某高层复杂结构常规单元模型与多尺度模型弹塑性时程对比分析

某钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土核心筒结构位于7度抗震设防区域,钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土框架梁采用环梁节点连接,地上结构43层,高度为198.9 m。为研究该超限复杂结构的抗震性能,并探究多尺模型的建模方法,首先采用数值模拟软件ABAQUS建立结构常规单元模型,之后针对钢管混凝土叠合柱环梁节点建立精细单元模型,将其植入到整体结构模型中完成多尺度模型建模。对两种模型进行7度罕遇地震作用下弹塑性时程分析,结果表明采用多尺度模型可同时获得整体结构在动力作用下的响应以及环梁节点在地震下的细观损伤,证明了多尺度模型建模方法的正确性,也为实际工程应用多尺度模拟技术提供了借鉴。     

混凝土砌块砌体结构弹塑性地震反应分析方法

基于地震工程模拟开放系统OpenSees,提出了混凝土砌块砌体结构三维弹塑性地震反应数值分析方法,用带刚域的等效框架模型模拟混凝土砌块砌体结构,空间杆单元采用以力为基础的非线性梁、柱单元。数值模拟结果与试验结果较为吻合,验证了分析方法和计算模型的合理性。     

高层型钢混凝土框筒混合结构模型的静力推覆分析

利用弹塑性有限元分析方法,对一个带转换层的30层型钢混凝土框筒混合结构缩尺模型的拟静力加载试验过程进行了数值模拟。采用了纤维束模型的梁柱单元以及基于Darwin-Pecnold正交各向异性非线性弹性混凝土本构模型的平面应力膜单元模拟结构中的框架和剪力墙,介绍了有限元网格剖分、钢梁与混凝土墙交接的半刚接处理以及楼板的考虑方式。与试验数据的对比表明,数值模拟得到的结构骨架曲线和楼层变形情况可以做到较为符合实际。     

“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

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。     

基于ABAQUS三维梁单元的混凝土材料子程序二次开发

ABAQUS软件缺少能良好应用于三维梁单元动力弹塑性分析的混凝土材料模型。基于Scott-Kent-Park混凝土模型二次开发了适用于梁单元的混凝土材料子程序,并对框架柱、剪力墙构件的低周反复试验及框-剪结构振动台试验进行了模拟对比分析。结果表明,开发的混凝土材料子程序应用于三维梁单元弹塑性动力分析中具有良好的精度和收敛性,是对ABAQUS中的混凝土材料模型的有效扩充,可供三维结构动力时程分析参考。     

塑性铰模型对混凝土框架结构动力弹塑性分析的影响

建筑结构在遭遇罕遇大震时,部分结构构件将进入塑性状态.对结构进行弹塑性分析可以更好地掌握建筑结构在大震下的动力响应特性.基于SAP2000软件,分别采用该软件提供的默认塑性铰单元和弹塑性计算用的塑性连接单元,建立混凝土框架结构的弹塑性动力计算模型,输入折线时程曲线和地震记录曲线,进行弹塑性动力时程分析.结果表明,采用刚塑性滞回模型的默认塑性铰单元计算得到的结构加速度响应比采用弹塑性滞回环模型的要低,在使用程序默认塑性铰单元作动力弹塑性时程分析时需要注意考虑该现象对结果的影响.     

弱连体结构抗震设计方法在虹桥综合交通枢纽工程中的应用

连体结构加剧了结构在地震作用下的受力复杂性,属不规则结构。以上海虹桥综合交通枢纽为工程背景,介绍了弱连体结构抗震设计方法在工程中的应用,并基于LS-DYNA程序开发了用于结构弹塑性时程分析的梁柱纤维单元,通过构件数值滞回加载与试验结果的比较,验证了梁柱纤维单元的适用性。采用多质点层模型进行粘滞阻尼器参数优化分析,并采用整体结构弹塑性模型进行罕遇地震作用计算,评价阻尼器参数设计的合理性和弱连体结构的抗震性能。分析结果表明：该工程弱连接设计是可行的,结构满足抗震性能要求。     

基于有限单元法的墩柱钢模板仿真分析

为准确分析某高架桥梁混凝土墩柱钢模板结构体系的受力特性,通过采用有限元数值仿真软件Midas Gen进行建模分析,横向及竖向檩条采用梁单元模拟,模板面板及竖向连接板均采用板单元进行模拟。计算结果表明,钢模板结构体系的构件强度、整体刚度均符合要求,论证了模板方案的可行性。     

