竖向地震作用下PSRC框架梁延性性能及有限元分析

通过1榀梁柱均含型钢的预应力型钢混凝土框架竖向低周反复荷载试验,研究预应力型钢混凝土(PSRC)框架梁在竖向地震作用下的破坏形态、滞回特征、延性性能及耗能能力.结果表明:PSRC框架梁发生"三铰"的梁铰破坏机制,滞回曲线饱满,具有良好的延性和抗震耗能能力.利用ABAQUS软件对试验试件进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究混凝土强度、含钢率、预应力强度比及换算配筋率对P-Δ骨架曲线和延性性能的影响.结果表明:增大混凝土强度、预应力强度比、换算配筋率,框架梁承载力增加,但延性降低;随着含钢率的增加,框架梁承载力及延性均增大.通过位移延性系数分析,本文建议含钢率范围为4%~8%,预应力强度比λ不宜大于0.6,换算配筋率不宜大于3.6%.提出竖向地震作用下位移延性系数的计算方法,可供工程设计时参考.     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

预应力型钢混凝土框架试验研究和设计理论

基于两榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力试验,对其破坏形态、裂缝的开展与分布、刚度变化、弯矩调幅等特征进行研究.试验结果表明:预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏,框架梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布,位移延性比大于3,弯矩调幅值为30%左右,弯矩调幅值高于普通预应力混凝土结构.最后分析了次内力产生的本质,提出考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验数据较吻合.本文计算理论反映了现代预应力设计理论的新思想,为《预应力混凝土结构设计规范》的编制提供依据.     

不同RAC强度方钢管RAC框架抗震性能试验及有限元分析

以RAC强度等级为变化参数,设计制作了2榀不同RAC强度的方钢管RAC框架,并对其进行低周反复加载试验,获取其各项抗震性能指标;随后利用有限元软件ABAQUS对试验结果进行验证,有限元分析结果和试验结果吻合良好,证明所建立的有限元模型的准确性,在此基础之上,利用有限元软件ABAQUS对其进行拓展分析.主要研究表明:方钢管RAC框架具有良好的抗震耗能性能,框架破坏时的平均层间位移转角在1/39~1/38,表现出了良好的抗倒塌性能;试件的承载能力随着RAC强度等级的增加会逐渐提升,但上升幅度不是很大,而其延性则会随着RAC强度等级的增加而逐渐下降,与此同时,RAC强度对试件初始阶段的荷载—位移曲线、刚度退化速率及破坏后的残余刚度影响相对较小.     

方钢管混凝土组合异形柱防屈曲支撑框架抗震性能试验

为研究方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)防屈曲支撑框架的抗震性能,对一榀1∶2的SCFST柱防屈曲支撑框架模型进行了拟静力试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行了数值模拟.试验结果表明,试件呈现出防屈曲支撑、钢梁依次出现塑性铰的破坏机制.试件滞回曲线饱满,骨架曲线为S形,且强度和刚度退化不明显,位移延性系数可达3.21.防屈曲支撑耗能能力强,有效保护了框架结构.与异形柱普通支撑框架试验结果进行对比分析可知,异形柱防屈曲支撑框架抗震性能明显优于异形柱普通支撑框架.有限元分析中试件的破坏机制与试验基本一致.     

基于内聚力模型的沥青混凝土低温断裂模拟

为模拟沥青混凝土的低温断裂行为,合理选择了内聚力本构模型;在获取了小梁试件数字图像的基础上,结合ABAQUS有限元软件建立了二维细观断裂模型,验证了模型的正确性和适用性。结果表明:本文建立的二维细观断裂模型能够很好的反映实际三点弯曲试验的能量消耗—位移响应;沥青混凝土断裂过程可分为试件损伤、裂缝产生、裂缝扩展和试件破坏等四个阶段。     

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6～8根为最优。     

预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅试验研究

为研究预应力型钢混凝土框架梁的内力重分布及弯矩调幅规律,完成了2榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力实验.结果表明:预应力型钢混凝土框架梁能够实现内力重分布,梁端截面荷载曲率曲线近似为线性.采用有限元分析软件对试验框架进行了仿真模拟,并对试验框架梁型钢截面尺寸、相对受压区高度的参数进行分析.基于试验及有限元分析结果,提出了预应力型钢混凝土框架梁端塑性铰长度计算公式,并给出了以梁端控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值与张拉引起的次弯矩之和为调幅对象、以相对受压区高度和塑性转角为自变量的调幅系数计算公式.     

