荷载-位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合;快速加载下,受混凝土和钢筋率敏感性的影响,钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高;在屈服荷载之前,有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值。     

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元I：原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土（RC）连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对钢筋混凝土框架梁柱节点组合体抗震性能试验,研究加载速度对节点组合体承载力和破坏形态的影响规律。研究结果表明：梁端位移加载速率分别为0.4、4、40 mm/s时,节点核心区的应变率数量级分别为10^-5、10^-4和10^-2;随着加载速率的提高,节点组合体破坏更为严重,裂缝分布更为集中;相对拟静态加载试验,快速加载时节点组合体在破坏前的耗能增加;加载速率的提高对节点组合体屈服荷载的影响不明显,但是极限荷载稍有增大,而极限荷载后的节点组合体承载能力和刚度退化较快;快速加载时,在本文所采用的轴压比范围内,其变化对节点组合体的承载力影响不大,然而随着轴压比的提高,核心区混凝土的裂缝宽度逐渐减小;将材料动态强度直接应用于拟静态计算模型得到的节点受剪承载力高于试验结果,表明这种直接计算方法偏于不安全。     

应变率效应对钢筋混凝土剪力墙抗震效应的影响

利用有限元软件ABAQUS分别对不同剪跨比和不同轴压比的钢筋混凝土剪力墙在准静态和高应变率下动力加载进行数值模拟,并与考虑应变率效应后按JGJ 3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》进行的计算结果进行对比,以得到应变率对钢筋混凝土剪力墙抗震承载力的影响。通过比较不同剪跨比、轴压比及应变率下剪力墙的破坏形态和承载力,可以得出结论:在同一剪跨比和轴压比下,随着应变率的增加,剪力墙的抗震承载力有一定程度的提高,故对剪力墙进行地震作用分析时,应适当考虑应变率效应。     

计入初始应变项的平面梁单元非线性刚度矩阵

开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中舍有节点位移，矩阵运算量大，给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程，采用计入初始应力和初始应变项的一般性线弹性应力应变关系，导出了相应的切线刚度矩阵，利用MATLAB数学工具箱，给出了含有初始应力和初始应变的所有刚度矩阵的显式表达式，为程序编制奠定了基础。     

芳纶纤维加固钢筋混凝土梁试验研究

本文着重对芳纶纤维加固钢筋混凝土梁前后的承载力、裂缝宽度、裂缝间距、裂缝数量等各方面的加固效果进行了试验研究,并提出了计算模型.     

粘钢加固钢筋混凝土梁的动态有限元建模与分析

在分离模式钢筋混凝土梁的有限元模型基础上，对粘钢加固钢筋混凝土梁建立了钢筋混凝土梁—粘结剂层—加固薄钢板的层叠结构有限元模型，并利用此模型对粘钢加固钢筋混凝土梁进行了动力学特性分析与动力响应计算。     

多层粘钢加固钢筋混凝土梁的有限元静力分析

基于叠层梁模型，提出了一种考虑了粘结层影响的多层粘贴钢板加固的钢筋混凝土梁的有限元模型，并用MARC软件对在对称集中静载作用下的开裂载荷，变形与应力进行了仿真分析。     

非线性有限元评估带裂缝钢筋混凝土梁的损伤

为了评估钢筋混凝土梁的损伤情况,提出了一个新的评估方法即使用损伤系数Di来进行评估,介绍了破坏系数Di的定义是由刚度矩阵KT中的特征系数iλ或是频率ωi确定的,最后给出结构正常使用状态下的损伤指标值的范围。     

