CFRP筋转换梁框支剪力墙抗震性能试验的数值模拟仿真方法

对3榀CFRP筋转换梁框支剪力墙进行了低周往复荷载试验,并与1榀全钢筋转换梁框支剪力墙对比,分析了其破坏模式、受力特征和滞回特征等抗震性能。通过OpenSees分析平台,选取基于刚度法理论的非线性梁柱单元,并结合零长度转动弹簧单元,建立了合理考虑纵筋粘结滑移的CFRP筋转换梁框支剪力墙数值分析模型。结果表明:考虑了纵筋粘结滑移的数值模型能较好地模拟CFRP筋转换梁框支剪力墙在低周往复荷载作用下滞回曲线的捏缩特性,对试件屈服荷载和极限承载力也有较好的模拟精度。     

预应力筋粘结形式对框架复位性能的影响

残余变形是衡量结构震后能否继续满足使用要求和可修复性的重要指标。首先提出以残余变形为目标的结构或构件复位性能的基本概念;然后利用已开发并经试验验证的纤维模型程序,完成了一榀预应力混凝土框架试件在不同预应力筋粘结形式下的数值模拟,初步探讨了预应力筋粘结形式对结构复位性能的影响。计算结果表明,对于按规范设计的预应力混凝土框架,框架柱预应力筋粘结形式对框架的复位性能产生较大影响,而框架梁预应力筋的影响则相对较小。实际工程中预应力筋宜优先采用部分无粘结形式。     

缀板式钢管混凝土组合柱框架有限元分析

为研究缀板式方钢管混凝土组合柱框架的抗震耗能能力,基于三榀框架试验所验证的有限元模型,在不改变材料本构及各不同构件的参数设置,采用ABAQUS有限元软件建立不同构造形式的框架模型,通过有限元软件得到框架的应力云图及荷载-位移曲线,研究框架在低周水平往复荷载作用下滞回性能.模拟结果表明,不同构造形式下框架钢梁发生了屈曲扭...     

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。     

预应力及非预应力型钢混凝土框架受力及抗震性能试验研究

进行了两榀预应力型钢混凝土框架和非预应力型钢混凝土框架在竖向荷载及水平低周反复荷载作用下受力与抗震性能试验研究,研究结果表明：在型钢混凝土梁中采用预应力,可以有效地控制结构裂缝宽度,改善结构的正常使用性能;梁中施加预应力没有明显改变型钢混凝土结构优良的抗震性能,预应力型钢混凝土框架低周反复加载滞回曲线饱满,抗震性能优良;在型钢混凝土梁中施加预应力,可以充分发挥型钢与混凝土等材料各自的优势。在试验研究的基础上,提出了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架的三线型恢复力模型,并利用该恢复力模型进行了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架在低周反复荷载作用下的滞回性能分析,分析结果与试验结果吻合良好。     

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。     

自复位预制预应力混凝土框架结构恢复力模型研究

无粘结预应力装配式混凝土框架结构中,各构件间由预应力预压连接,该结构形式具有自复位能力强、残余变形小和损伤分布较为集中等特点。节点形式对结构整体的滞回特征有重要影响,该结构体系滞回特征显著区别于普通混凝土结构,有必要建立适用于该结构的实用的恢复力模型。本文基于ABAQUS有限元软件,建立三个单层框架结构模型,各模型节点形式为整体现浇和预应力装配式的不同组合,对结构施加水平往复荷载,比较分析了三种结构形式的恢复力特征。基于预应力装配式结构的数值分析结果,进行标准化处理及回归分析,建立了该结构恢复力性能的骨架曲线及滞回规则。通过对比恢复力模型曲线与数值分析结果,证明提出的恢复力模型能较好地模拟该类结构的恢复力特征。     

桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

为促进桁架式钢骨混凝土框架结构在抗震设防区的推广和应用,开展了1榀预应力及1榀非预应力桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验,考察了试验过程及门式框架试件的破坏形态,研究了门式框架试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能指标,分析了梁端、柱脚的弦杆和斜腹杆应变变化规律,得到了门式框架试件的出铰顺序。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件开展了水平单调荷载作用下的受力性能分析。研究结果表明：两榀门式框架试件的水平荷载-位移滞回曲线均较为饱满,无明显的捏缩现象,呈现良好的抗震性能;施加预应力对框架的延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响,但可延缓加载过程中裂缝的出现与延伸,并降低梁端和柱脚的损伤;两榀门式框架试件出铰顺序相同,均表现为“先梁端后柱脚”的顺序,达到了“强柱弱梁”的设计目标。有限元分析得到的框架破坏形态、极限荷载和单调加载曲线均与试验结果较为吻合。此外,通过参数分析可见,柱长细比和轴压比是该类门式框架抗震性能的主要影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力和侧向刚度降低、延性增加,而随着轴压比的提高,框架位移减小,延性降低。     

