钢筋混凝土剪力墙多垂直杆非线性单元模型的改进及其应用

本文对多垂直杆剪力墙非线性单元模型的几个重要问题如剪切变形的考虑方法、单元刚度矩阵的形式、垂直拉压杆的轴向刚度及剪力墙水平剪切刚度的恢复力模型等进行了探讨与改进。最后给出了一个算例,并与试验结果比较,表明多垂直杆剪力墙非线性单元模型具有较好的计算精度。     

带暗支撑剪力墙损伤累积静力弹塑性分析

在多垂直杆剪力墙单元模型的基础上进行改进,把多垂直杆的轴向刚度和剪切刚度相结合,即每根垂直杆传递轴力的同时还传递剪力,考虑钢材和混凝土损伤累积效应对剪力墙的影响,在上述基础上提出考虑材料损伤累积效应的带暗支撑剪力墙模型,模型更接近带暗支撑剪力墙的受力性能。利用该模型编制的相应程序,对两片分别带有型钢暗支撑和钢筋暗支撑的剪力墙模型进行弹塑性静力加载数值模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好,说明方法应用可行。     

低层冷弯薄壁型钢龙骨体系房屋抗震性能有限元分析

采取从组件到整体结构的分析方法,对一栋两层冷弯薄壁型钢龙骨体系房屋振动台试验足尺模型的抗震性能进行非线性动力分析研究。利用自攻螺钉连接的恢复力模型和精细化的剪力墙数值模型,得到房屋模型中各剪力墙的恢复力特性,建立带非线性弹簧支撑的简化剪力墙宏观模型。结合各剪力墙的恢复力特性,采用刚性横隔板的假定,确立冷弯薄壁型钢低层龙骨体系房屋结构的动力分析数值模型。分析结果表明:非线性动力分析所得整体结构的动力反应与试验结果吻合较好。在此基础上,通过对结构阻尼比的参数分析,并与房屋整体模型的振动台试验结果的比较,得到结构阻尼比的合理取值范围;最后讨论了线性动力分析对该体系房屋抗震性能分析的适用性,可供工程应用参考。     

钢筋混凝土杆件恢复力模型综述(Ⅱ)

简述了针对弯曲、剪切和滑移三种变形的经典恢复力模型,总结了近年来针对经典恢复力模型的修正和改进,介绍一种可以同时考虑轴力及侧向荷载变化的恢复力模型,结合已有研究成果指出了恢复力模型的两个主要发展方向,并提出了需要解决的问题。     

基于杆系模型的钢板外包式伸臂桁架-核心筒剪力墙节点设计方法研究

伸臂桁架在高层、超高层建筑中应用广泛,其中伸臂桁架与核心筒剪力墙连接节点至关重要。本文对一种新型的钢板外包式伸臂桁架与核心筒剪力墙节点进行非线性数值模拟,对有限元模型与实际结构的相似性进行了分析,重点研究了节点外包钢板和端柱的受力机理,提炼出关键参数和设计原则,随后建立了相应的计算公式,最后对杆系计算模型进行了修正并提出完整的节点设计流程。分析结果表明,本文简化的有限元分析模型合理,可以反映真实结构中节点的受力情况。外包钢板的轴力衰减速率是确定外包钢板长度的关键参数,随混凝土强度、轴力增加和外包钢板高度的降低,轴力衰减速率均有明显增加。端柱外包钢板的应力水平以及连梁轴力分担比例和节点水平位移随端柱高度的收敛性可以作为确定端柱高度的原则,随端柱长度和水平荷载的增加,端柱高度均有明显增加。通过与精细有限元模型结果进行对比,证明修正后的杆系计算模型简便易行且具有较高精度。本文研究为这种新型伸臂桁架-核心筒剪力墙节点在工程中的应用提供了完整的设计方法。     

截面轴力与弯矩屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的应用

为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态确定方法。然后阐述了基于力的梁柱单元状态确定过程及其对截面恢复力模型的调用。最后采用alpha-OS积分算法,对一个四层两跨钢框架开展了动力弹塑性分析。结果表明：截面轴力弯矩屈服面能很好地考虑轴力存在及变化对截面弯矩承载力的影响,基于屈服面的恢复力模型在计算精度上远高于塑性铰模型并逼近纤维模型,在效率上远高于纤维模型,可以用于钢框架的动力结构弹塑性分析。     

