施工缝模型及在钢筋混凝土柱非线性分析中的应用

提出用零长度截面单元模拟施工缝,并基于纤维模型推导了单元刚度矩阵,给出完整的单元描述.在此基础上,进一步提出用以模拟带缝柱的纤维杆元模型,即由一个非线性梁柱子单元端部附加零长截面子单元组成.通过OPENSEES非线性分析软件平台,建模分析了钢筋混凝土带缝柱在拟静力试验下的非线性反应行为,计算结果与试验结果吻合较好,验证...     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

基于OpenSees的高强钢筋混凝土柱抗震性能数值模拟

基于OpenSees平台,采用梁柱纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型,对循环荷载下的配置HRB500纵筋和箍筋的混凝土单柱非线性滞回反应进行了数值模拟。通过对模拟结果和试验结果的对比分析,验证了OpenSees平台对于配置高强钢筋混凝土柱的抗震性能模拟的可行性和精确性。     

考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析

基于材料本构关系的纤维模型能有效模拟柱在变轴力与双向弯矩耦合作用下的非线性反应,但常规的纤维模型分析方法忽略了纵筋滑移。在纤维模型基础上,采取在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法以模拟杆端纵筋滑移的影响。以钢筋混凝土柱为例,将弯曲转角、滑移引起的固端转角等模拟结果分别与柱在低周反复荷载作用下的试验数据进行对比,校准了该模型化方法。考察了6层钢筋混凝土平面框架的非线性地震反应,研究了底层柱根纵筋滑移对框架整体和局部反应的影响。结果表明,模拟分析的纵筋滑移规律与柱的试验结果相符较好。底层柱根纵筋滑移有增大框架整体非线性地震反应的趋势,并将改变底层柱非线性变形的组成方式,减小其柱端塑性铰区的非线性弯曲变形。     

基于结构精细化模拟分析平台的弯剪纤维单元模型

为模拟钢筋混凝土柱在轴力、剪力和弯矩耦合作用下的非线性滞回特性,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的弯剪纤维单元模型,并引入到结构精细化模拟分析（RSAPS）平台中。该模型基于Timoshenko梁理论,材料模型选用基于修正斜压场理论（MCFT）的二维钢筋混凝土本构模型。应用RSAPS平台分别模拟往复荷载作用下发生弯曲、弯剪和剪切破坏的钢筋混凝土柱的滞回性能,并将分析结果与试验和未考虑剪切变形的纤维单元模型模拟结果进行对比。结果表明：对于发生弯曲破坏的构件,由于剪切变形较小,未考虑剪切变形的纤维单元和弯剪纤维单元均可以较好地模拟构件的滞回性能;而对于发生弯剪破坏和剪切破坏的构件,采用未考虑剪切变形的纤维单元模型,会高估构件的初始刚度和耗能能力,也会高估其受剪承载力;而所提出的弯剪纤维单元模型能较好地模拟构件的刚度和承载力退化,同时,也能较好地模拟滞回曲线中的捏缩现象,模拟结果与试验结果吻合较好。     

反复荷载下钢筋混凝土柱数值模拟研究

为研究反复荷载下钢筋混凝土柱的数值模拟方法,在已有的8根钢筋混凝土柱低周反复加载试验的基础上,利用ANSYS通用有限元软件建立了基于实体单元的有限元模型,同时,利用Open SEES有限元软件建立了基于纤维单元的有限元模型,并将两种不同建模方式的有限元结果进行了对比分析。结果表明:基于实体单元的限元模型与基于纤维单元的有限元模型在不同参数下的模拟结果与试验结果均有较好的吻合度;前者的计算的精度更高,而后者可以更形象直观地反映构件的破坏情况。     

