基于OpenSEES的SRC柱低周往复加载数值模拟

为研究型钢混凝土构件在往复荷载下的弹塑性滞回性能,采用开源的地震工程模拟系统OpenSEES进行有限元数值模拟。选用基于Kent-Scott-Park混凝土本构关系和Giuffr啨-Menegotto-Pinto钢筋本构关系的纤维模型,对钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)柱试件和型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,SRC)柱试件建模。分析结果表明:将OpenSEES中基于纤维模型的位移型梁柱单元(Displacement-Based Beam-Column,DBBC)、零长度单元和P-Delta转换器结合使用,能体现SRC柱在不同轴压比下滞回环的特点,较好地反映型钢对混凝土柱强度与刚度的加强作用,模拟SRC柱试件在大变形下的非线性反应,可供SRC结构构件数值模拟和地震反应分析参考。     

基于纤维模型的SRC柱损伤数值分析

为分析型钢混凝土(SRC)在低周反复荷载作用下的损伤演化过程,利用纤维模型对其进行精细模拟。分别利用位移型梁柱单元和带塑性铰的力型梁柱单元建立有限元模型,对截面上相应的混凝土、钢筋和型钢纤维定义各自的单轴本构关系。滞回曲线及损伤演化过程的计算与试验结果均吻合较好。分析表明,纤维有限元数值分析技术可以精细模拟SRC柱在低周反复作用下的损伤性能。     

基于OpenSEES的钢管混凝土组合柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下钢管混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件OpenSEES对其进行数值模拟.研究结果表明:OpenSEES可以很好地模拟钢管混凝土组合柱在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,模拟的峰值承载力和试验结果吻合良好,误差小于10％.滞回曲线形状基本一致,能反映组合柱试件在反复加载过程中的刚度及强度的退化现象.     

爆炸荷载作用下型钢混凝土柱的动力响应影响因素分析

目的数值模拟爆炸荷载作用下型钢混凝土柱损伤破坏,分析凝土等级、型钢截面形式、纵筋配筋率、柱高等因素对型钢混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律.方法采用有限元显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立型钢混凝土柱的三维有限元模型,在进行型钢混凝土柱的动态响应分析时,对型钢混凝土柱各材料间共线共结点方式建模,并考虑型钢与混凝土之间的摩擦接触.通过比较相同荷载幅值条件下,爆炸与静力作用下的应力分布的异同来说明爆炸作用下应力的分布特点.结果提高型钢强度和纵向受力钢筋配筋率对型钢混凝土柱抗爆性能的提高并没有显著效果;相同最大荷载值的静载与爆炸荷载两种情况下,爆炸荷载下的破坏能力较强,破坏程度较大.结论采用高强度混凝土,选用截面惯性矩较大的型钢,以及选用截面和高度尺寸适宜的型钢混凝土柱有利于提高型钢混凝土柱的抗爆性能;细长柱的抗爆性能较弱,实际工程中尽量避免选用.     

钢筋混凝土柱滞回性能的数值模拟

为准确模拟钢筋混凝土柱的滞回性能,文章基于截面纤维模型,采用钢筋和混凝土的单轴本构关系,利用CANNY程序对框架柱在低周反复荷载作用下的滞回性能进行模拟;并将计算的结果与7根不同配筋、截面、混凝土强度等级以及轴压比的柱试件进行对比分析。分析计算结果与试验结果吻合较好,表明所采用的材料本构模型及其分析方法能够较全面准确地反映钢筋混凝土柱在反复荷载作用下的复杂受力行为。     

钢纤维混凝土桥墩抗震性能数值模拟与试验对比

基于纤维模型的有限元分析技术,采用考虑钢纤维影响的混凝土材料模型和考虑黏结-滑移效应的钢筋材料模型,建立了在反复荷载作用下普通混凝土和钢纤维增强混凝土桥墩的非线性有限元模型.采用数值分析方法得到钢纤维体积分数、配箍率和钢纤维混凝土区高度对钢纤维混凝土桥墩模型滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震能力的影响规律,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟与拟静力试验结果基本一致,呈现出相似的规律性;钢纤维可部分代替箍筋的抗震作用,在一定范围内随着钢纤维体积分数的增加,桥墩试件的抗震性能增强;在桥墩局部采用钢纤维混凝土,可达到与整体采用钢纤维混凝土相近的抗震能力.     

节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点传力机理研究

为研究节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点的传力机理,文章采用基于纤维模型的有限元软件SeismoStruct开展数值模拟分析,建立了该种新型钢管混凝土柱-梁节点的三维简化模型,模拟节点低周反复荷载作用下滞回曲线并与试验结果进行对比,结果表明,数值模拟分析结果与节点低周反复荷载试验结果拟合良好.在验证简化节点模型正确性的基础上,对框架梁的弯矩分布、环梁的扭矩与弯矩分布进行研究,总结了节点区钢管不贯通式环梁节点的弯矩传导机理.研究表明,该新型节点的弯矩传导主要集中在框架梁轴方向,传力机制较节点区钢管贯通的节点型式直接、有效.     

型钢混凝土T形柱框架节点恢复力模型研究

为研究型钢混凝土T形柱框架节点的地震破坏耗能机理,通过已获取的9个型钢混凝土T形柱-混凝土梁平面节点和9个型钢混凝土T形柱-钢梁空间节点的低周反复加载试验成果,提出了以屈服点、峰值点和破坏点为特征点并考虑刚度退化的三折线型骨架曲线模型,给出了基于试验参数的特征点值计算方法;根据试验获取的滞回特性,简化了不同配钢形式型钢混凝土T形柱框架节点的滞回环;通过引入基于损伤的循环退化指数对节点在反复荷载作用下的屈服荷载、最大荷载、卸载刚度以及再加载刚度等力学性能指标进行了退化描述,并建立了基于损伤效应的型钢混凝土T形柱框架节点的恢复力模型.结合试验成果,对恢复力模型的有效性进行了验证.研究结果表明:该恢复力模型可较好地预测型钢混凝土T形柱框架节点在反复荷载作用下的滞回性能,其成果可为此类子结构在地震作用下的弹塑性时程分析提供有效的理论支撑.     

