双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟

目的为准确地模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏行为,实现钢筋混凝土框架结构强震作用下的倒塌破坏全过程仿真分析.方法基于通用有限元软件ABAQUS的显式求解模块,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序,并模拟了钢筋混凝土柱构件在单、双向水平往复荷载作用下的非线性性能发展以及断裂破坏过程.结果在加载幅值较小时,计算结果能够准确模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱的承载力与刚度变化、滞回捏拢行为以及双向弯曲耦合效应.在水平位移加载幅值分别达到45 mm、90 mm、165 mm时,构件中的保护层混凝土、核心混凝土、钢筋完全破坏,构件断裂.而单向加载构件的水平位移加载幅值达到285 mm时,构件才发生断裂破坏.结论计算结果与试验结果吻合良好.笔者方法能够较为准确地模拟钢筋混凝土柱在双向弯曲荷载作用下的非线性及断裂破坏过程.双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能.研究成果可用于钢筋混凝土框架结构在强震下的倒塌过程模拟分析.     

RC框架结构地震倒塌反应分析

本文研究了极限后负刚度段对钢筋混凝土框架结构地震倒塌反应的影响,从理论上探讨了结构地震倒塌模式,提出了以退化刚度比作为破坏参数的地震破坏模型,最后,通过实例数值模拟分析,重点讨论了负刚度模型对强震下钢筋混凝土框架结构的强度、变形和延性等方面特性的影响。     

钢筋混凝土空间框架结构连续倒塌性能的试验研究

采用拟静力试验方法进行了钢筋混凝土空间框架的连续倒塌试验。试验模型按非抗震要求设计,用机械千斤顶替换底层长边中柱以模拟其初始失效,用电液伺服千斤顶作用在模型顶层以模拟上部结构重力荷载。对底层长边中柱进行分级卸载,模拟其初始失效后钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程,观测并分析了抗力-位移曲线及结构塑性铰出现位置、顺序,结构受力机制的转换过程。试验结果表明,纵向框架抗倒塌机制包括梁机制、复合机制和悬链线机制,而横向框架抗倒塌机制仅包括梁机制。     

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.     

OpenSees中混凝土本构模型用于模拟结构滞回性能的对比

对Open Sees软件提供的6种单轴混凝土本构模型的计算原理和参数取值进行了详细的归纳,并采用塑性铰单元和Reinforcing Steel材料模型分别与各混凝土本构模型结合建立有限元模型,对钢筋混凝土柱拟静力试验进行模拟分析。试验结果与模拟结果对比研究表明:Concrete02、Concrete03与Concrete07模型模拟结果基本一致,3种模型均可以较好地模拟钢筋混凝土柱的捏缩效应和滞回特性,能够反映钢筋混凝土柱在往复荷载作用下的受力行为,适用于钢筋混凝土结构动力非线性分析。     

微平面模型在剪力墙结构计算中的应用

在适用于剪力墙结构非线性分析的分层壳墙单元模型基础上,对其中的混凝土本构模型和钢筋本构模型进行讨论,采用一种能较好的模拟混凝土在多轴复杂应力状态下特性的microplane模型和一种能够全面反映钢筋在往复载荷下各种复杂受力特性的钢筋本构模型,分别模拟混凝土和钢筋的力学行为特征.利用所提模型进行实例建模,结果表明,该模型能准确模拟剪力墙在各种受力状态下的单向和往复力学行为,可应用于剪力墙结构的非线性有限元分析计算.     