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。     

基于IDARC的型钢混凝土组合框架滞回性能理论分析

基于Park恢复力模型,对一榀由角钢混凝土柱和型钢混凝土梁组合而成的单层单跨型钢混凝土框架进行滞回全过程分析,并与试验结果对比.在此基础上对影响此类框架力学性能的主要参数进行考察.结果表明,采用平面非线性程序IDARC-2D能较好的模拟型钢混凝土框架在低周往复荷载作用下的受力全过程,为此类框架的滞回性能模拟提供了合适的方法.     

变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析

准确预测地震作用下钢筋混凝土(RC)柱的受力特性,对评估混凝土结构的抗震性能具有重要意义。地震作用下,混凝土结构中的RC柱除承受水平荷载外,还由于地震作用引起的倾覆力矩影响承受变轴力作用。因此,往复荷载下RC柱受力及变形特性的研究应该考虑变轴力的影响。首先通过恒轴力和变轴力下RC柱滞回性能的模拟,验证了本研究基于纤维模型程序开发的数值分析模型的准确性。然后,利用该数值模型和分析程序,对一RC柱进行了不同变轴力模式下滞回性能的分析研究。分析结果表明,轴力的变化对RC柱的滞回性能有很大影响。由于非耦合型变轴力变化过程的随机性,为便于变轴力下RC柱的抗震性能分析和试验研究,提出了等代定轴力的概念及其确定方法。     

有粘结与无粘结预应力混凝土框架结构抗火性能比较研究

从平面框架结构入手 ,通过试验分析 ,对比研究了有粘结和无粘结预应力混凝土结构在不同温度、不同荷载、不同预应力度及不同张拉应力下的火灾反应。研究了预应力混凝土结构在火灾中的特性 ,提出了提高预应力混凝土结构抗火性能的一些建议。     

水平低周反复荷载作用下无粘结部分预应力混凝土框架的抗震性能研究

本文通过五榀梁中配有无粘结预应力筋的“强柱”、“弱柱”型框架在水平低周反复荷载作用下的试验研究和非线性分析,探讨其延性、耗能及恢复力特性,为无粘结部分预应力混凝土框架的抗震设计提供参考依据。     

预应力FRP筋混凝土梁的抗震性能试验研究

进行了8根混凝土梁在低周反复荷载下的拟静力试验,对其受力过程、破坏特征、滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行分析比较,研究不同预应力筋种类和预应力度(PPR)对预应力梁抗震性能的影响。考虑材料的非线性,对试验梁进行有限元计算分析。有限元计算和试验结果表明,预应力度是影响预应力梁抗震性能的主要因素,抗震性能随着预应力度的增加而逐渐降低;在同等预应力度的条件下,无粘结预应力FRP筋混凝土梁的耗能能力最好;采用有粘结和无粘结预应力相结合后,试验梁的延性指标有所提高,延性比有粘结和无粘结预应力梁分别提高12%和26%,滞回曲线变得更加丰满,对结构抗震性能有利;有限元计算结果与试验结果较为吻合。     

材料单轴滞回准则对组合构件非线性分析的影响

材料单轴滞回准则的选择是采用纤维模型进行组合构件非线性分析的关键问题之一。首先给出了混凝土、钢筋和钢材的精细滞回准则和简单滞回准则,以及精细滞回准则的程序实现流程,其中混凝土材料的精细滞回准则通过对已有模型的改进可准确考虑任意可能复杂加卸载路径下各类混凝土材料的强度退化和刚度退化特征。通过对组合梁和钢管混凝土柱的抗震性能试验进行模拟,验证了精细滞回准则的模拟精度。研究了材料单轴滞回准则对组合构件整体滞回性能模拟结果的影响。分析结果表明：钢材滞回准则是影响组合构件抗震性能模拟精度的关键因素,应考虑钢材的包辛格效应,而混凝土材料的滞回准则对非线性分析结果的影响很小,采用简单滞回准则即可取得较好的模拟精度。     

Experiment and numerical modeling of prestressed concrete curved slab with spatial unbonded tendons

