混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究

以钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）结构中的钢筋滑移效应为研究对象,通过黏结应力分布简化模型,得到了钢筋应力-滑移关系,基于已有拉拔试验数据验证了该钢筋滑移关系的可靠性。结合塑性铰长度模型建立了可考虑滑移效应的钢筋应力-应变理论关系,分析了混凝土强度、钢筋直径和塑性铰长度等参数对该关系的影响,提出了考虑滑移效应的双线性钢筋本构模型。基于OpenSEES有限元平台,将该模型用于纤维截面的宏观单元模型中模拟RC柱的侧向荷载-位移反应,通过与已有试验结果、不考虑钢筋滑移效应的纤维模型计算结果及考虑钢筋滑移效应的零长度纤维模型计算结果进行对比分析,验证了本文模型的精度和可靠性,并对其适用范围进行了讨论。结果表明,基于本文钢筋本构的纤维模型可以更为准确地计算RC柱的荷载-位移曲线,且能够考虑由钢筋滑移变形引起的柱顶附加水平位移。     

钢筋混凝土柱冻融损伤模型研究

为研究冻融后钢筋混凝土柱在地震作用下的响应,根据冻融损伤在构件截面分布的不均匀性,基于纤维截面分析方法,提出可考虑该分布的混凝土强度退化模型,以及等效冻融循环次数的计算方法。根据8榀考虑冻融影响的钢筋混凝土柱拟静力加载试验数据,对该文提出的模型进行了验证,同时与既有考虑冻融的混凝土模型进行了对比分析。结果表明：与未考虑冻融损伤分布的既有模型相比,该文模型的计算承载力较小,与试验数据吻合更好,即能够更准确地模拟不同程度冻融损伤后钢筋混凝土柱的地震反应。     

冻融损伤RC梁柱承载与变形能力时变评估模型

为评估严寒地区在役RC框架结构的时变化承载能力与变形能力。该文首先利用最冷月平均气温θ为指标建立实际环境下的年均冻融循环次数F_act计算式;进而考虑室内外损伤比例系数S、饱含水时间比例系数k,将F_act等效换算为基于“快冻法”的实验室冻融循环次数F_Q。同时,以抗压强度为冻损指标,建立可将F_Q换算为基于“人工气候”的实验室冻融循环次数F的等效冻融循环次数计算模型。利用已有研究成果建立弯曲破坏未冻融RC梁柱特征状态承载力与变形能力计算式,进而提出可考虑F、f_c、n影响的冻融损伤RC框架梁柱特征状态承载力与变形能力计算式。在此基础上,建立冻融损伤RC框架梁柱承载能力与变形能力时变评估模型。研究可为严寒地区在役RC框架结构的冻融劣化时变评估提供参考。     

考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点恢复力模型研究

为了研究冻融环境下钢筋混凝土框架节点的抗震性能,对6个经受不同冻融循环次数作用后的钢筋混凝土框架节点进行低周反复加载试验,分析框架节点的滞回曲线特性。基于试验结果,得到了简化三折线型骨架曲线模型,并给出了相应的确定方法。采用回归分析方法,得到考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的极限功比系数I数学表达式,进而确定基于循环耗能的循环退化指数,通过对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度以及承载力等各项力学性能的退化机理进行了描述,进一步建立适应于冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的恢复力模型,并给出了具体的滞回曲线规则。研究表明：冻融作用使得节点梁纵筋粘结性能劣化明显,累积耗能随着冻融循环次数的增加而降低;通过考虑刚度、强度的循环退化规律能更好的反应冻融节点“捏缩”效应,更与实际吻合;建议的恢复力模型与试验结果想接近,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

考虑粘结滑移的平面组合式单元模型研究与应用

配有弯起钢筋的简支梁算例证明,在钢筋混凝土有限元计算中为得到合理的裂缝分布与裂缝宽度,需顺裂缝走向划分网格。当配筋复杂时,采用分离式单元模型计算裂缝分布是困难的。结合现有分离式和组合式钢筋混凝土有限单元模型的优点,推求了一种新的组合式单元模型。该模型既能模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移,较正确地得到裂缝分布与裂缝宽度,又能使混凝土网格划分不受钢筋位置的影响。拉拔构件、配有弯起钢筋简支梁和水电站蜗壳等算例表明,该模型网格划分方便、计算精度高,可用于工程设计。     