典型钢筋混凝土板的受力行为分析

钢筋混凝土板受力复杂,为较好把握钢筋混凝土板的受力行为,基于ANSYS进行钢筋混凝土板的非线性分析。以某钢筋混凝土板为例,详细探讨混凝土和钢筋的本构模型、单元特性以及有限元模型的建立。采用APDL语言参数化建模,编写通用命令流完成非线性分析,从中提出具体的模拟分析方法以及钢筋混凝土模拟分析的实现,为同类结构的模拟分析提供参考。     

砌块结构地震破损反应研究

本文研究了软化负刚度恢复力模型对砌块结构在强震作用下的破损反应影响,讨论了由于软化负刚度效应引起的结构系统不稳定反应的一些理论和数值计算上的问题。文中还以一座七层配筋粉煤灰砌块结构模型在模拟地震作用下的反应为例,进行了理论计算结果和振动台试验结果的比较。结果表明,本文的计算模型能够较好地模拟砌块结构在强震作用下的破损反应。     

干砌填充墙框架结构抗侧性能及简化计算

利用拟静力试验结果和有限元结果对干砌填充墙框架结构的受力机理进行分析.在充分考虑并联模型和等效斜支撑模型后,把钢筋混凝土框架及干砌填充墙抗侧力贡献单独分析,研究填充墙内砌块密度、摩擦系数及砌块层数等对结构抗侧力的影响.研究表明:1)平面应力单元及界面单元能够模拟干砌填充墙的受力性能.根据该模型,试验对应工况下,无浆填充墙框架最终失效由框架破坏产生;2)无浆填充墙抗侧力贡献主要源于内部砌块之间的相互摩擦力,且该抗侧力分为恒定段、加强段以及极限承载力3段;3)提出了无浆填充墙抗侧力分段公式并得到了试验及有限元结果的验证.     

结构抗连续倒塌鲁棒性简化分析方法研究

为了研究结构抗竖向连续倒塌鲁棒性,结合竖向连续倒塌过程中框架结构内力特征,针对性地提出了构件易损性系数,并对已有的一种结构鲁棒性计算方法进行了简化和改进,通过对钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)框架结构有限元模型分析进行验证.研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,降低重要竖向承重构件的易损性系数能够增强结构抗连续倒塌的鲁棒性;在同样荷载作用下,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而重要性系数按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性.     

基于集中损伤力学的钢筋混凝土框架结构非线性分析

连续体模型适用于一些相对简单的结构,对于许多工程结构分析来说,连续介质力学并没有提供适宜的理论框架.介绍了采用集中损伤力学方法进行钢筋混凝土框架结构非线性分析的基本框架.该方法可用于描述混凝土开裂导致构件刚度退化等不可逆过程.对于构件端部的非弹性铰,使用了半耦合的损伤函数与屈服函数.通过编制的非线性有限元程序分别对反复荷载作用下梁柱节点及两构件框架结构的受力性能进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好.     

钢筋混凝土框架结构侧向倒塌地震易损性分析

为研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的侧向倒塌易损性,采用多地震动增量动力分析方法,用FEMA准则和结构有限元计算失稳作为结构侧向倒塌能力点的确定准则,分析得到一栋5层3跨钢筋混凝土框架结构的侧向倒塌易损性曲线.结果表明:FEMA准则对结构侧向倒塌定义偏于保守.在大震作用下,结构倒塌风险较小.     

钢筋混凝土结构的三维有限元程序设计

提出了一个简单的混凝土三维模型,基于塑性流动理论,混凝土的非线性受压特性通过屈服条件、流动和硬化规则描述.编制了钢筋混凝土结构非线性分析8节点和20节点的三维等参单元程序.程序中钢筋分别采用分离与分布模式模拟.通过一些经典的算例对比分析,表明提出的混凝土本构模型能够有效地模拟结构的破坏荷载和破坏全过程.     

加载速率对钢筋混凝土结构损伤的影响

目的 为探讨钢筋混凝土结构的动态损伤特性,进一步研究钢筋混凝土高层建筑结构连续倒塌破坏机理.方法 在钢筋混凝土梁柱构件动力特性试验基础上,分析钢筋混凝土梁柱构件的损伤,分别提出考虑加载速率影响的梁、柱构件的损伤演化方程,介绍一种改进的考虑加载速率影响的构件恢复力模型,并对一座6层3跨的钢筋混凝土框架结构模型进行地震作用下动态模拟,分析结构中主要构件的应变、应变率和损伤随时间的变化.结果 通过与试验结果对比,验证了笔者提出模型的有效性.通过数值模拟,得到梁的损伤值为0.06,柱的损伤值为0.17.结论 构件的损伤发展规律相近,且在地震动加速度峰值附近损伤迅速发展;柱的损伤大于梁的损伤.笔者提出的损伤模型能有效地模拟钢筋混凝土结构的损伤特性.     

