任意截面钢筋混凝土柱单元模型

提出了任意截面钢筋混凝土梁柱结构体系的单元模型,该单元模型同时考虑了材料非线性和几何非线性对结构体系的影响.采用三次多项式模拟混凝土、钢筋的本构关系,所推导的单元刚度计算简单、概念清晰,是单元材料非线性刚度矩阵、几何非线性刚度矩阵和位移与内力相互作用矩阵的简单迭加.提出的任意截面钢筋混凝土柱单元模式,含义清楚、计算简便,可用于分析钢筋混凝土柱因材料破坏、失稳破坏或材料非线性与结构失稳综合产生的极限承载力计算,所建立的有限元模型很容易与其他有限元模型兼容.理论分析结果与实验结果吻合较好.     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型，基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程，采用单元节，色截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵，按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析，研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定权限承载力非线性分析方法；采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递，计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力，探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别．研究结果表明：几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近，验证了本文方法与程序正确、可靠；对于钢管混凝土拱桥，弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小，必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响．     

钢筋混凝土拱桥的极限承载力

本文针对大跨度钢筋混凝土拱桥结构在变形、失稳破坏期间产生的几何非线性和材料非线性的特性，采用有限变形理论和混凝土的本构关系，对钢筋混凝土拱桥进行了极限承载力分析，并以钢筋混凝土拱的模型试验结果验证了理论分析结果．     

不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

用不同规范本构关系分析钢筋混凝土压弯截面

建立的钢筋混凝土任意截面梁柱单元材料与几何非线性耦合分析模型,取截面作为梁柱单元积分的高斯点．为研究不同混凝土本构关系对截面分析的影响,分别用我国混凝土结构设计规范、CEB规范以及美国学者建议的混凝土本构关系,对钢筋混凝土双向弯压截面进行分析比较．截面分析表明,3种本构关系对截面极限承载力影响较小,截面弯矩曲率关系曲线的上升段基本吻合,下降段存在差异．3种本构关系的分析结果与试验结果吻合均较好．     

ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型

目的 为准确模拟地震作用下钢筋混凝土梁柱构件的弹塑性受力特性,解决ABAQUS软件显式分析模块缺乏用于三维梁单元的混凝土本构模型及钢筋本构模型的问题.方法 采用的混凝土单轴本构模型考虑了箍筋对混凝土的约束影响以及混凝土裂面效应的影响,钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的梁单元混凝土、钢筋本构模型的计算程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了数值模拟.结果 通过与ABAQUS自带的钢筋本构模型对比,验证了采用笔者给出的混凝土与钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的滞回性能以及双向弯曲耦合性能.结论 数值模拟结果与试验结果吻合良好.笔者开发的混凝土、钢筋本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的动力非线性响应分析.     

钢筋混凝土三维非线性有限元分析的复合式模型

本文简要介绍了钢筋混凝土有限元传统模型,提出了三维钢筋混凝土结构非线性有限元分析复合式模型．该模型用不同方法处理计算钢筋混凝土拉区和压区：拉区钢筋采用杆件单元模型,压区钢筋混凝土则采用整体式模型．同时,引人了混凝土非线性本构关系和多轴强度准则．该模型可以适用于大型复杂钢筋混凝土结构的三维非线性有限元分析,并可以进一步实现应力应变全过程、混凝土裂缝等分析,且使用方便．所附算例表明,使用该模型能较好符合试验结果．     

哑铃型钢管混凝土柱的面内弹塑性分析

采用非线性有限元方法,基于梁理论的纤维单元模型,考虑钢管混凝土的几何非线性和材料非线性因素,建立弹塑性分析方法.应用该方法对哑铃型截面钢管混凝土柱进行极限承载力分析,结果表明本文分析结果与试验数据吻合很好,验证了本文提出的分析方法和程序的可靠性和准确性.并通过对哑铃型截面钢管混凝土柱的参数对比分析,得出了长细比与极限承载力的关系曲线.     