混凝土框架结构位移延性与柱曲率延性关系

基于国内多层混凝土框架结构的试验数据,建立混凝土框架柱曲率延性与结构整体位移延性需求的定量关系。收集国内32组梁铰屈服机制和破坏机制为主的多层混凝土框架结构系统延性系数和相应楼层位移延性系数的试验数据,分析试验数据的统计特性;通过经典解析关系由楼层位移延性系数得到框架柱曲率延性系数,并建立了框架柱曲率延性与结构系统延性的函数关系。拟合的幂函数模型与样本试验数据的相关系数R=0.775,非线性数值算例结果表明建立函数模型能够指导混凝土框架柱单元的最大延性控制设计。     

混杂纤维混凝土螺栓剪力键疲劳性能

针对目前钢筋混凝土桥面板在车载反复作用下易开裂,以及焊钉剪力键锚固在混凝土中使得劣化桥面板难以更换问题,提出一种新型混杂纤维混凝土(HFRC)螺栓剪力键。为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键在疲劳荷载作用下的疲劳性能,设计4个推出试件(2个HFRC试件,2个普通混凝土(NC)试件)分别进行静载推出试验和疲劳推出试验;应用有限元ABAQUS,引入HFRC的本构关系以及螺栓孔与螺杆间隙的影响,建立HFRC螺栓剪力键基准有限元模型,将基准有限元模型计算结果导入疲劳分析软件FE-SAFE进行疲劳分析,并通过试验验证了其可行性;再应用有限元ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE分析纤维、螺栓直径、混凝土强度等参数对HFRC螺栓剪力键疲劳寿命的影响,并对疲劳分析软件FE-SAFE计算结果进行非线性回归拟合。研究结果表明:掺入纤维后可以提高螺栓剪力键的承载力、初始刚度和疲劳寿命;静载破坏模式均为螺栓被剪断,在疲劳荷载作用下HFRC和NC推出试件破坏特征不同,HFRC试件为螺栓剪断,NC试件是混凝土板破坏;随着荷载幅值的增加,螺栓剪力键疲劳寿命减小;随着纤维掺入,螺栓直径增大以及混凝土强度的增加,螺栓剪力键疲劳寿命均增加。提出的HFRC螺栓剪力键疲劳寿命计算方法可为HFRC螺栓剪力键设计提供参考。     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

预压装配式框架梁端设计与分析

文章基于对一榀两层两跨预压装配式预应力混凝土框架同时施加竖向荷载和水平低周反复荷载,研究了预压装配式预应力混凝土框架的梁端截面延性并对比了在正反向水平荷载作用下梁端的弯矩调幅能力.结果表明,预压装配式预应力混凝土框架梁端形成塑性铰后有足够的转动能力,且梁端允许的弯矩调幅值最大可达17.1％,说明预压装配式预应力混凝土框架具较好的延性,设计时应考虑塑性内力重分布的影响.     

耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土框架节点抗震性能研究

目的研究耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土结构框架节点的抗震性能的影响.方法考虑非线性粘结滑移,利用ABAQUS有限元分析软件建立钢筋混凝土梁柱节点非线性模型,分析混凝土保护层碳化、梁纵筋锈蚀、冻融循环三者的耦合效应对钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响.结果在三种损伤因素共同作用下,当钢筋的锈蚀率从5%增加到10%时,试件的累积耗能能力和极限位移全部发生急剧衰减,试件的抗震性能严重退化;在碳化、冻融及钢筋锈蚀率为10%的情况下,滞回曲线出现弓形,试件的承载力及延性均急剧下降;随着混凝土的碳化,试件承载力提高的同时延性在逐渐降低.结论无论钢筋锈蚀率、混凝土保护层的碳化或冻融循环次数,其中任何一种损伤量的增加,均会导致试件抗震能力的下降;而当三者同时作用时,对边节点的抗震性能影响最为严重.     

