长周期地震波作用下超高层结构连续倒塌数值模拟

基于ABAQUS软件对某超高层结构在长周期地震波作用下的连续倒塌数值模拟方法进行研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和框架柱,采用壳单元模拟钢筋混凝土剪力墙和楼板。基于子程序实现梁单元材料积分点材料的失效用于模拟单元生死,基于混凝土弹塑性损伤本构近似模拟钢筋混凝土剪力墙与楼板的刚度削弱及失效,并采用单元接触考虑倒塌过程中单元之间的碰撞和结构碎片堆积情况。以某实际超高层结构为例,分析了结构的动力特性,并对该超高层结构在长周期地震波作用下的破坏模式和倒塌过程进行了模拟,可为超高层结构地震破坏机理和抗震设计研究提供参考。     

混凝土组合剪力墙结构建筑倒塌过程的模拟与防倒塌设计

分析对混凝土组合剪力墙结构性能的数值模拟方法,基于离散单元法提出结构倒塌分析的理论模型。针对混凝土组合剪力墙内的局部破坏作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面倒塌过程进行了数值模拟通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立混凝土块体在碰撞形式下的计算模型。分析地震作用下混凝土组合剪力墙框架结构及砌体结构空间倒塌过程。通过图形建模技术,实现混凝土组合剪力墙结构倒塌过程数值模拟。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合混凝土组合剪力墙结构大变形阶段的分析。同时对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结,并指出混凝土组合剪力墙结构参数对抗连续倒塌性能的影响及实用的防连续倒塌设计方法。     

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。     

火灾下钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟

基于ABAQUS对钢筋混凝土框架结构在火灾下的倒塌数值模拟进行了研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和柱,编制了可用于应力-温度耦合场、可考虑材料失效的混凝土和钢筋材料单轴本构用户子程序,通过材料失效模拟单元的破坏;采用壳单元模拟钢筋混凝土楼板,考虑了钢筋混凝土楼板的刚度削弱、钢筋拉断;采用单元接触考虑了倒塌过程中单元之间的碰撞。以某钢筋混凝土框架结构为例,对其在火灾下的倒塌机理进行了分析。     

基于ABAQUS的某框架的动力弹塑性时程分析

基于混凝土弹塑性损伤材料本构关系和纤维梁单元模型,利用ABAQUS对"5.12"汶川大地震中倒塌的某框架进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,通过对该框架的精细化反演分析,揭示了地震作用下建筑结构的破坏机理和损伤倒塌规律,同时对动力弹塑性时程分析的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。     

基于纤维梁单元框架结构的地震倒塌研究

框架结构地震作用倒塌模拟及抗倒塌方法研究是结构抗震研究的重点,有限元方法的应用使得研究变得可靠易行。研究结构在不同地震作用下的抗倒塌能力与防倒塌措施是研究者和工程人员普遍关注的重点。通过运用非线性纤维梁单元建立适于我国现行结构规范的钢筋混凝土框架结构,选择合理的分析参数和地震模拟方法,对结构在不同地震作用下的倒塌性能进行了研究,并通过改变关键参数和模拟技术,得出影响结构地震作用倒塌的因素和权重。     

采用三维有限元模型的高耸结构连续倒塌分析

利用通用有限元软件ABAQUS,建立一栋20层建筑的三维有限元模型,并进行连续倒塌分析。用壳单元和梁单元模拟整体结构,考虑材料非线性和几何非线性。详细说明了建模过程,计算结果与试验数据很吻合。利用此模型,详细评估不同结构不同柱突然失效时的性能。此模型准确反映了柱突然失效时结构的整体性能,为连续倒塌研究提供了辅助设计指导。     

铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性能分析

采用非线性动力拆除构件法,对铁路站台有柱雨棚"Y"形钢筋混凝土典型单元进行了抗连续倒塌性能分析,研究了结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并对不同柱距、不同抗震设防烈度及不同楼板的雨棚结构进行了分析和对比。局部构件失效后,剩余结构抗倒塌机制主要为梁机制和悬链线机制;在边柱失效后,剩余结构承载机制仅有梁机制,结构抗连续倒塌性能较弱;在中柱和内柱失效的情况下,剩余结构具备梁机制和悬链线机制提供的抗倒塌承载力,结构抗连续倒塌性能较强;柱距增加,雨棚结构抗连续倒塌性能减弱;抗震设计对于结构梁机制相对承载力的提升较大,对悬链机制相对承载力的提升取决于梁内通长钢筋的增幅;整体现浇楼板对雨棚结构抗连续倒塌性能的增强效果显著,梁机制和悬链线机制的相对承载力均有较大提高。     

