高强混凝土剪力墙非线性分析及抗震性能参数研究

基于4个高强混凝土剪力墙试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能试验结果,利用有限元软件ABAQUS,选用合适的拉、压损伤本构关系以及单元模型,建立高强混凝土剪力墙的有限元模型,模拟其加载全过程和受力性能,模拟滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好。在此基础上,采用相同的有限元模型和材料损伤本构关系,分析影响高强混凝土剪力墙抗震性能的主要因素,包括轴压比、约束边缘构件的配箍特征值、混凝土强度和边柱纵筋配筋率,研究影响剪力墙抗震性能参数的限值并给出其范围。     

钢筋混凝土剪力墙应变率效应试验与基于动力塑性损伤模型的模拟

应变率对混凝土材料的力学性能有着重要影响。该文在对2 片剪力墙构件进行快速加载试验的基础上,在混凝土塑性损伤模型中引入应变率效应,建立了考虑应变率效应的塑性损伤模型。应用该模型对该文所描述的快速加载下的剪力墙构件以及在拟静力作用下的另外3 个构件进行了有限元模拟,结果表明考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型较好地描述了钢筋混凝土剪力墙在快速加载下的非线性行为。最后,运用所建立的考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型对不同轴压比和加载速率下剪力墙构件的非线性性能进行了模拟与分析。     

延性纤维增强混凝土剪力墙非线性分析及 影响其性能参数研究

以4个延性纤维增强混凝土(DFRC)剪力墙荷载作用下的抗震性能试验为基础,利用有限元软件 ABAQUS、DFRC和高强混凝土均选用合适的拉、压损伤本构关系以及单元模型,建立了DFRC剪力墙非线性模型,模拟了加载全过程和受力性能,模拟曲线与试验恢复力曲线吻合较好。在此基础上,采用试验研究和非线性模拟相结合的方法,研究了影响DFRC剪力墙抗震性能的主要因素,包括DFRC区高度、DFRC强度、剪跨比和轴压比,并给出影响剪力墙性能参数的限值及其范围。     

方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究

建立了方形钢管混凝土叠合柱的非线性有限元模型,对其在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了反复荷载作用下混凝土的损伤、构件的几何非线性以及钢筋和内钢管与混凝土之间的粘结滑移。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。采用有限元模型对方形钢管混凝土叠合柱在轴压力和侧向力共同作用下的工作机理进行了细致分析。     

RC框架-内填带竖缝剪力墙结构的滞回性能及计算模型研究

为研究钢筋混凝土框架-内填带竖缝剪力墙(RCFW)结构的抗震性能,对两个单跨两层、缩尺比为1∶2的RCFW试件进行了拟静力试验研究。结合RCFW结构在往复荷载作用下的响应特性,提出了适用于RCFW结构弹塑性分析的带刚臂纤维截面计算模型,并基于有限元程序ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,开发了混凝土、钢筋两种材料的单轴滞回本构模型,从材料本构层次直接反映构件层次的恢复力特性。通过与RCFW结构低周反复荷载试验结果的对比,验证了计算模型的准确性,模拟曲线较好地反映了RCFW结构在反复加载过程中荷载-位移曲线的承载力和刚度退化及捏拢现象;此外,该计算模型还具有高效的求解效率和数值稳定性,适用于RCFW结构的弹塑性分析和整体抗震性能评估。     

CFRP 纤维布加固RC 柱的有限元分析模型

为了建立统一的碳纤维(CFRP) 布加固钢筋混凝土(RC) 柱的抗震性能的评价手段, 基于二维有限元分析研究探讨分析模型; 对3 个CFRP 布加固RC 柱进行了2D-FEA 参数模拟分析, 考察了现存的裂缝模型、材料本构关系、混凝土的压缩模型对分析结果的影响。通过分析比较得出, 混凝土使用Darwin-Pecknold 的等价一轴应变模型能很好地模拟CFRP 布加固的RC 柱的非线性特性及其强度; 而且修正Kent-Park 模型能够较好地模拟箍筋、CFRP 布对混凝土的横向约束作用, 同时Darwin 的破坏准则可以较好地评价二轴应力下混凝土的破坏过程。通过考察CFRP 布加固的RC 柱的荷载-变形关系、柱子反弯点和柱脚处混凝土、钢筋和CFRP 的应力-应变的发展, 进一步证实了CFRP 布对RC 柱的抗震加固十分有效。      