考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土柱模型化方法及应用

采用纤维模型梁柱单元和与之串联的零长度单元,模拟柱的弯曲机制和剪切机制。利用OpenSees提供的Limit State Material和Shear Limit Curve材料模型,定义钢筋混凝土柱的非线性剪切效应及其与弯曲效应的耦合。通过与不同学者的试验结果比较,验证了该方法的可靠性。最后,对笔者完成的原位推覆试验的一榀平面框架进行了Pushover分析。结果表明,考虑非线性剪切效应的模型化方法能较好地模拟钢筋混凝土柱抗剪承载力和刚度的退化现象,传统的纤维模型梁柱单元难以反映配箍不足的钢筋混凝土柱的弯剪破坏机制。该方法可用于存在抗剪能力缺陷的框架结构的非线性分析。     

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。     

地震作用下框架结构连续倒塌模拟比较研究

基于ABAQUS对采用不同钢筋和混凝土单轴本构模型的钢筋混凝土框架结构在大震作用下的连续倒塌数值模拟进行了比较研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和柱,壳单元模拟钢筋混凝土楼板。分别编制了两种可用于模拟纤维梁单元失效的混凝土和钢筋单轴本构的用户子程序,考虑了钢筋混凝土楼板的刚度削弱、单元失效与接触。对某钢筋混凝土框架结构采用4组不同本构关系的计算结果进行了详细比较,结果表明不同材料模型得到的倒塌初始状态及初步发展趋势是一致的。     

考虑柱脚纵筋滑移的平面框架拟静力试验数值模拟

目前对于钢筋混凝土框架的数值模拟大多没有考虑柱子底部纵筋的滑移。基于OpenSEES平台对一榀三层三跨的带有翼缘板的混凝土框架多点位移控制的低周反复加载试验进行模拟。通过在柱纤维单元下串联一个零长度截面单元来模拟底层柱脚的应变渗透现象,用bond-slip材料定义柱底纵筋的粘结滑移关系。数值模拟结果表明:考虑柱底纵筋滑移模型较不考虑柱底纵筋滑移模型与实验结果吻合更好,但是后期模拟值略小于实验值。因此,柱底纵筋应力滑移模型仍需进一步试验研究和验证。     

CCTV新台址主楼SRC柱抗震计算模型的建立

本文针对中央电视台(CCTV)新台址主楼外筒中采用的SRC柱,提出了基于SAP2000程序、用于抗震承载力分析的模型。结合已有研究成果,分析了CCTV主楼中高含钢率的SRC柱的承载特性。应用有限单元法和截面纤维单元分析方法,确定了SRC柱的初始屈服面和屈服后的基本承载性能,建立了基于塑性铰单元的弹塑性计算模型。在此基础上,根据已有试验结果,应用P ivot滞回模型模拟了SRC柱的滞回性能,建立了基于连接单元的计算模型。通过单调加载和往复加载的算例分析,校核了两种模型的准确性;结合塑性铰、连接单元计算模型的原理,分析了两种模型的适用性。本文提出的计算模型,能够在结构计算中高效、准确地模拟SRC柱的抗震承载特性。     

型钢混凝土柱基于OpenSEES平台的滞回性能分析

为研究型钢混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用开源的有限元分析软件OpenSEES,建立基于纤维模型的型钢混凝土柱模型,通过定义不同单轴材料本构关系的纤维来模拟其各自不同的应力-应变关系,结合非线性梁柱单元,形成完整的型钢混凝土柱模型,并采用此模型对低周反复荷载作用下4个不同轴压比的型钢混凝土柱进行滞回性能的全过程数值模拟.研究结果表明;型钢混凝土柱具有较好的抗震性能,但在高轴压比下,耗能能力和延性下降剧烈.     

钢筋混凝土异形柱平截面假定适用性初探

采用通用有限元分析软件ANSYS的SOLID65和LINK8单元,对处于压、弯、剪、扭复杂受力状态下肢宽厚比为4：1的十形柱、L形柱和T形柱进行了单调加载计算机模拟,同时采用基于有限单元柔度法的纤维模型梁柱单元进行对比分析,对平截面假定在异形柱非线性分析中的适用性进行了初步探讨。结果表明,对于肢宽厚比小于或等于4：1的异形柱,采用平截面假定进行分析基本可行。     