基于离散元的钢混结构倒塌全过程分析

钢筋混凝土框架结构倒塌过程中,结构由连续状态过渡到非连续状态,构件发生断裂、碰撞,各单元排列“失序”,常用的数值计算方法难以模拟出完全分离单元间的碰撞和堆积状态。文中利用改进的离散单元建立结构模型,确立构件断裂准则及碰撞准则,编制计算程序,检索碰撞单元,对结构倒塌全过程进行数值模拟,计算结果与混凝土框架结构爆炸倒塌试验结果一致,为离散单元法在混凝土框架结构倒塌全过程数值分析提供参考。     

基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟

合理、准确地模拟钢筋混凝土梁柱构件的非线性及断裂破坏行为,对于进行钢筋混凝土框架结构在强震作用下的倒塌破坏机制研究具有重要的意义。基于有限元软件ABAQUS的显式求解模块Explicit,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及其单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,并利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序。为验证上述方法的合理性和正确性,本文对轴压与侧向往复加载下钢筋混凝土柱构件的受力破坏全过程进行了数值模拟。计算结果表明:采用单元消除(杀死)可以简单、有效地实现有限单元法对于梁柱构件断裂破坏过程的模拟;基于纤维梁单元构建的材料单轴本构关系和破坏准则能够准确、细致地描述钢筋混凝土柱在荷载作用下的非线性性能发展、构件截面的渐进破坏过程以及残余构件的运动状态;对于非线性性态发展较为强烈的结构构件,考虑材料失效的模拟分析结果更为合理、可信。该方法可用于钢筋混凝土框架结构在强震下倒塌全过程的模拟分析。     

钢管混凝土框架-核心筒组合结构基于增量动力分析方法的抗震性能评估

钢管混凝土框架-核心筒组合结构增量动力分析中,对结构构件,特别是钢管混凝土构件非线性力学行为的准确模拟是保证分析结果正确的关键,基于壳单元、纤维梁单元,并结合组合构件的特点采用i Fiber LUT对钢管混凝土组合结构进行数值模拟;同试验结果对比分析表明该方法具有较高的准确性。通过典型算例分析表明,该方法可很好地应用于钢管混凝土框架-核心筒组合结构体系基于性能的抗震设计和评估中。     

基于MSC.MARC的纤维梁子程序开发与验证

本文基于MSC.MARC平台开发了纤维梁单元子程序,并对其进行了详细测试。采用MSC.MARC模拟钢筋混凝土梁非线性行为时,需要开发相应的纤维梁单元子程序。基于UBEAM子程序接口,开发了可以考虑剪切变形的两节点单积分点线性Timoshenco梁单元和不考虑剪切变形的两节点三积分点Euler-Bernoulli梁单元子程序,以上两种子程序均包含两种混凝土和两种钢筋单轴本构材料模型。以中国建筑学会抗震防灾分会建筑结构抗倒塌专业委员会开展的钢筋混凝土框架柱拟静力往复试验为例,将数值分析结果与实验结果进行了对比,对编制的子程序进行了详细测试和分析,结果表明:数值模拟可以得到与试验较为一致的结果,编制的子程序是正确的,可进一步用于结构动力弹塑性时程分析和倒塌分析。     

建筑结构倒塌过程模拟与防倒塌设计

针对结构性能的数值模拟方法进行了综合分析,基于离散单元法提出了结构倒塌分析的理论模型。通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立了混凝土块体在不同碰撞形式下的计算模型。针对建筑物内的局部爆炸作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面及空间倒塌过程进行了数值模拟。建立了适用于任意加载路径的材料弹簧力-位移本构关系,据此分析了地震作用下钢筋混凝土框架结构以及砌体结构空间倒塌过程。采用基于OpenGL的图形建模技术,实现了结构倒塌过程数值模拟结果的三维可视化。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合结构大变形阶段的分析。为提高计算效率和精度,有必要采用多尺度的模拟分析。另外,对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结。并指出结构参数对抗连续倒塌性能的影响、结构倒塌机理、实用的防连续倒塌设计方法以及地震作用下结构防倒塌定量设计方法等方面尚待深入研究,以便建立相应的防倒塌设计规范。图15参21     

