空间框架结构非线性分析的简化数值方法

钢筋混凝土框架结构正常使用期间是带裂缝工作的,合理的分析方法应考虑因开裂引起的非线性。在杆系结构有限元基础上,根据构件截面广义应力-应变关系,提出了空间框架结构非线性分析的简化数值方法——网格-等效截面法。该方法能考虑材料非线性,混凝土开裂导致构件有效刚度降低,混凝土徐变和加载历程等影响因素。给出了相应的实施步骤,并采用通用有限元软件ANSYS部分功能,自编主体计算程序的混合编程方法编制了程序。通过考题,程序编制方法正确,计算精度满足工程要求。最后,采用程序对荷载和温度作用下某超长框架结构进行了计算。     

任意截面预应力混凝土细长柱的非线性分析

提出了轴力和双向弯曲作用下任意截面混凝土和预应力混凝土细长柱的非线性有限元计算模型。分析时既考虑了由单元变形和轴力二次矩引起的几何非线性效应,也考虑了由材料非线性应力应变关系和截面刚度矩阵引起的材料非线性效应。推导了非线性全过程分析的标准有限元公式,得到的单元刚度矩阵可分割成三个子矩阵,分别反映了材料非线性、材料非线性和单元大位移的耦合、轴力二次矩等三种不同的非线性作用效应。计算分析结果和试验结果吻合较好。     

预应力连续组合梁负弯矩区抗弯承载力分析

预应力钢-混凝土连续组合梁具有承载力高、变形小等诸多优点,作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用。其负弯矩区承载能力计算与变形分析是其设计的关键,目前规范还是空白。因此,有必要对其刚度、变形及抗弯承载力进行研究。该文基于换算截面法,引入混凝土参与受拉工作的程度系数,确定了组合梁截面抗弯刚度,进而推出了预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化塑性理论,得到了负弯矩区的极限抗弯承载力计算方法;研究表明连续组合梁能够显著提高截面刚度与减少开裂。该文公式计算结果与实测值均吻合较好,满足工程精度要求。     

预应力碳纤维布材加固混凝土梁受弯性能非线性分析

根据平截面变形假定,考虑材料的非线性性质,用分级加应变的方法计算预应力碳纤维布加固的混凝土梁的荷载—挠度关系,得到的5根预应力碳纤维加固混凝土梁和4根非预应力加固混凝土梁的荷载-挠度曲线与试验结果吻合较好。并在此力学模型的基础上对预应力碳纤维布加固的受弯构件的二次受力性能进行了非线性分析,研究了碳纤维初始应变、截面高度、预应力大小对被加固梁受弯性能的影响。分析结果表明:预应力可有效发挥碳纤维高强性能,二次受力条件下预应力碳纤维布材的加固效果远好于非预应力碳纤维布材加固,可有效解决构件二次受力应力应变滞后问题。     

钢筋混凝土梁的非线性均质材料本构等效

本文根据钢筋混凝土梁截面开裂、屈服、极限等三个受力状态,分别与等效材料截面三阶段等效,确定等效材料主要的力学参数,再根据梁整体力学性能对等效结果进行修正的方法,实现了钢筋混凝土梁与非线性均质材料本构关系的等效。针对屈服截面以后等效截面与混凝土截面的刚度差别较大的情况,提出折减钢筋或混凝土屈服应变的调整方法。根据本文提供的折减系数,两种材料的构件的非线性力学性能基本接近,达到了等效的目的。     

基于解析刚度模型的钢筋混凝土框架结构二阶效应分析

考虑材料非线性和几何非线性对钢筋混凝土框架进行了结构承载力分析。在结构承载力分析过程中,考虑混凝土的拉伸硬化作用,根据欧洲规范等效曲率公式提出了解析刚度计算模型;根据变形协调条件,考虑框架结构P-Δ效应和杆件P-δ 效应得到杆件的侧向变形计算公式。该文利用提出的解析刚度计算模型和框架结构侧向变形公式实现了框架弯矩重分布。将该文提出的方法的计算结果与已有的试验结果对比表明:该方法可行,框架弯矩和侧向挠曲变形随荷载增大呈现明显的非线性。     

CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁短期挠度计算方法

通过静力试验和理论分析,研究CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁在短期荷载作用下的使用性能,探讨短期挠度计算方法。结果表明,CFRP筋体外预应力加固梁的荷载-跨中挠度曲线呈三折线变化;跨中截面混凝土和CFRP筋的平均应变在梁体开裂之前沿截面高度基本呈线性变化,开裂后,CFRP筋的平均应变明显小于梁底混凝土的应变。基于试验结果,计算开裂刚度折减系数和CFRP筋粘结特征系数,考虑二次效应的影响,运用有效惯性矩法建立了CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁的短期挠度计算公式,可供实际工程设计 参考。     