强动载作用下钢筋混凝土梁破坏模式的有限元分析

在爆炸、冲击等强动载作用下,钢筋混凝土结构可能发生弯曲、弯剪和直剪破坏.为了准确地预测和模拟钢筋混凝土梁在强动载作用下的动力响应和破坏形态,本文运用ABAQUS有限元计算软件结合混凝土脆性开裂模型对强动载作用下的钢筋混凝土试验梁的整体响应以及一系列破坏形态进行了数值模拟,并将模拟结果与试验进行了对比分析.研究结果表明,本文所采用的数值模拟方法能较好地预测和模拟强动载作用下钢筋混凝土构件的整体动力响应以及相应的直剪、弯曲和弯剪破坏等一系列破坏形态.     

ABAQUS中三维梁单元材料单轴本构模型的二次开发

为了在ABAQUS软件中实现对三维钢筋混凝土纤维梁单元的弹塑性计算,利用ABAQUS软件隐式模块下的用户自定义子程序接口UMAT,基于Mander受压骨架曲线、过镇海受压加卸载规则及滕智明受拉加卸载规则组合的混凝土本构理论和OpenSEES中Steel02采用的钢筋本构理论,在ABAQUS软件中开发了用于空间梁单元的混凝土和钢筋单轴本构滞回模型,并与已有的低周反复加载试验结果进行了比较.结果表明,本文基于ABAQUS软件二次开发的材料单轴滞回模型能够较好地模拟空间钢筋混凝土杆系结构的弹塑性滞回行为.     

离散单元法中杆段多弹簧模型的改进

目的为应用离散单元法进行钢筋混凝土梁柱构件在一般荷载作用下的非线性反应分析,对杆段多弹簧模型进行改进.方法通过引入剪切弹簧,来传递单元之间的剪切力,剪切弹簧的本构关系采用二线型原点指向模型.并推导出弹簧组的力-位移关系与单元的运动方程.结果建立了完整的杆段多弹簧模型,并给出了剪切弹簧计算参数的确定方法.结论改进后的杆段多弹簧模型能够较好地描述钢筋混凝土梁柱构件压弯耦合以及剪切非线性性能.     

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.     

大跨度预应力结构体系等代框架计算模型研究

对等代异形柱框架模型分析大跨度预应力住宅结构体系的相关问题进行了研究.分别采用纤维模型梁柱单元和壳单元模型对大跨度预应力结构在竖向和水平作用下的受力性能进行了大量的对比分析,并同大型结构试验结果进行了对比,确定了等代框架模型的参数.结果表明,等代框架计算模型是可行的,尤其是对于非线性分析,具有较高的分析效率和精度.     

施工期钢筋混凝土偏压构件承载力计算模型

由于混凝土强度和粘结性能的变化,施工期钢筋混凝土受压构件的承载力随龄期不断变化.研究施工期钢筋混凝土偏压构件的受力特征并建立承载力计算模型,为分析施工期钢筋混凝土结构的承载性能提供可靠的理论依据,对钢筋混凝土结构施工期的安全性分析与控制以及钢筋混凝土结构全寿命分析具有重要的理论意义和实际价值.通过对施工期钢筋混凝士偏压构件的数值模拟,分析了施工期钢筋混凝土偏压构件主要的受力特征.运用极限平衡理论,建立了施工期钢筋混凝土偏压构件承载力的计算模型,分析了施工期钢筋混凝土偏压构件承载力的时变规律,并验证了计算模型的合理性.结果表明:90天内偏压构件承载力快速增长,90天后承载力增长速度放缓逐渐.