地震中钢筋混凝土框架结构倒塌反应的试验研究与数值仿真

制作一个1/4钢筋混凝土框架模型结构,进行模拟地震作用下结构倒塌的振动台试验。试验结果表明,由于现浇楼板的加强作用结构呈弱柱型的倒塌模式,倒塌过程中构件间的碰撞作用非常明显。基于离散单元方法,将结构离散为板单元和柱单元组成的板-柱体系或由梁单元、节点单元和柱单元组成的梁-柱-节点体系。在单元连接界面处构建由混凝土弹簧和钢筋弹簧组成的能反映构件空间受力性能的三维拉压弹簧组,引入任意加载路径下混凝土弹簧和钢筋弹簧单轴本构关系。采用动态松弛法求解结构的反应。借助于C++语言、MFC类库和OpenGL三维图形库,开发出钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应数值仿真系统。用素混凝土柱的变形分析及结构模型试验结果验证数值仿真系统的适用性和准确性。     

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。     

钢管混凝土组合框架结构体系抗震性能的增量动力分析法

基于有限元软件ABAQUS用户材料模型子程序二次开发技术,建立了钢管混凝土组合框架体系的数值模拟模型,该模型得到了以往研究者完成的钢管混凝土构件及组合框架结构低周往复荷载试验结果的验证。分别基于非线性纤维梁单元及分层壳单元模拟梁柱构件及楼板,用增量动力分析(IDA)方法对某9层钢管混凝土空间框架结构的抗震性能进行了研究,对某一地震动下结构由弹性阶段到屈服再到塑性阶段过程中的性能点、层间位移角、结构顶层谱加速度时程响应、框架塑性铰出铰顺序及基底剪力时程曲线进行了判定,为进一步评估钢管混凝土空间框架结构的抗震性能提供参考。     

预应力CFRP/GFRP布加固RC梁的结构响应

对于混凝土梁和预应力混杂CFRP/GFRP纤维布分别采用非线性组合单元和层壳单元模拟,采用Owen屈服准则和Hinton压碎准则等描述了混凝土非线性特性,同时考虑了混杂CFRP/GFRP纤维布空间预应力。为了确定预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固混凝土梁的最佳受力状态,通过基于梁体挠度和纤维布应力的计算分析确定了预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固结构的工作状态。结果表明,最优混杂比是影响预应力混杂CFRP/GFRP纤维布加固结构力学性能的重要因素。研究结论可供工程加固设计参考。     

采用纤维模型梁柱单元对粘钢加固混凝土梁的模拟分析

采用计算机模拟分析加固构件在不同荷载阶段的受力性能,不仅能够减少投入,而且可以得出具有普遍意义的结论。利用纤维模型梁柱单元对粘钢加固混凝土梁的受力过程进行了模拟分析,结果表明,采用该模型可以较好地模拟粘钢加固构件的受荷过程,为结构构件加固性能的研究提供了一种有力的分析工具。     

大空间砖-混凝土组合结构弹塑性地震反应与计算倒塌研究

建立了大空间砖-混凝土组合结构弹塑性分析模型,分别采用纤维单元、多弹簧单元和斜撑单元模型模拟大空间结构的墙体完成结构弹塑性地震反应计算,研究了大空间结构计算模型和计算方法的适用性,提出了结构计算倒塌概念,认为纤维单元与多弹簧单元模型不适合用于模拟强震下大空间结构的连续墙体。进行了大空间砖-混凝土组合结构的弹塑性地震反应计算,研究了结构在小震、中震和大震作用下的受力特性和破坏形态,结果表明,这一大空间结构可以满足小震不坏和大震不倒的基本设计要求,分析发现了结构的薄弱部位,为结构抗震设计提供了依据。     

聚丙烯纤维混凝土梁试验研究及非线性数值分析

为研究聚丙烯纤维混凝土结构的受力性能,对6根不同掺入量的聚丙烯纤维混凝土梁进行了试验研究,并利用ANSYS有限元分析软件对其受力过程进行了非线性数值仿真模拟。研究结果表明:掺入聚丙烯纤维的混凝土梁裂缝宽度较相同条件下未掺入聚丙烯纤维的混凝土梁小,聚丙烯纤维能够提高混凝土梁的抗裂性能;配置HRB500级钢筋的聚丙烯纤维混凝土梁在使用阶段能够满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)裂缝宽度限值的要求;非线性有限元数值模拟结果与试验结果吻合较好,该方法能够有效地模拟聚丙烯纤维混凝土梁的受力过程。