UPPC梁的开裂截面惯性矩及挠度计算研究

为满足无粘结部分预应力混凝土(UPPC)梁正常使用极限状态的设计要求, 必须合理估算使用荷载下构件的挠度。由于预应力筋与其周围混凝土没有粘结, 加之部分预应力混凝土梁的中性轴随外荷载而动, 开裂截面形心轴及开裂截面惯性矩也跟着变, 这给UPPC梁的挠度计算带来了困难。该文建立了一个UPPC梁的开裂截面惯性矩计算方法, 在此基础上, 可以按Branson方法很容易地计算出截面有效惯性矩。该有效惯性矩与按《混凝土设计规范》(GB50010-2010)方法所得的有效惯性矩较接近, 前者与后者之比在0.89~1.10。计算挠度与3个不同研究者的试验对比表明所建立方法是正确的并具有较广泛的适用性, 可用于无粘结预应力筋为纤维复合材料的混凝土梁, 而目前的混凝土结构设计规范方法则无法应用于此类构件。     

直接基于位移的预应力混凝土框架结构抗震设计方法

通过对传统直接基于位移的抗震设计方法中等效单自由度体系的等效刚度计算方法的改进,减少了影响等效刚度计算结果准确性的不确定因素,并将其应用于直接基于位移的预应力混凝土框架结构的抗震设计,提高了设计方法的有效性。该文根据是否考虑裂缝控制和强柱弱梁要求,采用上述设计方法设计了四种不同配筋的预应力混凝土框架,其静力弹塑性分析结果表明性能点结构位移均满足性态目标的要求,设计方法是有效的。同时,预应力框架结构的裂缝控制、预应力度、柱的配筋方式、强柱弱梁及其他抗震构造要求等将造成在设计需求地震作用下框架结构的承载力严重超强,并导致性能点的位移不同程度小于目标位移。     

部分预应力混凝土构件的弯矩—曲率关系

为了要了解部分预应力混凝土结构塑性行为,首先必须要先了解部预应力混凝土构件的弯矩－曲率关系,本文在几个假设的基础上,推度出部分预应力混凝土截面与曲率的关系式。     

劲性钢筋混凝土受弯构件短期刚度与裂缝宽度的试验研究

本文介绍了十一根劲性钢筋混凝土简支梁的试验研究。试验结果表明,在加载全过程中,沿截面高度量测的平均应变符合平截面假定。笔者利用计算机程序对这类梁的M-曲率和M-挠度进行了全过程分析,其结果与试验结果吻合较好。对影响劲性钢筋混凝土梁短期刚度与裂缝宽度的主要因素,本文也进行了探讨。通过100余根梁的计算机模拟计算,根据试验研究的结果,运用统计分析的手段,并参照新规范GBJ10-89,导出了劲性钢筋混凝土梁的刚度和裂缝宽度的计算公式,计算结果与试验结果吻合亦较好。     

近海大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型研究

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,对8榀经受不同盐雾腐蚀循环作用的RC框架梁进行了低周反复加载试验,分析RC框架梁的滞回特性。基于试验结果,得到了带有负刚度段的三折线骨架曲线,并根据完好构件恢复力模型特征参数,得到了考虑钢筋锈蚀率和配箍率的锈蚀RC框架梁骨架曲线特征点计算公式。采用回归分析法,得到基于滞回耗能的循环退化指数,通过循环退化指数建立可综合考虑构件的捏拢效应、强度退化、卸载刚度退化、硬化刚度退化和再加载刚度加速退化的锈蚀RC框架梁恢复力模型。研究表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀RC框架梁的抗震性能劣化较明显,滞回耗能逐渐降低;配箍率对锈蚀RC框架梁恢复力特性的影响与未锈蚀RC框架梁相似;所建立的恢复力模型能够较好的描述锈蚀RC框架梁的滞回特性,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

钢筋混凝土框架-纤维增强混凝土耗能墙结构抗震性能试验研究

高性能纤维增强混凝土（HPFRC）具有受拉应变硬化和多裂缝开展性能,是一种理想的耗能材料。将HPFRC耗能墙装配于钢筋混凝土（RC）框架,形成RC框架-HPFRC耗能墙新型抗震结构。设计制作了2个1/2比例RC框架-HPFRC耗能墙结构模型,对其进行了拟静力试验,研究其破坏机理、变形和耗能性能等;分析了RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度。结果表明:RC框架-HPFRC耗能墙结构可实现“大震可修”的抗震设防目标;1个框架单元内装配2片与1片耗能墙相比,其水平承载力提高了38.3%,初始侧向刚度提高了1.78倍,但后期侧向刚度仅提高20%~30%,不同损伤状态的耗能能力提高了10%~175%,侧向变形能力基本相同;RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度系数分别为0.11和0.13。     

Reinforced polymer concrete: Physical properties of the matrix and static/dynamic bond behaviour

The paper aims at analysing the performance of Polyester Polymer Concrete (PPC) reinforced with steel and FRP rebars. The PPC is also compared with conventional cement concrete.