基于纤维模型有限元柔度法的L形钢管混凝土构件非线性仿真分析

本文基于纤维模型有限元的基本原理,比较了基于刚度法和柔度法建立纤维模型梁单元矩阵的方法和特性。基于柔度法的纤维模型单元的特性是以单元的截面力形函数为基础,在整个计算的过程中,单元各截面内外力严格满足力的平衡条件,不受单元材料非线性状态水平的影响。在合适的纤维材料应力-应变本构关系的基础上,从构件单元层面的角度,推导建立了考虑材料非线性和几何非线性效应的L形钢管混凝土柱数值模型,对L形钢管混凝土轴压、压弯和滞回试验算例分别进行了仿真模拟,试验算例结果与数值结果吻合良好,从而验证了该数值方法的可行性和准确性。     

不同轴压比的钢筋混凝土异形柱受力性能模拟分析

采用基于有限单元柔度法的纤维模型梁柱单元对不同轴压比的钢筋混凝土异形柱在相同加载方向下的受力性能进行模拟分析,并分别从承载力、刚度及延性三个方面进行比较,从而为异形柱的受力性能分析及抗震设计提供参考依据。结果表明,随着轴压比的增大,异形柱的承载力、刚度会增大,延性会降低。     

低周反复荷载下约束混凝土模型的比较研究

从众多约束混凝土应力-应变规律模型中优选出其中四种,部分改造并添加了滞回关系,将其分别加到基于纤维模型梁柱单元的三维空间框架非线性动力反应分析程序中,最后以R.Park等人的低周反复荷载下压弯柱的试验为校准基础,主要从构件层次进行了模拟、比较,分析了各种混凝土应力-应变关系模型中不同的骨线线取法和滞回规律取法对钢筋混凝土柱性能模拟效果的影响。     

基于纤维梁模型的轴心受压钢管混凝土柱火灾响应模拟

给出用于轴心受压圆钢管混凝土柱火灾响应仿真分析的纤维梁模型。该模型由两部分组成,一种是圆钢管,另一种是核心混凝土。构件受端部非线性纵向和横向连接相互影响。单元采用不考虑刚体模态的系统进行计算,并通过由连接单元建立的结点的纵向和横向共同旋转方程对几何大变形进行计算。该模型适用于不同混凝土填充的钢管混凝土柱:普通或高强的素混凝土、加固混凝土、钢筋混凝土,利用柱试件的火灾试验数据对模型进行了验证。其结果也与能够准确模拟火灾响应的三维有限元模型进行了比较。     

钢筋混凝土柱低周反复试验数值分析的参数研究

为较好研究钢筋混凝土柱抗震性能的数值模拟方法,本文通过合理选取材料本构关系,采用有限元软件OpenSees中由纤维截面建立的基于力的梁柱单元对课题组2根及清华大学4根钢筋混凝土柱低周反复加载试验试件进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,采用基于力的纤维截面梁柱单元能够较好地模拟低周反复荷载作用下柱的滞回反应以及耗能特性;基于修正的Kent-Park方法计算的受约束混凝土本构关系参数能较好地体现柱的受力特征。     

钢筋混凝土柱拟静力试验数值模拟分析

采用OpenSees中的非线性纤维单元对4根钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了数值模拟.分析表明,非线性纤维单元能够较好地模拟构件的滞回性能,钢筋的屈服强度和硬化系数对模拟结果影响较大,考虑钢筋屈曲能比较准确地描述构件在破坏阶段刚度和强度的退化行为,与试验结果更为吻合.     

基于纤维梁模型的火灾下多层混凝土框架非线性分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在火灾下的反应规律及其破坏过程,基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。模型将构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及材料非线性和几何非线性问题。对单层单跨混凝土框架进行火灾反应分析,并与试验结果进行比较,验证了此数值模型的准确性。通过对多层框架进行火灾反应模拟,比较不同火灾场景的模拟结果,分析其反应规律以及破坏过程。结果表明,纤维梁单元模型可以较好地模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同,一定条件下蔓延的火灾比不蔓延的火灾对多层混凝土框架结构的破坏性更大。分析结果可以为实际结构的防火设计提供参考。