考虑粘结滑移的SRC梁柱单元宏观模型建模理论及方法研究

基于型钢混凝土组合结构粘结滑移机理,将型钢混凝土梁柱单元积分段中型钢纤维的轴向变形分为型钢的轴向变形和粘结滑移两部分,依据平截面假定,以此来描述型钢和混凝土变形的差异,从而反映粘结滑移效应。通过将粘结滑移本构引入到既有的型钢单轴本构模型中,推导出考虑粘结滑移效应型钢本构模型,并提出纤维状态的确定方法。利用OpenSEES有限元平台,将建立的材料本构模型植入到软件中,并应用该材料对SRC框架柱进行数值模拟分析。通过模拟结果与试验结果的对比,验证新材料的合理性和准确性。     

考虑粘结滑移效应的墩柱低周往复加载模拟方法

针对桥梁墩柱和承台内的粘结滑移现象,基于fib混凝土规范(fib Model Code)推荐的混凝土粘结滑移模型,推导了纵筋滑移量的计算公式,并通过对墩柱塑性区域受拉纵筋的应力-应变本构进行修正,以引入墩柱塑性区域和承台内的纵筋滑移量,作为一种等效方法,以考虑粘结滑移对墩柱地震响应的影响,并用试验结果验证了该方法的合理性。此外,还对所提等效方法和零长度截面单元法的计算结果进行了对比。结果表明：未考虑粘结滑移会高估墩柱的侧向刚度、累计滞回耗能和残余位移,且无法客观反映滑移导致的墩柱强度退化问题;零长度截面单元法和所提等效方法均能考虑强度退化问题,但前者对粘结滑移的模拟效果受纵筋直径影响显著,后者则能合理捕捉滑移影响下的墩柱往复加载过程。     

考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形分析

钢筋混凝土柱在地震作用下发生弯剪破坏或剪切破坏,是结构丧失轴向承载能力甚至突然倒塌的重要原因。大量的试验研究显示钢筋混凝土柱总侧向变形由弯曲变形、粘结-滑移变形、剪切变形三种变形分量组成,这三种分量的共同作用决定了钢筋混凝土柱的受力变形反应。该文基于对构件变形分量研究,提出考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形的宏单元模型。该模型模拟了静力反复荷载下的3个钢筋混凝土柱的试验模型,并对构件受力过程中各变形分量的变化以及各分量在总变形中的贡献进行了分析。结果表明该模型可以较准确的模拟水平荷载作用下剪切控制构件的受力变形反应全过程。     

纵筋锚固滑移对异型柱变形影响的试验研究

本文通过模型试验研究，探讨了异型柱纵筋在基础中的锚固滑移对其变形的影响，拟合试验数据后，建立了纵筋锚固滑移与异型柱塑性铰域变形之间的关系，为异型柱全过程非线性分析奠定了一定的基础。     

盐碱和冻融环境下GFRP筋/ECC材料粘结滑移模型

粘结滑移本构模型可以反映两种材料界面协同工作的性能,国内外对于玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋/普通混凝土的粘结滑移研究较多,对GFRP筋与工程用水泥基复合材料(ECC)的研究较少,尤其是盐碱或冻融环境下。共制作了66个GFRP筋/混凝土拉拔试件,对比了普通环境、盐碱和冻融循环条件下,GFRP筋表面形式、基体类型和混凝土强度等因素变化时,试件的破坏形式、粘结机制及粘结滑移曲线的差异。研究结果表明：带肋GFRP筋/ECC试件主要发生拔出且带缝破坏;冻融循环后的带肋GFRP筋/普通混凝土试件由劈裂破坏变为拔出且带缝破坏;冻融循环使试件的粘结滑移曲线斜率变小;发生拔出破坏和拔出且带缝破坏的试件残余段曲线呈波浪式衰减,且残余应力峰值之间的滑移量约为一个肋间距。与现有粘结滑移模型进行拟合,根据拟合结果和GFRP筋/ECC材料在3种环境下实际粘结滑移特点,提出了包含参数A、B、α的粘结滑移曲线模型,与试验结果拟合相关系数R²均在0.9以上,得到参数A、B、α的取值分别集中在-0.6～0.2,-0.1～0.1和-0.6～-0.3之间。并根据不同学者的试验结果进一步验证了建...     

