反复荷载下钢管混凝土柱力学性能的有限元模拟

本文建立了钢管混凝土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。     

基于数值模拟的钢筋混凝土梁损伤分析

选取项目组制作的2根钢筋混凝土悬臂梁,基于ABAQUS进行了低周往复非线性分析,得到钢筋混凝土构件的受力和变形特点,并基于修正的Park-Ang损伤模型,计算其损伤指数,通过将模拟结果与试验结果进行对比,说明利用合理数值模型与损伤模型计算构件的损伤指数,可以很好的反映钢筋混凝土构件的损伤情况。     

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。     

钢筋增强ECC/混凝土组合节点抗震性能分析

ECC(Engineered cementitious composite)是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。文章基于ECC材料在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC材料在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC/混凝土组合节点在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果与试验结构吻合良好,所采用的ECC材料本构模型能够较为准确地模拟组合节点在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

往复荷载下预应力混凝土结构的数值模拟

现阶段,预应力技术得到广泛应用,深入研究预应力混凝土结构或构件的抗震性能有着重要的工程意义。在往复荷载下,预应力混凝土结构或构件的材料和力学行为复杂,需要借助数值模型加以准确模拟。本文基于杆件结构纤维模型程序,编制了预应力混凝土杆系结构及构件的数值分析模型。利用该模型,本文对往复荷载下的一榀有粘结预应力混凝土框架试件和一榀无粘结预应力混凝土框架试件,以及一根无粘结预应力混凝土柱试件进行了数值模拟。计算结果与试验结果的对比表明,由于采用了合理而准确的材料滞回模型并合理考虑了预应力的影响,本文开发的杆系有限元数值分析模型能够准确预测往复荷载下预应力混凝土杆系结构或构件的滞回特性,可以用于预应力混凝土实际结构的计算分析及其受力机理的探讨。     

往复荷载下混凝土本构模型的选择在ABAQUS中的应用

对ABAQUS有限元软件中的混凝土模型进行简要介绍,通过选用几种具有代表性的混凝土本构,对往复荷载下的混凝土应力-应变关系进行数值模拟,将模拟结果同试验结果进行比较,探讨适用于ABAQUS有限元软件的用于模拟往复荷载的混凝土本构模型。在比较分析的基础上,选用同试验吻合情况良好的Mander混凝土本构模型及用于模拟钢管混凝土的韩林海模型对钢管混凝土叠合柱构件和钢管混凝土柱-钢梁连接节点构件进行滞回性能模拟。模拟结果表明所选混凝土本构适用于模拟含混凝土材料的构件在往复荷载下的混凝土力学性能,可供研究参考。     

基于OpenSees的RC柱数值模拟与验证

利用Open Sees有限元分析软件对已有的钢筋混凝土柱低周往复试验进行数值模拟,选择不同轴压比和不同配箍特征值的钢筋混凝土柱,将数值模拟结果和试验结果进行对比分析,最终得到采用Open Sees有限元分析软件模拟钢筋混凝土柱时,材料模型和分析模型的适用性。为钢筋混凝土构件数值模拟提供一定的参考依据。     

基于ABAQUS的混凝土单轴材料模型开发与应用

为了在有限元软件ABAQUS中实现用纤维梁单元模拟钢筋混凝土构件,通过ABAQUS自身提供的隐式模块下的用户自定义子程序接口UMAT,在软件中开发了用于纤维梁单元的混凝土单轴本构滞回模型。利用所开发模型,通过静力分析模块对钢筋混凝土梁、板单调加载试验试件和柱、剪力墙低周反复加载试验试件进行非线性数值模拟分析;同时通过动力隐式分析模块对一组钢筋混凝土框架振动台试验试件进行了弹塑性时程分析,并与试验结果进行比较。结果表明,本文基于ABAQUS软件二次开发的混凝土单轴滞回模型具有较高的精度和较为广泛的适用性,能够较准确地模拟钢筋混凝土构件在弯矩及弯矩和轴力共同作用下的非线性行为,可以作为下一步研究的基础。     