联肢剪力墙抗震性能研究——试验和理论分析

为考察规范中有关联肢剪力墙设计条款的适用性和验证一种可以考虑墙肢中性轴的移动和连梁中弯曲、剪切和粘结滑移等各类变形的联肢剪力墙模型的可靠性,本文进行了据规范设计的三片联肢剪力墙的低周反复荷载试验,讨论了恢复力模型的形式,并提出一种可以反映墙肢中性轴的移动和连梁的包含弯曲、剪切和滑移各种变形在内的计算模型用于理论分析。试验结果表明,三个试件均不具备其应有的连梁破坏模式和耗能机制。恢复力模型的骨架曲线可采用带有下降段的三线型或四线型,滞回规律至少应由反映刚度退化、滑移和强度退化的三个参数来决定。计算结果与试验结果的相符证明了模型的有效性。     

大开洞混凝土剪力墙宏观计算模型的改进

在原始宏观模型的基础上构建了适用于大开洞混凝土剪力墙的改进宏观计算模型。剪力墙中的框架柱、梁由刚体、轴力弹簧和剪切弹簧构成;墙板由钢筋拉杆和混凝土压杆构成。在改进模型中考虑了原始模型所忽略的洞口附加钢筋以及与其相交的钢筋拉杆和混凝土压杆的影响,使钢筋拉杆、混凝土压杆与附加钢筋在洞边形成拉压杆节点,从而使分析结果更贴近于大开洞剪力墙的实际受力状态。以洞口面积相同但开洞位置不同的两片带框架剪力墙作为分析对象,运用改进宏观计算模型对水平承载力-层间变形角关系、刚度及洞口位置不同所引起的杆件应力分配情况进行研究,并与试验结果进行对比。结果表明,改进模型构筑简便,极限承载力的计算值精度较原始模型大为提高,能够把握开洞剪力墙剪切变形的关键特征。     

基于OPENSEES的新单轴材料模型的实现

在介绍OpenSees软件及其材料库框架结构的特点的基础上,搭建了一个添加新的单轴材料的接口,并以多垂直杆剪力墙非线性单元模型中的剪切弹簧恢复力模型为例,讲解了向OpenSees软件添加新的单轴材料的具体实现方法。     

装配式开孔加劲钢板组合剪力墙抗震性能研究

为解决钢板组合剪力墙与建筑中的非结构部分连接问题，使钢板组合剪力墙在工程应用中更具有普适性，对一种采用内凹冲压件焊接对拉螺杆为连接件的开孔加劲双钢板组合剪力墙抗震性能进行研究。对9个开孔加劲钢板组合剪力墙进行拟静力试验，分析开孔布置形式、设置暗柱、轴压比等参数对构件承载力、延性、耗能等方面的影响。试验结果表明：开孔加劲钢板组合剪力墙均表现出压弯破坏模式，滞回曲线较为饱满，具有良好的延性和耗能能力；不同的开孔布置形式对墙体的承载力影响较小、对墙体延性影响较大；设置暗柱能够有效提高构件的承载力和延性；当轴压比由0.3增大到0.4,开孔加劲钢板组合剪力墙延性降低，但提高轴压比对其承载力影响不大。在试验研究基础上，对退化三线型恢复力模型进行改进，建立开孔加劲钢板组合剪力墙的骨架曲线和恢复力模型，由此模型得到的骨架曲线、滞回曲线和试验的吻合较好。     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

毛竹复合土钉墙工作性状的数值分析研究

以某软土基坑采用毛竹复合土钉墙支护的工程实例为背景,利用有限元软件PLAXIS建立某设计剖面的平面应变有限元模型。为提高数值分析定量计算分析的精度,采用了能反映土体小变形和加卸载变形等特点的小应变刚度模型。通过对土钉墙面层及毛竹排桩的水平位移、坡顶沉降、毛竹土钉的轴力以及毛竹排桩的剪力和弯矩分布规律的分析,对堤坝形毛竹复合土钉墙的工作性状获得了较全面的认识,并探索了其可能的失稳破坏形式。采用该程序自带的强度折减有限元法计算了各开挖工况下支护体系的稳定安全系数,表明毛竹复合土钉墙在施工期间和施工后均具有较高的稳定性,具备可靠的支护能力。     

高强度螺栓连接抗剪性能研究

为解决试验和实体模型有限元方法在研究高强度螺栓连接抗剪性能上的局限性,寻找一种简单准确的高强度螺栓连接抗剪性能的简化模型十分必要。采用通用有限元软件ABAQUS建立高强度螺栓连接的非线性有限元模型,对单元选取、螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合典型高强度螺栓抗剪试验,验证了所建立有限元模型的准确性和适用性,对高强度螺栓连接抗剪性能进行深入探讨。通过参数分析,确定了高强度螺栓连接抗剪简化模型的3个特征点,提出了此类螺栓抗剪简化模型以及循环荷载作用下的滞回模型。实例计算分析表明：建议的抗剪简化模型以及循环荷载作用下滞回模型能准确地模拟此种连接的受力性能,其构造形式简单,计算准确,为工程分析提供依据。     