考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型

通过引入纤维梁截面的正应变平截面假定和剪应变线性分布假定, 根据美国学者Hsu 提出的转角软化桁架模型中的混凝土材料二维本构关系, 从基本的材料力学原理出发, 推导了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元的本构关系求解流程。基于大型通用有限元程序ABAQUS 提供的用户自定义子程序UEL, 采用FORTRAN语言开发了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型, 能够模拟钢管混凝土柱在轴力-弯矩-扭矩复合受力下的全过程力学行为, 并可考虑任意加载路径。该文所开发的纤维梁模型具有较高的精度和求解效率。     

考虑梁柱节点模型的钢筋混凝土框架地震易损性研究

钢筋混凝土框架结构的梁柱节点对结构抗震力学性能具有显著的影响。基于刚性节点假定和宏观柔性模型的节点模拟方式,一直缺乏有关其适用范围的研究。地震易损性分析方法的引入,能够从概率意义上定量地刻画这两种节点模型对钢筋混凝土框架结构抗震力学性能的影响,获得的结论可望为钢筋混凝土框架结构梁柱节点的处理提供理论的依据与支撑。因此,该文基于OpenSees平台,考虑地震动输入的随机性,通过采用双频率段控制选波方法,并采用增量动力分析理论,定义4个不同的抗震性能水准,对三榀不同层数的钢筋混凝土框架结构分别采用刚性节点假定和宏观柔性模型进行了地震易损性研究。获得的结论表明：基于我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构,在多遇地震作用下,采用刚性节点假定对结构进行抗震性能评估是合理的,否则需要考虑梁柱节点变形对整个框架结构抗震性能的影响。     

基于纤维模型的钢筋混凝土柱应变率效应研究

该文基于钢筋混凝土柱构件的快速加载试验数据,分别采用CEB规范和Kulkarni和Shah建议的考虑应变率效应的混凝土动力本构关系,运用纤维模型建立了其动力纤维单元模型,并对单调快速加载下的构件的恢复力特性进行了数值模拟。与试验结果的比较表明所采用的两种动力本构模型均能够反映钢筋混凝土柱承载力随加载速率的提高而提高的特...     

考虑粘结层滑移效应的组合梁弯曲

针对粘结型组合梁,在粘结层仅沿轴向剪切变形的假定下,给出了组合梁大挠度弯曲的一般非线性控制方程,指出仅在一阶近似下,组合梁子梁的轴线挠度相等.其次,在Euler-Bernoulli 梁变形的条件下,通过线性化方法,由上述非线性控制方程得到以挠度和轴向位移为基本未知量的组合梁线性弯曲耦合控制方程,该耦合方程组可分别退化为经典组合梁和叠梁的控制方程.最后,分析了悬臂组合梁在端部集中力作用下的线性弯曲,得到了问题的解析解,给出了不同梁长下组合梁自由端挠度、粘结层滑移位移和剪切应力等随粘结层剪切模量和厚度的变化曲线,进行了参数分析,结果表明：粘结层厚度和剪切模量对组合梁挠度和粘结层滑移有较为显著的影响,而对粘结层剪力影响很小.     

考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型应用研究

在已有研究的基础上,采用考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型,建立了曲线组合梁桥的杆系有限元分析模型,并同时建立了“壳-实体”精细有限元模型,多尺度有限元模型和传统纤维梁模型进行对比。对不同输入方向的四条地震波作用下的有限元模型的计算结果进行了全面的对比,包括自振特性、墩顶位移、墩柱扭转角,墩柱内力等。结果表明：采用考虑扭转效应的纤维梁模型分析曲线组合梁桥在地震作用下的受力反应,能够获得较高的精度以及较快的建模速度和求解效率,可对曲线钢-混凝土组合梁桥在纵向地震作用下的扭转效应做出准确的评估。     

裂隙岩体的损伤本构模型探讨

从岩体合大量做裂隙的情况出发,考虑岩石的变形初始非线性及其破坏以前的变形特征,建立了类似于Leckie等人形式的损伤演变方程,并根据岩体所含孔隙度的不同提出了不同的模型。     

钢筋粘结滑移弯矩-转角计算模型

纵筋在梁-柱或基础-柱界面处滑移将使侧向变形出现显著的增加。该文在现有二折线型钢筋粘结滑移弯矩-转角骨架曲线基础上,提出了屈服点以及破坏点滑移转角计算方法,可以用于预测滑移造成的侧向变形。根据与相互独立的五批共24个圆柱试验结果对比,其计算结果具有较高的精度。在OpenSees软件中用基于力的纤维单元与粘结滑移弯矩-转角模型,对不同圆柱低周反复试验进行数值模拟,发现该模型计算结果与试验结果吻合很好。进一步,对圆柱在地震波作用下的振动台试验进行时程分析,柱顶位移和柱底滑移变形都能得到很好的预测。进行参数分析,结果表明极限点滑移量在总变形中的占比约为30%~40%,该占比随轴压比增加而减小,随体积配箍率减小而减小。