钢纤维混凝土应变速率敏感性及本构模型研究

研究了单向应力状态下钢纤维掺量为2.0%的钢纤维混凝土在应变速率为10-5、10-4、5×10-3s-1时的强度特性和变形特性,在此基础上,推导了钢纤维混凝土的单轴应力-应变全曲线。结果表明,普通混凝土的单轴抗压强度、弹性模量、吸能能力随应变速率的提高而提高;钢纤维混凝土的单轴抗压强度、弹性模量随应变速率的提高而提高,但吸能能力随应变速率的提高而降低;钢纤维对混凝土的抗压强度影响不大,但很好地改善混凝土的延性,相同应变速率下钢纤维混凝土的峰值应变较普通混凝土有所增加;相同基体强度的钢纤维混凝土吸能能力强于普通混凝土,但弹性模量比普通混凝土小;推导的应力应变曲线能够很好地描述钢纤维混凝土在不同应变速率下的应力应变全曲线关系。     

基于有限单元柔度法的钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析

本文基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元理论,编制了钢筋混凝土空间杆系结构非弹性动力分析程序。通过对一个退台六层钢筋混凝土空间框架振动台试验结果与数值模拟分析结果的对比,对基于非线性有限单元理论和纤维模型的空间杆系分析模型进行钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析的有效性进行了验证和评价。对地震振动台试验的模拟分析表明,纤维模型梁柱单元对中等以下损伤的结构地震反应具有很好的模拟能力,对于结构处于严重损伤的阶段,模拟所得的结构位移和损伤程度将会小于结构的实际位移和损伤程度,这可能是由于目前纤维模型梁柱单元尚不能考虑钢筋的粘结滑移以及将现浇楼板简单处理为刚性并未考虑楼板刚度实际会出现明显降低的现象所致。     

外包FRP壳钢筋混凝土梁的有限元分析

对外包FRP壳钢筋混凝土梁进行了有限元分析,并与试验结果进行对比分析,结果表明,有限元方法可较好的预测外包FRP壳钢筋混凝土梁的整体力学性能,但在荷载较大时,计算值与试验值偏差较大。     

粘贴玻璃钢板补强混凝土梁徐变特性初探

在对16片粘贴玻璃钢板补强的混凝土梁进行动静载试验后,得到了粘贴于混凝土梁受拉区的玻璃钢板的应变与混凝土梁主筋应变满足准平面假定的基础上,考虑混凝土徐变、收缩和玻璃钢板徐变情况下,对补强梁的徐变特性进行了分析、计算,结果表明,对补强加固梁进行徐变分析是必要的。徐变、收缩引起混凝土材料应变约有29％的增长量,补强梁的截面曲率约有15％的变化。     

高温后型钢混凝土框架结构抗震性能及其有限元分析

考虑受火时间、柱轴压比的影响,进行了考虑火灾升降温作用影响的高温后型钢混凝土框架结构抗震性能试验,升降温过程中和高温后阶段均保持柱顶竖向荷载的恒定。通过试验对高温后型钢混凝土框架结构在反复荷载作用下的破坏形态及滞回性能进行了研究。在此基础上,考虑升温阶段、降温阶段以及火灾后三阶段材料本构关系的转化以及型钢与混凝土之间、钢筋与混凝土之间界面的黏结滑移特性,建立了型钢混凝土框架结构温度场以及火灾后抗震性能的有限元分析模型,所得温度场以及试件的破坏形态、滞回曲线的分析结果与试验结果基本吻合,验证了所提出模型的合理性。     

CFRP加固钢筋混凝土梁受弯性能有限元分析

通过ANSYS对4根矩形简支梁不同碳纤维布加固量承载力进行分析,得出模拟值与实验值吻合较好,在此基础上分析了碳纤维布加固对钢筋应变的影响,并进行了不同配筋率、混凝土强度、碳纤维布加固量对梁承载力以及加固效果影响的研究,为实际工程提供参考。     

PPP-BOTDA监测钢筋混凝土结构分布式应变的试验

为了验证将PPP-BOTDA技术应用于桥梁、隧道等大型或大跨结构健康监测的可行性,试验研究了PPP-BOTDA在钢筋混凝土结构应变监测中的应用,实验结果表明,PPP-BOTDA检测的应变与应变片测量结果比较吻合,能够准确监测钢筋混凝土试验梁的应变,可以应用于大型或大跨结构的健康监测。