型钢混凝土剪力墙边框柱-腹板组合分析模型研究

通过对型钢混凝土（SRC）剪力墙的非线性有限元分析方法的研究,对目前存在的主要问题及其产生的原因进行了分析。根据SRC剪力墙的受力特点,综合考虑几何模型、材料本构、网格划分、极限状态确定等关键问题,提出了边框柱-腹板组合分析模型,并基于通用有限元程序 ABAQUS进行二次开发,将能够较好反映受剪钢筋混凝土腹板基本受力性能的转角软化桁架模型（RA-STM）嵌入其材料库,应用于SRC剪力墙非线性有限元分析。通过与10片剪跨比为0.56~2.7、轴压比为0.1~0.342的SRC剪力墙拟静力试验结果的对比分析,表明所提出的边框柱-腹板组合模型能够比较准确地计算SRC剪力墙的极限承载能力和极限位移等,比较准确地模拟墙体的荷载-位移全过程曲线,准确地反映墙体的破坏过程和破坏模式。     

考虑材料劣化的RC剪力墙结构数值建模方法研究

采用结构分析软件SAP2000中的分层壳单元模型对3个剪力墙构件试验进行数值模拟,在考虑不同龄期的影响下进行了Pushover分析,将最终所得Pushover曲线与试验数据进行对比,发现拟合度较高,进而采用同样方法对某12层剪力墙结构建立数值模型并进行非线性动力时程分析,对其层间位移角等相关性能指标进行分析,发现在不同龄期下,其性能退化表现与实际结构的宏观性能退化表现相符。结果表明:利用分层壳单元在基于劣化的情况下对RC剪力墙结构进行数值模拟的方法是可行的。     

钢筋混凝土剪力墙抗震恢复力模型及试验研究

通过拟静力试验,对9片钢筋混凝土剪力墙分别进行了在周期反复荷载作用下受力性能的研究,验证了本文提出的钢筋混凝土剪力墙的多弹簧宏观有限元模型,进而得到了荷载与位移关系更合理的本构模型,给出了相应的计算公式。通过比较不同轴压比和不同剪跨比的剪力墙的破坏形态、破坏程度,以及对试验现象和滞回曲线的分析,得到如下结论:随着轴压比在一定范围内的提高,相同剪跨比的剪力墙其承载能力有一定程度的提高,但墙体的延性下降,强度退化和刚度退化趋于严重。随着剪跨比的提高,相同轴压比的试件破坏形态由剪切破坏向弯曲破坏过渡,承载能力随之降低,但试件的延性提高,耗能能力大大加强。     

基于纤维梁柱单元的RC带翼缘剪力墙抗震性能分析

为高效准确地模拟钢筋混凝土构件在复杂荷载作用下非线性行为,采用OpenSees中基于刚度法的纤维梁柱单元,建立一种考虑弯曲和剪切共同作用的RC带翼缘剪力墙非线性分析模型,并对已完成的4个不同边缘构件和截面形式的RC带翼缘剪力墙的拟静力试验进行数值模拟;通过比较数值模拟结果与试验结果,验证有限元模型的准确性;通过有限元分析,研究轴压比(0.1~0.3)、剪跨比(1.8~3.0)、翼缘宽度与腹板高度比(0.5~1.1)、混凝土强度(C30~C45)、纵筋配筋率(0.73%~2.22%)以及箍筋配箍率(0.74%~5.19%)对RC带翼缘剪力墙抗震性能的影响。研究表明：随着轴压比、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度以及纵筋配筋率的增大,带翼缘剪力墙的承载力逐渐增大,其极限变形能力在翼缘受拉方向也相应增大,而在翼缘受压方向不断减小。剪跨比的增大使得带翼缘剪力墙的承载力明显减小,但是变形能力大幅提高。箍筋配箍率的提高可以有效延缓带翼缘剪力墙翼缘受拉方向的破坏。     

LRB曲线桥震致碰撞效应的非线性分析方法

发展了一种适用于体元模拟联间轴向正面碰撞效应的束缚面型碰撞单元(Constraint-sur face Impact Element,CIE);基于柔度法给出了不同以往文献中碰撞单元刚度的计算取值,该取值不仅理论合理且在物理角度可解释其合理性.将该方法应用于广州潮汕机场航站楼高架桥的震致碰撞分析.箱梁采用壳单元模拟,伸缩缝位置设有CIE,桥墩与箱梁间设置隔震单元模拟铅芯橡胶隔振支座(Lead-rubber Bearing,LRB),采用通过试验得到的双线性刚度模型模拟其物理行为.采用非线性直接积分法进行时程分析,主要考察联间的碰撞力、LRB滞回耗能、LRB位移量、基底弯矩、剪力以及碰撞力分别对这些因素的影响.