基于MIDAS Gen的多层钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟分析

汶川地震中大量钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构破坏严重,极震区其倒塌率却远超过多层砖混结构。2022年9月以来,四川频发地震,为重新探讨倒塌机理及抗震性能,本文研究通过实地震害及多层RC框架结构破坏形式,结合数值模型并应用MIDAS Gen有限元计算方法,研究了RC框架结构的倒塌机理、地震响应分析。结果表明：框架柱的破坏与屈服是RC框架倒塌的主要因素,模拟增设填充墙,当地震烈度达到10度时,层间位移角大约1/46,降低柱的轴压比,提高柱的破坏延性,增大结构的极限抗侧能力,起到抗震第一道防线的作用,避免整体屈服破坏。     

新型BFRP布约束RC柱轴心抗压试验研究

进行21根FRP布约束加固RC圆柱（9根BFRP布包裹、9根CFRP布包裹和3根RC圆形截面短柱）的轴心抗压试验,研究了圆柱在包裹不同的FRP布种类和层数下的破坏特征和力学性能,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析.结论是：两种纤维布加固后的RC柱的承载力有明显提高,CFRP布的承载力比BFRP布的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好.结论：采用纤维布约束加固RC柱后力学性能有明显改善.这一结果为BFRP的进一步研究提供理论基础,并可用于指导工程实践.     

新型混凝土材料加固震损RC框架柱抗震性能试验研究

通过5根采用新型混凝土材料加固RC框架柱和1根未加固框架柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了不同震损程度和不同加固方式对试件抗震性能的影响.试验结果表明:各加固试件的极限承载力相对于未加固试件均有不同程度的提高,其中三面加固柱极限承载力高于单面加固柱,而四面加固柱极限承载力最高;中等震损和严重震损试件经加固后的极限承载力比未损直接加固试件的极限承载力略低,但相差不大.采用新型混凝土材料加固受损试件,能够有效的提高受损构件的滞回性能、极限承载力和刚度等抗震性能.     

带节能砌体填充墙的RC框架抗震试验研究

为了研究带节能砌体填充墙的RC框架抗震性能,本试验设计了两个两层单跨的RC框架结构模型,分别为带填充墙的RC框架和不带填充墙的空框架,并对其进行了拟静力试验.对带填充墙的RC框架的裂缝开展进行了描述,研究了试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化和强度退化,并和空框架进行了对比分析.分析结果表明:填充墙能够提高框架的承载能力和抗侧刚度,但是相应地降低了框架结构的延性;填充墙的存在使得框架结构的强度和刚度退化加快,然而,带填充墙框架的极限刚度仍然较大,表现出较强的抗倒塌能力.     

预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能.本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理.分析结果表明:随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高.     

CFRP-钢管混凝土加固RC短柱偏压性能试验

通过8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆钢管自密实混凝土复合加固和4根圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土(RC)方形短柱的受压试验,研究了复合加固RC短柱偏压受力性能,分析了偏心距和CFRP层数对复合加固RC短柱的破坏形态、承载力、刚度和延性的影响.复合加固RC短柱的破坏形态包括端部混凝土的压碎、受压区钢管屈曲和CFRP断裂.加固试件表现出延性破坏特征,达到极限承载力后,仍具有一定的承载和变形能力.随着偏心距的增大,加固试件变形增大;偏心距为20,40和60 mm的试件极限承载力平均降低幅度分别约为25%,37%和42%.随着CFRP层数的增加,加固试件变形减小,延性降低;CFRP层数为1和2的试件极限承载力平均提高幅度分别约为16.2%和39.8%.     

震损钢筋混凝土柱的残余抗震性能试验研究

为研究钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）柱震后的残余抗震性能，对一根进行过完整拟动力试验并发生压弯破坏且达到Ⅱ级震损破坏程度的足尺 RC柱，在未对柱身进行加固处理的前提下进行了拟静力试验研究 . 对比分析了拟静力试验前后的试验现象、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性系数以及耗能能力 . 试验结果表明：达到Ⅱ级震损的 RC柱仍保留有一定的抗震能力，在未经加固时，其所能承受的水平力极限约为未损伤时的75%. 最后使用有限元分析软件OpenSees进行了该试件震后拟静力试验的滞回曲线模拟，提出了一种用于模拟真实地震损伤后RC柱残余性能的方法，并验证了其可靠性.     