往复荷载下钢筋增强ECC梁受力性能研究

ECC是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。通过试验研究考察了ECC的延性变形行为对钢筋增强ECC梁在往复荷载下受力性能的影响,并与普通钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,ECC的使用能够显著提高构件延性和耗能能力。基于ECC在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC梁在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果表明,所采用的ECC本构模型能够较为准确地模拟钢筋增强ECC受弯构件在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

往复荷载下钢筋增强ECC梁受力性能研究北大核心

ECC是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。通过试验研究考察了ECC的延性变形行为对钢筋增强ECC梁在往复荷载下受力性能的影响,并与普通钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,ECC的使用能够显著提高构件延性和耗能能力。基于ECC在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC梁在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果表明,所采用的ECC本构模型能够较为准确地模拟钢筋增强ECC受弯构件在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

OPENSEES软件在框架节点抗震性能分析中的应用

为研究低周反复荷载作用下框架梁柱边节点的抗震基本性能,采用OpenSees通用分析软件对框架梁柱节点进行了非线性数值模拟。结果表明,数值模拟结果和现场试验检测结果一致性较好,两者误差均小于10%,表明所选取材料的参数以及材料的本构关系,具有较好的合理性和适用性,OpenSees可很好地模拟框架梁柱节点在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。     

基于遗传算法的钢筋混凝土剪力墙Bouc-Wen模型参数识别

对钢筋混凝土剪力墙构件层次的滞回行为的合理模拟有着重要的应用及研究价值,但目前剪力墙在反复荷载作用下的非线性模拟仍然存在困难。Bouc-Wen模型是一种平滑模型,以解析公式描述滞回行为,在结构和机械领域有着广泛的应用。本文将剪力墙构件在往复荷载作用下的恢复力-位移关系简化为单自由度Bouc-Wen滞回模型。通过分析Bouc-Wen模型特征,给出其参数取值限制,运用遗传算法在已有试验数据基础上完成模型的参数识别。定参后的单自由度Bouc-Wen滞回模型能较好反映构件在往复荷载作用下的强度刚度退化和恢复力峰值特点,模型可作用宏观单元用于结构模型数值模拟。识别过程对类似模型的参数识别具有参考价值。     

往复荷载下型钢混凝土柱滞回性能模拟

应用有限元分析软件OpenSEES,基于纤维模型法和柔度法,通过选择适宜的单轴材料本构模型,建立起十字形钢混凝土柱的有限元分析模型,并对试件进行低周往复荷载作用下的非线性数值模拟。结果表明:所建立的OpenSEES模型能很好的反映十字形钢混凝土柱滞回环的特点,此次模拟的结果可为十字形钢混凝土结构数值模拟和地震反应分析提供参考。     

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验及有限元研究

对12个冷弯薄壁型钢方钢管梁柱焊接节点进行了低周往复加载试验及非线性有限元数值模拟分析,有限元分析中考虑双重非线性、初始几何缺陷及焊材的本构模型等因素的影响。将循环荷载下数值计算结果与试验结果进行对比,讨论了试件滞回曲线、极限承载力、节点域应力分布等方面的内容。分析结果表明:(1)数值模拟与试验结果较为接近,极限荷载及极限位移差值在10%以内,所采用的数值分析模型和数值方法可进行冷弯薄壁型钢梁柱节点的参数化分析。(2)改进后的加腋节点极限承载力比常规节点高,极限状态时梁端位移较小;节点的滞回曲线饱满,耗能能力较强。(3)分散焊缝改进型节点破坏前经过循环次数较多,耗能能力较强。(4)轴压比对滞回性能及节点域应力分布有一定影响。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点滞回性能有限元分析

为了研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的传力机理,基于ABAQUS有限元软件建立了非线性有限元模型。模型主要考虑材料和几何的非线性、混凝土在往复加卸载下的塑性损伤退化、钢筋和混凝土的粘结滑移。和试验结果对比表明:研究所采用的有限元模型对于梁端力-位移滞回曲线关系、节点刚度和梁极限抗弯承载力的模拟与试验结果吻合良好,验证了该有限元模型可以用于该类节点的抗震性能分析。     