Curved prestressed concrete structures with unbonded tendons are widely used in highway interchanges and industrial cooling towers, etc. In engineering practice, there is a demand to establish calculating methods for analyzing and designing these prestressed concrete curved structures with unbonded tendons. However, there are some difficulties in calculating the ultimate strength of these curved structures. The major difficulty is to calculate the ultimate stress in unbonded tendons. The assumption of a plane cross-section cannot be adopted here because of the slip between unbonded tendon and concrete. Thus, many formulas for calculating the ultimate stress in unbonded tendons were mainly based on experimental data fitting. In order to obtain the ultimate stress in unbonded tendons from mechanical principles, instead of using experimental data fitting formula, an advanced nonlinear analysis method to calculate ultimate stress in unbonded tendons is developed. The analysis model is established by using the Reissner-Mindlin medium thickness plate theory allowing for the influence of the transverse shear deformation. The orthotropic increment constitutive model of concrete is extended to solve the medium thickness plate problem. The tension stiffening of the cracked concrete is considered in the nonlinear analysis model. The numerical formulation of calculating the stress increment in an unbonded tendon is established by using the spatial displacement relationship. Instead of using general-purpose programs such as ANSYS and ABAQUS, a computer program specifically for predicting the nonlinear response of a prestressed concrete curved slab structure with unbonded tendons and calculating the ultimate stress in unbonded tendons is developed by authors. Six test models of prestressed concrete curved slabs with unbonded tendons are reported. The calculated results using this program are compared with test results, where their relative deviation is less than 3.0%, which validates the proposed method. These study results can be used for analysis, especially to design the strength of prestressed concrete curved structures with unbonded tendons. And, this research work also proposes a new approach, which can be customized to fit into general purposed FEM programs, such as APDL (ANSYS Parametric Design Language), for analyzing the nonlinear structural behavior of these curved structures.     

无粘结预应力混凝土框架节点拟静力试验研究

进行了两个无粘结预应力混凝土梁柱节点试件 (一个中节点、一个边节点 )低周反复水平荷载试验研究。通过对两个试件的荷载 位移滞回曲线的分析 ,研究了节点的变形能力、耗能能力、延性和刚度退化等抗震性能。基于两节点试件试验的结果 ,分析了低周反复荷载作用下框架节点的破坏机理     

预应力混凝土结构非线性有限元分析

提出了能反映预应力钢筋与混凝土间相对滑移和相互作用的单元模型,此模型可模拟预应力钢筋的张拉和用于无粘结预应力混凝土结构分析。采用这一单元模型建立了预应力混凝土结构的非线性分析有限元模型,非线性方面考虑了材料和几何非线性、预应力摩擦损失、钢筋松弛、混凝土收缩和徐变等因素。该有限元模型可用于有粘结和无粘结预应力混凝土结构张拉施工和工作阶段的全过程分析,分析内容包括弹塑性变形、混凝土开裂和破坏等。最后给出了有粘结和无粘结预应力混凝土连续梁的分析实例,受力变形、破坏形态等的分析结果与试验结果吻合良好,验证了该模型的合理性和有效性。     

无粘结部分预应力混凝土框架结构的塑性极限分析

根据10榀无粘结部分预应力混凝土框架结构在竖向或水平低周反复荷载作用下的试验结果,提出了等效节点刚域概念和等效塑性铰长度计算的建议公式,并运用结构塑性极限分析原理推导了不同破坏机构相应的框架结构极限荷载计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

单调与反复竖向荷载作用下无黏结预应力型钢混凝土框架受力性能试验研究

对两榀无黏结预应力型钢混凝土（PSRC）框架进行了试验研究,分别施加单调与反复竖向荷载,分析并比较不同竖向荷载形式下无黏结PSRC框架的受力特征及其差异,以研究反复荷载作用对其受力性能的影响。试验结果表明：无黏结PSRC框架开裂后刚度不发生明显变化,具有优良的承载力及延性,单调荷载作用下框架的计算延性指标约为3.36;反复荷载作用下,其滞回曲线较为丰满,呈现一定的“捏拢”效应,最大能量耗散系数为1.36;达到极限荷载前,两框架的刚度、所受荷载值及正向作用下的裂缝开展情况基本接近,力加载阶段框架梁上最大裂缝宽度分别为0.11mm和0.08mm,反复荷载对结构性能的退化作用不明显;极限荷载作用后,单调荷载下框架所受荷载下降平缓,而反复荷载作用下框架所受荷载快速下降,且随着变形增大,速度变快。基于OpenSEES程序对竖向反复荷载作用下的无黏结PSRC框架的受力性能进行了模拟,其荷载-位移计算曲线与试验结果吻合良好。