On the one hand, the effect of the polymer matrix microstructure on the mechanical performance (compression and flexural strength, deformability and Young’s modulus) is discussed.

On the other hand, static and dynamic bond behaviour under pure pull-out forces between the PPC and different rebars is tackled. It is analysed the behaviour of metallic and non-metallic rebars embedded in a PPC matrix when they are subjected to both monotonic and cyclic loads. Likewise, analogous tests were performed on cement concrete specimens in order to be able to compare the bonding performance in both types of concrete.     

混凝土杆系结构滞回全过程分析

本文基于非线性有限元原理,采取由材料本构关系直接形成单元M—N—φ关系的方法,推导了混凝土杆系结构的单元刚度矩阵,该矩阵考虑了材料非线性、几何非线性、轴力二次矩、混凝土的裂面效应、预应力的特点、钢筋的粘结滑移以及材料的双切线模量等的影响;编制了相应的分析程序,并对两榀混凝土门架的滞回性能进行了模拟计算,计算值与试验结果吻合较好。本文程序实现了混凝土杆系结构包括下降段在内的滞回全过程分析,从而为该类结构的抗震研究提供了一个准确、实用的工具。     

RC环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架计算模型研究

RC环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架在竖向荷载和水平荷载作用下,在环梁一定高度范围内,环梁与柱之间会有很窄的缝隙。通过有限元分析研究了环梁连接的转角刚度和环梁区域框架梁等效宽度以及它们的影响因素,结果表明环梁宽度和框架梁宽度对转角刚度和等效宽度影响较大。框架内力、位移计算以及两层两跨框架结构的静力试验和拟动力试验表明,环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架可以采用梁柱直接刚性连接的模型进行弹性分析。     

The fiber‐free approach in the evaluation of the tangent stiffness matrix for elastoplastic uniaxial constitutive laws

It has been shown in a previous paper that the normal stress resultants for an arbitrary polygonal section endowed with a uniaxial elastoplastic law can be computed exactly by means of a general approach; it has been denominated fiber free as no fiber discretization of the section is required. The aim of this paper was to extend the fiber‐free approach to the evaluation of the tangent stiffness matrix to allow for the analytical integration of all the basic quantities required by the section state determination occurring in nonlinear frame analysis. The numerical examples showed that the general properties of the fiber‐free approach, already discussed with reference to the stress resultants, carry over to the tangent stiffness matrix as well. Namely, independent from the complexity of the constitutive law, the accuracy in the evaluation of the tangent stiffness matrix allowed by the number of fibers adopted in commercial software for nonlinear frame analysis is even worse than that associated with the computation of the stress resultants. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

消能限位型钢支撑抗震性能试验研究及结构地震易损性分析

该文提出一种消能限位型钢支撑以期改善建筑结构抗震性能,设计了5个钢支撑,设计参数为限位位移、限位块数量、钢芯截面尺寸及长度。通过低周往复加载试验对5个钢支撑的破坏特征、滞回特性、骨架曲线和刚度等抗震性能进行了研究。基于IDA分析评估了含钢支撑框架结构模型的抗地震倒塌性能。结果表明:该钢支撑构造合理,滞回性能稳定;增设限位块后可发挥限位作用,并可提供较大的附加刚度;限位块数量和截面尺寸以及其与支撑工作段连接面焊缝的刚度影响附加刚度的提升程度;该文提出的钢支撑各阶段刚度计算公式所得结果与试验值符合较好,可为钢支撑设计提供参考;设置含有限位块的消能限位型钢支撑结构的倒塌储备系数提高,有利于改善底层柔性结构的抗倒塌能力。     

Analysis of infilled frames using A coupled finite element and boundary element solution scheme

The behaviour of infilled frames subjected to horizontal loads is analysed by an iterative numerical procedure. The stiffness of the structural system is determined with variations in geometrical and mechanical characteristics. The analysis is carried out utilizing the boundary element method (BEM) for the infill and opportunely dividing the frame into finite elements, so as to transform the mutual interactions of the two subsystems into stresses distributed along the boundary for the infill and into nodal actions for the frame. This makes it possible to take into account the separation arising between the two substructures when mutual tensile stresses are involved. At first, infills without openings are considered, using BEM with constant elements for two-dimensional problems in elasticity. The results are compared with those obtained using the simplified equivalent pin-jointed strut model, which is very common in the literature. Subsequently, using an analogous procedure, panels with openings are considered. For these systems, for which no satisfactory simplified models exist, the loss of stiffness in relation to the size of the opening is evaluated.