钢筋混凝土结构非线性有限元分析及程序设计

长期以来,人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力,而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力、刚度和抗裂性,显然二者是互不协调的.采用非线性有限元方法,引入了混凝土多参数强度准则和非线性本构关系,能较好地反映了混凝土和钢筋的非线性特性,并编写了一个非线性有限元计算程序,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步研究工作和设计提供了参考.     

基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

空腹箱形型钢混凝土梁试验研究

对型钢翼缘外伸的空腹箱形型钢混凝土梁进行了竖向荷载作用下的试验研究,变换纵筋配筋率、腰筋配筋率、配箍率等参数,分析空腹箱形型钢混凝土梁的承载能力、破坏形态、箱形型钢与混凝土的共同工作效应。试验研究表明型钢翼缘外伸的空腹箱形型钢混凝土梁的整体性能好,具有较高承载力、良好的延性,外伸翼缘箱形型钢和外包钢筋混凝土梁协同工作能力强,空腹箱形型钢设置可以有效地降低构件的自重,提高结构的经济性能。实际工程应用中,注意型钢外伸翼缘处混凝土的施工质量,保证型钢与混凝土粘结良好。     

小跨高比混凝土简支箱梁静力性能试验研究

山地城市排水干管埋地箱涵由于滑坡导致地基塌陷而成为简支箱涵,支承方式的改变导致管道结构存在破坏风险。为此,文章对简支下小跨高比埋地箱梁进行了模型静力加载试验,分析了小跨高比埋地箱涵在简支条件下的破坏形式、抗剪性能以及剪力滞效应,讨论了现行有关设计规范对于箱涵抗剪承载力计算之不足。研究表明,竖向均布荷载作用下,小跨高比箱梁裂缝分布比较均匀,破坏时没有明显的临界斜裂缝,最终由于混凝土斜向受压柱压溃而丧失承载力。箍筋作为主要的抗剪部件,在斜裂缝出现后承担着大部分剪力。纵筋应变受内力重分布和裂缝发展等因素影响,部分区域呈现剪力滞效应。埋地箱涵由于滑坡地基塌陷导致的支承条件的改变将导致混凝土过早开裂,影响排水管道正常使用。     

Numerical study on flexural behaviors of steel reinforced engineered cementitious composite (ECC) and ECC/concrete composite beams

Engineered cementitious composite(ECC)is a class of high performance cementitious composites with pseudo strain-hardening behavior and excellent crack control capacity.Substitution of concrete with ECC can largely reduce the cracking and durability problems associated with brittleness of concrete.In this paper,a simplified constitutive model of the ECC material was applied to simulate the flexural behaviors of the steel reinforced ECC and ECC/concrete composite beams with finite element method.The simulation results are found to be in good agreement with test results,indicating that the finite element model is reasonably accurate in simulating the flexural behaviors of the steel reinforced ECC flexural members.The effects of the ECC modulus,ECC tensile ductility,ECC thickness and ECC position on flexural behaviors in terms of ultimate moment,deflection and the maximum crack width of the steel reinforced ECC or ECC/concrete composite beam are hence evaluated.     

塑性铰区采用FRC柱试验研究及正截面承载力分析

采用简化的纤维增强混凝土应力应变关系,根据截面变形的平截面假定和截面力的平衡方程,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在不同极限状态时的曲率。根据各极限状态点曲率,求得截面上各分布力,对截面形心轴取距,到塑性铰区采用FRC柱的开裂、屈服、峰值和极限点的弯矩表达式。与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好。     

工业化混凝土框架SPC节点抗震性能试验

为研究新型工业化型钢连接混凝土梁柱节点（简称SPC节点）的抗震性能和破坏机理,分别设计制作了一榀SPC中节点及对应的现浇节点,进行了低周往复加载试验。观察了试验现象和破坏特征,对比了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、能量耗散指标、强度和刚度循环退化系数、核心区剪切变形、弯矩转角曲线、纵筋应变、型钢应变、节点箍筋应变等。研究表明:相对于现浇节点,SPC节点裂缝数量相当,但其型钢削弱RBS段有效控制了混凝土裂缝宽度;SPC节点的等效屈服荷载略高于现浇节点,但峰值荷载和延性系数得到显著增大;SPC节点的能量耗散系数随位移增加而快速持续增长,强震耗能的优势显著;SPC节点的循环加载强度和刚度退化相比现浇节点更小,具有更稳定的抗震性能。此外,SPC节点的核心区剪切刚度、梁端弯矩承载力和转动能力,均优于现浇节点。最后,文中提出了节点设计建议以供参考。     