某地下车库拱形结构方案可行性和优化研究

对某地下车库混凝土拱形结构方案的可行性和优化进行了全面和深入的研究,本着由简单到复杂、由局部到整体的分析原则,依次采用梁单元模型、多跨壳单元模型以及结构整体模型分别进行了计算分析。结果表明,拱形结构方案是合理可行的,最优方案为上部混凝土拱采用"拱梁+拱板"的形式,拱梁每隔一定间距设置,两端支撑在挡土墙外侧斜撑和中柱上,下部底板结构同样采用"底梁+底板"的形式,底梁与相应的斜撑和中柱连成整体,充当上部拱结构的拉杆。此外通过对结构整体模型的分析,对构件设计提出了合理的设计建议。     

湿式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

梁柱节点连接在大变形下的承载和变形能力对装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能具有显著影响。对4个不同湿式节点连接的装配式混凝土框架试件和1个现浇试件进行了静力连续倒塌试验,其中梁采用了机械套筒、弯起锚固和预应力连接,柱采用套筒灌浆和浆锚搭接连接。研究发现：采用机械套筒时梁钢筋在套筒处集中断裂,试件在压拱机制和悬链线机制下的倒塌抗力均显著降低;梁钢筋采用弯起锚固时,试件受力行为和倒塌抗力与现浇试件基本一致;预应力能够显著提升试件在两个机制下的倒塌抗力,但是在极限倒塌变形下预应力锚具传递较大的集中力,导致节点区混凝土的局部劈裂破坏;柱钢筋的套筒灌浆和浆锚搭接连接能够承受连续倒塌大变形下的水平剪力作用,但是柱接缝灌浆层在显著的水平剪力作用下发生滑移,减弱了柱对梁的约束;机制转换时,压拱机制轴压力对试件倒塌抗力产生负贡献;机械套筒和预应力连接试件的梁轴力对倒塌抗力贡献比例分别高于和低于现浇混凝土试件。     

大跨度预应力型钢混凝土框架结构施工技术

泉州市行政管理服务中心7#、8#楼为典型大跨度预应力型钢混凝土框架结构。本文探讨了预应力型钢混凝土梁柱型钢的安装、钢筋及预应力筋的安装及施工难点,重点介绍梁柱节点区型钢、钢筋、预应力筋施工上的做法。     

某办公楼托梁拔柱加固施工

房屋改造加固常常涉及托梁拔柱,必须根据工程的实际情况寻求有效、便于施工的加固方案。本工程通过增设钢梁,采用钢筋将原混凝土梁与新增钢梁连为一体,形成钢-混凝土组合结构受力,在施工中尤其注重对钢梁和混凝土梁的连接处理,在节点受力位置进行了相应的加固处理。施工结束后变形观测表明加固施工符合要求。     

无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明：UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制,梁端及跨中出现塑性铰,截面转动能力强;达到极限荷载时,跨中及梁端受拉钢筋均屈服,部分受压钢筋屈服,型钢受拉翼缘基本屈服,受压翼缘则处于弹性工作状态;极限荷载后,UPSRC框架梁仍有较高的承载能力;无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系,且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值;与型钢用量及框架柱截面尺寸相比,改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现,该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。     

关于我国混凝土结构用钢筋的若干问题

对目前国内使用的几种钢筋的抗拉强度和伸长率值的分析结果表明：混凝土结构中应发展热轧新Ⅲ级钢筋作为主体钢筋品种,并在梁柱构件中取代Ⅱ级钢筋作受力主筋使用。而冷加工钢筋、尤其是冷轧扭钢筋,用于板类受弯构件中具有较多优越性,宜大力推广应用。     

大型预制混凝土结构梁-柱-叠合板边节点抗震性能研究

为研究多高层预制混凝土结构装配式边节点的抗震性能,采用足尺模型试验方法,对高轴压预制梁-柱-叠合板装配边节点试件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性与耗能等进行了研究,并与相同构件参数的整体现浇试件进行了对比。基于OPENSEES建立了考虑梁底锚固钢筋滑移的装配节点数值模型,并用试验结果加以验证,在此基础上进行了不同影响因素的参数分析。研究结果表明：此类装配式混凝土边节点核心区受力钢筋没有出现粘结破坏、锚固性能良好,其承载力、耗能性能及延性与整体现浇混凝土节点相当;柱轴压水平对节点承载力影响较小而柱截面尺寸对节点承载力影响较大,钢筋直径影响节点加卸载刚度及捏拢效应而对承载力影响较小。图16表3参12     