一种基于强度模拟配筋混凝土砌块砌体墙在拟静力侧向荷载作用下力学行为的宏观模型

本文是一项正在研究项目的部分内容,该项研究主要目的是:探究中等高度的配筋混凝土砌块砌体结构作为主承重墙时,建筑整体结构的力学响应。本文以多层的单片墙构件为模拟对象,建立数值模型、并对其进行校准和修正,以模拟分析该类构件在侧向荷载作用下的力学行为。因为一个建筑模型中所包含墙片数目必然是复数,故本研究项目组认为:墙片的力学模型公式应当尽量简化,并且在应用该公式进行分析时,要在能够保证精度前提下尽可能地提高计算效率。配筋砌体墙片由多种不同材料组合而成,致使该类构件在承受往复荷载作用时呈现的力学响应,具有明显的非线性特征。本文使用Open Sees和Response-2000软件建立墙片模型,以模拟分析其在往复荷载作用下的挠曲变形、剪切变形,以及刚度变化。使用Open Sees提供的"二维基于强度框架单元"(英文原文:2D Force-Based frame element)来模拟墙片;在此基础上,对共计十片配筋砌体结构墙片试件进行拟静力往复荷载试验,用试验结果对数值模型进行校准和修正。本文主要叙述了数值模型的建立和验证工作,包托两个主要阶段:第一阶段,对墙体模型施加单一均速递增的侧向荷载,直至其进入弹塑性阶段,以获取滞回骨架曲线,通过该方法能够获取具有较高精度的曲线;第二阶段,再对第一阶段中的模型进行修正,以进一步完善滞回曲线的绘制。最终可掌握该类构件内部变化的规律,得到力学计算模型中有关参数的合理取值范围。结合Open Sees软件模型,可以对配筋砌体墙片在弯剪组合作用下的力学行为进行模拟。     

方钢管钢筋混凝土短柱与方钢管钢骨混凝土短柱的滞回性能分析及设计

方钢管钢筋混凝土短柱与方钢管钢骨混凝土短柱(STRC与STSRC)是将纵向钢筋置于冷弯薄壁钢管中。在这项研究中,对6根STRC和STSRC短柱进行固定轴压力下和往复侧向压力下的试验研究,分析两种构件的抗震性能。主要参数为轴压比和纵筋的配筋率。建立三维非线性有限元模型,模拟试件的性能和强度。基于试验和数值模拟结果,提出计算STRC和STSRC短柱剪切强度的设计公式。     

基于OpenSEES的框架结构振动台试验数值模拟

基于有限元程序OpenSEES计算平台,通过对一个12层框架结构振动台试验进行数值模拟,选取有限元模型所用到的材料本构、截面恢复力模型、单元类型等,以及合理地选择模型参数、材料、单元和分析方法。在OpenSEES中进行非线性动力时程分析模拟12层框架结构振动台试验,并将数值模拟结果和试验结果进行对比分析。结果表明,模拟结果和试验结果吻合良好,验证了选取有限元模型的参数及分析方法的合理性和一定的有效性、可行性。     

基于ABAQUS显式分析梁单元混凝土材料模型开发及应用

为准确合理模拟钢筋混凝土构件在大震作用下的地震反应,利用大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序VUMAT接口,开发了能够用于显式分析的梁单元混凝土材料本构模型。讨论了适用于ABAQUS显式分析的钢筋混凝土构件梁单元构建方法及求解拟静力和动力问题所采用的技术措施。利用所开发的材料模型,通过动力显式分析对大量试验进行了非线性数值模拟分析,并与试验结果进行比较,验证了本构模型和建模方法的可靠性。结果表明,基于ABAQUS软件所开发的混凝土材料模型具有较高的精度和较为广泛的适用性,能够较精确地模拟钢筋混凝土构件在弯矩及弯矩和轴力共同作用下的非线性行为,可以作为下一步研究的基础。     

FRP-混凝土-钢管组合柱滞回性能数值分析

在确定各材料应力-应变关系的基础上,采用纤维模型法对FRP-混凝土-钢管组合柱在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟,建立了FRP-混凝土-钢管组合柱滞回模型。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。