考虑非均匀收缩徐变的PC箱梁桥时变性能

为研究箱梁顶板、底板及腹板厚度差异引起的非均匀收缩徐变效应,分析了某三跨预应力混凝土(PC)连续箱梁桥时变性能.考虑混凝土抗压强度、弹性模量的时变性,分别建立模拟实际悬臂施工顺序的实体单元及梁单元有限元模型,比较成桥后在均匀及非均匀收缩徐变下的结构变形、混凝土应力和钢束应力.同时将长期挠度、钢束应力与相应规范值进行对比,并估算了车辆荷载及非均匀收缩徐变导致跨中底板出现拉应力和裂缝的时间.结果表明,与均匀收缩徐变相比,非均匀收缩徐变对跨中长期下挠影响较小,而对混凝土应力影响较大,在箱梁设计中应予以考虑.     

非稳对流模式下混凝土箱梁内生热场与计算方法

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑风速的影响,建立了非稳定对流热传导模式,利用有限元程序对8种风况的混凝土箱梁水化热温度场进行分析,总结了非稳定对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,利用MATLAB分布拟合温度峰值和温差峰值随风速变化的计算公式.研究结果表明:非稳定计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;水化热温升效应明显、衰减缓慢、约48 h达到温度峰值;风速影响各个时间点的水化热温度数值,然对其变化趋势无影响,风速对温升影响小,对温度的衰减影响大;随着风速的增大,水化热温度衰减趋势逐渐降低,薄厚差异明显的结构温度衰减具有阶跃现象;当风速较大时,温度衰减变化幅度减小,有靠拢之趋势;风速对温差峰值的影响与风速对温度峰值的影响呈相反趋势;温差64 h左右达到峰值、其值约24℃;减小风速,有利于控制温差,旨在达到控制温度应力的目的.     

混凝土强度影响GFRP板-混凝土组合梁力学性能研究

为研究GFRP板-混凝土组合梁的力学性能,利用ABAQUS有限元软件建立玻璃纤维增强复合材料(GFRP)加固混凝土梁模型,通过组合梁的荷载-跨中挠度曲线和承载力两个方面验证了建立模型方法的合理性。设计了C25、C30和C40三个不同强度等级混凝土的构件模型,分析并得出关于GFRP板-混凝土组合梁的力学性能的结论。结果表明:(1)在相同荷载下,组合梁的极限承载力随着混凝土强度等级增大而增大,延性随着混凝土强度等级增大而减小;(2)增大混凝土强度等级可以有效增大组合梁的极限承载力;(3)GFRP板可以提高组合梁的抗弯承载力;(4)GFRP板-混凝土组合梁主要分为弹性阶段和带裂缝工作两个阶段。     

用屈服线理论分析钢筋混凝土双向板极限承载力

通过分析钢筋混凝土双向板的受力状态和破坏形式,采用塑性力学中的屈服线理论,结合静力平衡法和虚功原理,分析确定了钢筋混凝土双向板的极限承载力计算方法,为双向板限承载力研究和实际工程设计提供了理论依据.     

地铁隧道衬砌管片承载力试验及计算方法

对3片1∶1衬砌管片进行了承载力试验,分析了试验加载方式和配筋率对钢筋混凝土衬砌管片破坏机理、极限荷载的影响。试验结果表明,轴力作用可以有效提高衬砌管片的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载;衬砌管片屈服荷载和极限荷载随配筋率的提高而提高,但提高幅度不大,而配筋率的提高对开裂荷载基本无影响。根据衬砌管片偏心受压破坏模式,给出了衬砌管片偏心受压承载力实用计算公式。