结构材料滞回模型的精确性比较研究

纤维模型是结构非线性分析中模拟精度较高的一种有限元模型,由于采用材料单轴本构关系模拟结构单元的非线性特性,材料滞回模型的选用将直接影响其非线性反应计算的精确性。选取纤维模型中典型的6种混凝土和3种钢筋滞回模型,用不同的材料滞回模型组合模拟了24组柱子的拟静力反应,并将其与试验结果进行比较,采用峰值强度、初始刚度和能量耗散能力等三个指标统计评估了不同滞回模型组合的精确性。分析表明,采用基于Kent-Park-Yassin混凝土滞回模型和基于Giuffre-Menegotto-Pinto钢筋滞回模型组合的数值模拟结果的统计值与试验结果之间的差值最小,建议在结构非线性分析中首选此种模型组合。     

钢-混凝土组合空间框架拟动力有限元分析

基于混凝土的塑性-损伤本构模型与钢材的弹塑性混合强化本构模型,采用ABAQUS有限元分析软件,对圆钢管混凝土柱-钢筋混凝土框架梁2层空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析。模型中考虑了钢管与核心混凝土的约束作用以及连续地震作用下引起的塑性耗能累积效应。对钢管混凝土柱轴压比、钢管横向变形系数以及各关键点的钢管与核心混凝土、框架梁、环梁与楼板中的钢筋和混凝土的应力-应变滞回曲线以及框架结构的塑性耗能分布情况进行分析。结果表明：连续工况地震作用使框架结构产生塑性耗能累积效应,进而使楼层的位移响应明显增大,层间刚度减小;连续工况地震作用后,钢管和所有钢筋都屈服,钢管、环梁钢筋的约束作用使核心混凝土、环梁混凝土强度超过其轴心抗压强度,楼板混凝土因受拉而开裂;短边柱的轴压比有明显波动,罕遇地震作用下其值大于角柱、中柱和长边柱的轴压比;钢管混凝土柱为主要的塑性耗能构件,环梁次之。     

Numerical simulation of mega steel reinforced concrete columns with different steel sections

In recent years, the mega steel reinforced concrete (SRC) columns have been applied in super‐tall buildings. The previous research on SRC columns mainly focuses on the components with simple arrangement of encased steel, such as H‐shaped steel and cross‐shaped steel, with little attention paid to mega SRC columns that always have complicated encased steel and large steel ratio. The cyclic loading tests were carried out on scaled mega SRC column specimens with different cross‐section type of encased steel and steel ratio. The nonlinear three‐dimensional finite element and fiber element models were established respectively to simulate the inelastic behavior of mega SRC columns. The equivalent plastic strain of concrete, steel and rebar as well as the confinement effect on the concrete caused by the rebar and the steel plate were analyzed subsequently. By using the verified numerical model, the seismic behavior of specimens with different axial compression ratio was also studied. The test and analysis results indicate that the steel ratio and axial compression ratio have significant effects on the seismic performance of mega SRC columns, while the effect of cross‐section type of encased steel is not significant. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢筋-地聚物混凝土黏结性能梁式试验研究

通过10根钢筋-地聚物混凝土梁式试件的拉拔试验,研究了箍筋间距、拉拔钢筋黏结长度对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响。结果表明：当箍筋间距从150mm减小至100mm时,钢筋-地聚物混凝土之间的黏结强度增加较少,但是试件的延性明显提高;随着黏结长度增加,试件由黏结破坏变为受弯破坏;对于直径d=18mm的拉拔钢筋(变形钢筋),7d的黏结长度可使其在钢筋-地聚物混凝土界面黏结破坏前屈服。将试验结果与已有文献中的钢筋-普通水泥混凝土梁式拉拔试件以及钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件的试验结果进行比较后发现,所制备的地聚物混凝土与钢筋之间的黏结强度不低于相近试验条件下普通水泥混凝土与钢筋之间的黏结强度;采用梁式拉拔试验测得的钢筋与地聚物混凝土之间的黏结强度高于相同试验参数下采用中心拉拔试验获得的黏结强度。