基于ABAQUS的MVLEM模型及其在RC剪力墙抗震分析中的研究

多垂杆单元模型(MVLEM)通常被用于钢筋混凝土剪力墙的抗震分析中。基于ABAQUS创建了多垂杆单元模型(ABA-MVLEM),建立了适用于纤维梁单元的混凝土和钢筋的本构模型,开发了二线型原点指向型弹簧UEL单元,并编制了ABA-MVLEM的参数化建模程序。为验证该文模型的准确性,制作了3片RC剪力墙试件并对其进行了低周反复加载试验,将试验数据与该文数值模拟结果进行对比,表明了该模型(ABA-MVLEM)模拟精度较高,可满足工程精度要求。在RC剪力墙抗震研究的应用中,ABA-MVLEM模型既可表征结构的整体响应,也可从材料层次进行细致分析,具有分析高效性和结果可视化的优点。进一步利用此模型进行参数化分析,探究高宽比、轴压比对RC剪力墙抗震性能的影响,计算发现:在相同侧向位移下,增大高宽比,RC剪力墙构件承载力显著降低,但刚度退化较为平缓;在轴压比n≤0.5时,提高轴压比对小高宽比构件的承载力提升更加明显。     

钢-混凝土组合简支梁滞回性能非线性有限元分析

为实现钢-混凝土组合简支梁滞回性能三维非线性有限元分析,该文提出混凝土在单轴拉、压应力下的损伤变量计算方法,给定了混凝土的卸载规则,完善并提出混凝土应力-应变滞回本构关系和钢材循环本构关系,应用ABAQUS有限元软件建立混凝土棱柱体试件、钢材试件和钢-混凝土组合简支梁有限元三维非线性有限元模型,对混凝土棱柱体试件在单轴受压和受拉反复荷载下的试验结果进行分析,对钢材试件在单轴拉压循环荷载下的试验结果进行分析,对钢-混凝土组合简支梁在循环荷载下的荷载-挠度滞回关系、梁端荷载-滑移滞回关系以及栓钉的荷载-侧向变形滞回关系曲线等试验结果进行分析,计算结果与试验结果符合较好。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究EI北大核心CSCD

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

Nonlinear behavior of shear deficient RC beams strengthened with near surface mounted glass fiber reinforcement under cyclic loading

The aim of this investigation is to evaluate experimentally and numerically the cyclic loading response of reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) rods using the near surface mounted (NSM) technique. The experimental results indicated that the use of GFRP rods as NSM strengthening systems can significantly enhance the overall capacity and ductility of shear deficient RC members when subjected to cyclic loading. In particular, the increase in the load-carrying capacity of the strengthened specimens over the unstrengthened control specimen was in the range of 49–66%. Furthermore, the increase in the displacement over the control specimen ranged between 112% and 172%. A 3D finite element (FE) model was also developed to simulate the response of the tested specimens. The developed FE model integrates multiple simulation techniques, nonlinear material properties and corresponding constitutive laws. The models incorporate concrete cracking, yielding of steel reinforcement, bond–slip behavior between NSM reinforcement and adhesive material and between steel reinforcement and adjacent concrete material, respectively. The load–deflection response envelopes and the load–deflection hysteresis loops of the experimentally tested beams and those simulated by the FE models were compared. Good matching was observed between the predicted and measured results at all stages of cyclic loading.     

ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究

对大型通用有限元程序ABAQUS中的混凝土弥散开裂模型和塑性损伤模型进行了详细的介绍,包括单轴应力-应变关系、裂缝模型、屈服准则、流动法则和滞回规则等。然后对混凝土本构模型中影响结构构件静力行为的关键因素进行了详细的对比分析,并结合采用不同混凝土模型对钢筋混凝土构件和钢-混凝土组合结构构件的受力行为的模拟结果,指出了分析实际结构构件时不同混凝土材料本构模型的适用情况,可供研究设计参考。     

应变速率型RC梁柱显式分析单元及其在ABAQUS软件中的实现

为准确、高效地分析钢筋混凝土(RC)梁柱结构在强动载作用下的损伤破坏甚至倒塌,建立了能够描述大变形、大应变的空间纤维Timoshenko梁单元,并将其与考虑率相关效应的钢筋、混凝土材料模型相结合,通过用户显式单元子程序在ABAQUS中实现。基于所建立的应变速率型3D纤维梁显式单元,借助ABAQUS的前后处理及求解功能,对爆炸荷载作用下的RC梁柱构件的动态响应和破坏模式及RC框架结构的连续性倒塌进行分析。结果表明:建立的应变速率型3D纤维梁柱单元能够合理描述RC构件的变形特性及钢筋、混凝土的应变速率效应;可以模拟爆炸作用下RC构件的弯曲、弯剪及直剪破坏模式,以及RC框架的连续倒塌过程;将纤维梁柱单元与率相关模型相结合于ABAQUS软件提供了一种强动载作用下高效、精确的RC结构非线性分析方法。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应与破坏模式的数值分析

在爆炸荷载(尤其是脉冲荷载)作用下,除了常见的弯曲破坏形态之外,钢筋混凝土结构还可能发生直剪破坏和弯剪破坏。如何准确地预测爆炸荷载作用下的钢筋混凝土结构动态响应和破坏特征是当前抗爆结构领域十分关注的课题之一。该文介绍作者近年来在这方面的一些研究成果,主要有:将三参数形式的应变速率型材料模型推广应用于二维状态下的混凝土本构关系,建立了弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法;基于Timoshenko梁理论和弹粘塑性理论,分别采用有限差分法和有限元法,建立了土中浅埋钢筋混凝土结构动力响应和破坏模式的有限差分和有限元分析方法。对爆炸荷载作用下的典型钢筋混凝土结构计算结果表明:基于Timoshenko梁理论的有限差分分析方法和有限元分析方法能较好地模拟梁的动态响应和弯曲、弯剪以及直剪的破坏模式,而二维弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法只能较好地模拟梁的弯曲破坏模式。     

Performance assessment of irregular RC buildings with shear walls after Earthquake

This paper discusses the behavior of frame-wall irregularity on established existing reinforced concrete (RC) structures that were subjected to the 1999 Kocaeli Earthquake in Turkey. In particular, reference is made to the nonlinear static analysis and nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete (RC) structures containing shear walls. The layered shell model has been chosen due to its advantages. The damage observed after reconnaissance studies has been captured using the 3D model. The imperfections that the irregularity effects caused are discussed throughout the paper.     

Nonlinear finite element modeling of concrete deep beams with openings strengthened with externally-bonded composites

This paper aims to develop 3D nonlinear finite element (FE) models for reinforced concrete (RC) deep beams containing web openings and strengthened in shear with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite sheets. The web openings interrupted the natural load path either fully or partially. The FE models adopted realistic materials constitutive laws that account for the nonlinear behavior of materials. In the FE models, solid elements for concrete, multi-layer shell elements for CFRP and link elements for steel reinforcement were used to simulate the physical models. Special interface elements were implemented in the FE models to simulate the interfacial bond behavior between the concrete and CFRP composites. A comparison between the FE results and experimental data published in the literature demonstrated the validity of the computational models in capturing the structural response for both unstrengthened and CFRP-strengthened deep beams with openings. The developed FE models can serve as a numerical platform for performance prediction of RC deep beams with openings strengthened in shear with CFRP composites.