氯盐环境下TRC加固对RC柱偏压性能影响

由于承载能力高、限裂效果好、具有良好的耐腐蚀性,纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete, TRC)作为FRP(fiber reinforced polymer)的一种替代材料,引起了国内外学者的广泛关注并对其力学性能开展了一系列研究.但是,目前关于氯盐环境下TRC加固对偏心钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)柱力学性能的影响规律尚不明确.为此,设计制作了9根RC柱并进行氯盐干湿循环试验,其中8根RC柱采用了TRC加固.氯盐干湿循环试验结束后,通过偏心受压试验,探究了不同加固方式和加固层数对TRC加固偏心RC柱力学性能的影响规律.试验结果表明:在氯盐干湿循环下,随着加固层数的增加,纵向单面加固偏压柱的极限承载力呈现出增加趋势,而延性却呈现下降趋势;对于全包加固柱来说,偏压柱的极限承载力和侧向变形能力均随加固层数的增加而增大.此外,考虑氯离子侵蚀的影响,提出了侵蚀环境下TRC加固偏压RC柱的承载力计算公式.     

增大柱截面与碳纤维复合节点加固有限元分析

目的模拟不同加固方式对钢筋混凝土框架梁柱节点力学性能的影响,找出合理的加固方案,进而提高结构耐久性.方法以核心区少配箍筋的框架十字型节点为研究对象,采用增大柱截面与碳粘贴碳纤维复合的加固方法来实现对钢筋混凝土框架梁柱节点的加固,利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟.结果增大柱截面加固节点极限承载力平均提高92%,延性平均提高34%,刚度平均提高4%;碳纤维布加固节点,极限承载力平均提高44%,延性平均提高55%,刚度平均提高67%;增大柱截面与碳纤维复合加固节点极限承载力平均提高157%,延性平均提高86%,刚度平均提高79%.结论不同加固方案改变了试件的破坏形态,由脆性破坏变为延性破坏,破坏点均发生在梁端.相比增大柱截面方法加固节点和碳纤维加固节点方法,采用增大柱截面与碳纤维复合加固的方法对试件极限承载力、延性、刚度都提高显著.     

粘贴BFRP布约束钢筋混凝土柱轴心抗压试验研究

为了研究圆柱在不同的FRP种类和层数下的破坏特征和力学性能,进行21根FRP约束加固钢筋混凝土圆柱,其中9根BFRP、9根CFRP包裹和3根钢筋混凝土圆形截面短柱的轴心抗压试验,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析。研究结果表明:两种纤维布加固后的钢筋混凝土短柱的承载力有明显提高,CFRP的承载力比BFRP的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好。采用纤维布约束加固钢筋混凝土柱后力学性能有明显改善。     

基于性能的FRP加固混凝土柱抗震水平及指标选取

在研究FRP加固混凝土框架柱的抗震性能时引入了基于性能的抗震设计理论,从适用性、经济可修性、安全性三个方面将FRP加固框架柱的抗震性能划分为5个等级:正常使用、暂时使用、可修使用、生命安全及防止倒塌.对FRP加固框架柱的位移角限值进行统计分析,讨论了位移角与纵筋率ρs、配箍特征值λv、剪跨比λ、轴压比n及FRP特征值λf之间的关系;结果表明,n和λf对位移角有显著影响.选取位移角作为性能指标,并将n和λf引入到位移角的量化当中,给出了基于性能的抗震设计的指标限值.     

组合式钢框架内填预制RC墙结构静力性能有限元分析

钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙结构是新型混合式结构,由钢框架与内填墙组成双重防线,具有良好的抗侧力能力,同时预制构配件和预制装配建筑有利于推动住宅产业化发展.考虑大尺寸内填预制RC墙运输和安装困难的情况,提出竖向和横向组合式钢框架内填RC墙结构,采用ABAQUS建立有限元模型进行结构受力分析.通过分析荷载位移曲线,构件应力分布和变形情况,研究结构破坏特点和受力性能.结果表明,全螺栓结构因其合理的传力路径,有良好的承载力和延性;竖向组合式具有较好的初始刚度和整体承载力,与全螺栓连接预制RC墙有近似的受力性能,便于运输和安装;而横向组合式由于上下板缺乏有效传力路径,初始刚度和最终承载力都明显低于全螺栓和竖向组合式,不利于实际工程应用.     