震损型钢混凝土柱加固后的恢复力模型研究

借助震损模拟和低周反复荷载试验研究了外包钢套及炭纤维增强聚合物对震损型钢混凝土柱的加固效果,基于试验拟合法构建了震损型钢混凝土柱加固后的恢复力模型并对其正确性进行了验证。结果表明,外包钢套或炭纤维增强聚合物加固均能使震损型钢混凝土柱重新恢复抗震能力,利用所建恢复力模型对柱试件在低周反复荷载作用下的荷载-位移关系进行模拟的结果与相应试验值基本吻合。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。     

基于钢筋低周疲劳的桥墩地震易损性分析

基于Coffin-Manson钢筋疲劳损伤模型,采用非线性纤维梁柱单元,对纵筋采用HRB335和HRB500E的圆柱形桥墩拟静力试验进行数值模拟,研究拟静力作用下低周疲劳对钢筋和构件承载力退化的影响.为了进一步研究钢筋低周疲劳对试件累积损伤的影响,将Takemura和Kunnath提出的两组不同加载模式下的拟静力试验进行数值模拟.结果表明:基于Coffin-Manson模型,采用纤维单元,在材料层面上考虑钢筋的低周疲劳,可以较好地模拟试件在不同加载模式下的累积损伤和承载力退化.     

基于修正剑桥模型的SPH的土柱崩塌模拟

土柱崩塌是一种被广泛研究的岩土大变形模型。考虑非关联流动法则的修正剑桥(MCC)模型描述土体行为,并将其导入光滑粒子流体动力学(SPH)算法来模拟土柱崩塌。在算法设计中,利用有限元方法中常用的中心回映算法来计算应力积分,以提高算法的精度。应用所设计的SPH算法模拟初始高宽比分别为1.5,3和5.5的土柱崩塌模型,并与实验结果比较,表明SPH算法在研究土柱崩塌问题的可靠性。     

核心型钢混凝土柱抗震性能试验及数值模拟

在低周反复荷载作用下,对1个钢筋混凝土柱和8个核心型钢混凝土柱进行试验,研究核心型钢配钢率和轴压比对试件抗震性能的影响.研究结果表明,试件抗震性能随着核心型钢配钢率的增加得到显著改善.采用有限元软件ADINA对试件进行非线性有限元全过程分析,计算得到的试件骨架曲线、应力应变分布和裂缝发展情况与试验结果吻合良好.     

型钢偏心对型钢混凝土柱承载力的影响

为了利用非线性推覆分析(Push-over)方法分析型钢偏心对型钢混凝土(SRC)柱承载力的影响,建立了SRC柱的Push-over分析模型,进行了偏心SRC柱的偏心受压试验和Push-over计算,验证了Push-over方法用于SRC柱分析的可靠性,并用Push-over方法分析了当SRC柱的长度和荷载作用位置等参数变化时,随着型钢偏心距的不同,SRC柱受力性能的变化情况,找出了型钢偏心对整柱承载力影响的变化规律.分析结果表明:当荷载和型钢同时偏心在截面形心轴的同一侧时,荷栽偏心距较小的SRC柱的承栽力随着型钢偏心位置的增大而减少,荷载偏心距较大的SRC柱的承栽力随着型钢偏心位置的增加而略有增加;当荷载和型钢偏心在截面形心轴的两侧时,无论荷载偏心距的大小,SRC柱的承载力随着型钢偏心位置的增加而增加,但其变化幅度不大.     

低周反复荷载作用下钢筋混凝土异形柱框架的滞回性能分析

对一榀异形柱框架进行低周反复荷载试验研究,介绍了试验情况,对试件破坏过程及结果进行了描述,给出了荷载-位移曲线及骨架曲线;并基于框架试验数据,分析了模型的试验滞回特性,评估了框架的抗震性能,建立了框架的恢复力模型.得出如下结论:钢筋混凝土异形柱框架结构具有较好的滞回特性,变形特性介于剪力墙结构和普通框架结构之间;框架整体受力分析可采用退化三线型恢复力模型.     

钢骨混凝土抗火性能非线性分析

进行了12个钢骨混凝土柱火灾下反应的试验．利用有限单元法和有限差分法的混合解法，编制有限元计算程序，得到钢骨混凝土柱的温度分布和极限承载力的数值计算方法．通过程序计算与火灾试验结果的对比分析，验证了分析理论和计算程序的可靠性．通过各种受火时间、长细比和偏心距的钢骨混凝土柱抗火性能的计算，得出了相应的极限承载力计算公式．     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

型钢混凝土结构施工过程时变效应计算

基于型钢混凝土(SRC)构件实际受力机制,引入主从约束方法推导了型钢混凝土组合构件子结构单元模型,解决了徐变效应下钢和混凝土的协同工作问题.采用有效模量法(AEMM)与有限元法相结合的徐变计算理论,以Visual C++和ObjectARX为工具研发了高层型钢混凝土组合结构施工过程分析软件(SRCCM),并与通用有限元软件进行对比分析,验证了软件的正确性.算例表明:采用主从约束方法的子结构单元模型能够合理地反映型钢混凝土构件实际受力机制,基于该模型所编制的高层型钢混凝土组合结构施工过程分析模拟软件能够在工程实际中应用.