碳纤维布加固混凝土框架受力性能

为了避免纤维布拉断、剥离等提前破坏模式,提出了铝角钢/FRP加固框架结构梁、柱端部的新型加固方法.介绍了两跨两层框架试件的几何、配筋、加固过程和试验方法.通过比较分析,选择合适的应力-应变模型以模拟FRP对混凝土的约束效应,截面的弯矩-曲率关系近似地采用带软化段的四折线型,对加固后的框架进行非线性分析,与试验结果作了对比.最后,研究了混凝土约束效应、加固长度、合理选择待加固杆件对加固框架受力性能的影响.数值分析结果与试验结果吻合良好,FRP产生的约束效应对框架受力有较大影响,适当选择加固长度和加固量,可以实现塑性铰或破坏面位置的转移,特别加强薄弱的杆件,可以取得显著的加固效果.     

有无填充墙钢管混凝土框架抗震性能对比研究

为了钢管混凝土框架结构在不同荷载作用下抗震性能的分析。通过现场试验的方法,对有无填充墙的两种钢管混凝土框架结构进行了在承载能力、延性、耗能能力以及破坏机制的分析研究。研究结果表明:两种框架结构在进行水平低周反复加载试验,带填充墙矩形钢管混凝土框架结构较无填充墙的框架结构其滞回曲线更加饱满,耗能能力强等抗震性能。该成果对高层钢管混凝土结构具有一定的参考价值和指导意义。     

施工缝对RC框架结构抗震性能影响的试验研究

施工缝的存在对混凝土结构的受力性能会产生影响。为了解施工缝预留的位置对RC框架结构抗震性能的影响,对预留有不同位置施工缝的两个框架结构进行了水平低周反复荷载试验;对其滞回曲线、骨架曲线、残余变形率和框架延性系数等进行比较和分析。结果表明:施工缝位置的改变后,框架的极限荷载、塑性变形能力和变形恢复能力等力学性能会有明显变化。     

新型外包钢组合梁框架结构抗震性能试验

为克服普通组合框架结构体系存在的缺点,首次提出新型外包钢混凝土组合梁-型钢混凝土柱组合框架结构体系.设计制作了一榀单跨两层型钢混凝土柱-外包钢混凝土梁的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验.试验表明,该榀组合框架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等均满足延性框架的抗震要求,且模型框架的有效延性系数达到了7.5.新型型钢混凝土组合柱-外包钢混凝土组合梁框架结构的抗震性能优于钢框架结构和钢筋混凝土柱-钢梁框架结构,可在中高层建筑中推广应用.     

高轴压比作用下型钢超高强混凝土框架抗震试验研究

为了研究型钢超高强混凝土框架结构的抗震性能,进行了3榀单层单跨框架结构拟静力试验分析,研究了框架结构在低周反复荷载作用下结构整体的破坏形式和柱根部的破坏过程,并由此分析了与其相对应的滞回曲线和骨架曲线,梁端和柱底的应变,以及各阶段的荷载值和位移值,并通过应变情况判别整体结构的变形情况.通过实验得到框架结构的延性系数、耗能能力、强度退化和刚度退化.结果表明,型钢超高强混凝土框架具有良好的延性,正向和反向的延性系数相差不大,耗能能力良好,强度和刚度退化比较缓慢,滞回曲线饱满;柱子是框架结构消耗地震能量的主要组成部分,而梁的约束也提高了结构的整体性和耗能能力,使结构在承载力下降到极限荷载的80%之后,仍能保持结构整体的稳定性,同时具有一定的耗能能力,保证了结构在大震作用下,仍拥有一定的承载能力,不至瞬间倒塌.     

含钢率对方钢管混凝土框架延性影响的有限元分析

含钢率是影啊钢管混凝土框架结构延性的重要因素．为研究含钢率对方钢管混凝土框架结构延性的影响，建立了方钢管混凝土框架结构的非线性有限元分析模型，通过与方钢管混凝土框架结构在反复荷载作用下试验所得的滞回曲线进行对比，发现该模型的计算结果较为精确，可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中．利用此模型对在低周反复荷载作用下柱含钢率不同的方钢管混凝土框架结构进行了有限元分析，对比研究了其滞回曲线和位移延性系数，得出了随着柱合钢率的增加方钢管混凝土框架延性提高的结论．