考虑桩体损伤的柔性基础下刚性桩复合地基中桩体受力及破坏特征分析

为了模拟桩体局部损伤或破坏后的应力迁移,采用混凝土损伤模型实体单元,利用ABAQUS软件建立柔性基础下刚性桩复合地基三维分析模型,研究路堤填筑及后期加载过程中刚性桩复合地基中桩体的受力状态及破坏特征。研究结果表明:损伤模型能较好的模拟混凝土桩体受损后桩身刚度降低、内力重分布的过程;而线弹性桩体模型所得桩身弯矩偏大,桩身位移偏小;桩体所能承受的极限弯矩与其在复合地基中的位置有关,且与纯弯状态下的桩体极限弯矩有较大差异;路肩以外桩体破坏模式主要表现为拉弯和压弯破坏;路堤中心下方的桩体以承受竖向压力为主,桩体先破坏的可能性不大,其破坏往往是由于路堤边坡失稳后诱发产生的;复合地基中刚性桩发生受剪破坏的可能性不大。     

钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板结构受力性能

为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板装配式结构体系的受力性能,对4榀钢框架-预制混凝土抗侧力墙板结构足尺试件进行低周反复荷载作用下的试验研究,测试连接构造的可靠性,研究结构的破坏机理、滞回性能、延性及变形和耗能性能等.采用有限元软件ABAQUS对试验模型进行分析,并在验证有限元模型可靠性的基础上,研究抗侧力墙板与钢梁连接界面的受力性能和传力机理,考察各类连接件承担剪力和弯矩的分布情况以及分配关系.试验结果表明:该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系,加载过程呈现出明显的两阶段性,抗侧力墙板先于钢框架破坏,为结构体系的第1道防线;型钢混凝土墙板与钢梁连接界面上的剪力由型钢与抗剪栓钉共同承担,对于钢筋混凝土墙板,剪力作用主要由抗剪栓钉承担;连接界面上的弯矩作用主要通过型钢(或锚筋)承担拉、压力和混凝土承压来平衡.     

铝合金网壳结构盘式节点受力性能试验

目的研究铝合金盘式节点的抗弯刚度和强度性能,分析盘式节点的受力机理和破坏模态,获取盘式节点在纯弯受力状态下的弯矩-转角曲线及关键部位的应变状态和变形情况.方法对3种不同尺寸的铝合金盘式节点试件进行静力加载试验,结合通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行有限元模拟.静力加载试验将试件端部连梁简支,对节点区中心竖向加载,并利用应变片和位移计测量试件关键部位的应变状态和变形情况.结果铝合金盘式节点平面外的抗弯刚度较大,节点延性不高.连梁下翼缘螺栓孔处截面是节点的薄弱部位,破坏形式为脆性断裂破坏,破坏前无明显征兆.结论有限元模型可以较为准确地模拟试验过程,模拟结果与试验结果吻合较好.     

考虑现浇楼板影响的砖砌墙体抗震性能研究

基于ABAQUS建立砌体墙片有限元模型,与选取的试验墙片结果进行对比,验证有限元模拟的可信度;再利用有限元模型分别研究现浇楼板、砂浆强度、圈梁截面尺寸、墙顶竖向压应力、开洞率和墙片高宽比对砌体墙片抗震性能的影响。结果表明,现浇楼板、构造柱和圈梁共同构成整体,加强了对墙片的约束,减轻了墙片的损伤;提高砂浆强度等级,墙片的承载力和延性将增大;适当的圈梁截面尺寸能有效减轻墙片的破坏程度;适当的墙顶竖向压应力能显著降低墙片的破坏程度;墙片开洞会降低其承载力和位移延性;增大墙片的高宽比,墙片的承载力将减小,且墙片主要破坏形式从剪切型破坏转化成弯曲型破坏。     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

半装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验

为综合评价现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了2榀1∶2的2层2跨混凝土框架-剪力墙结构模型试件,并对其进行了低周反复荷载试验.对比研究了这2榀试件的破坏机制、破坏过程、滞回性能、位移延性和耗能能力等抗震特性.试验结果表明,半装配试件与现浇试件具有相近的开裂位移、裂缝开展形态、破坏模式、耗能能力和侧向承载能力,但半装配试件的延性略低,在不同承载状态下的水平荷载也略低.现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的整体性较好,在地震中具有可靠的抗倒塌能力.     

预制装配式钢骨混凝土组合柱抗震性能

为研究预制装配式钢骨混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件ABAQUS对新型预制装配式钢骨混凝土组合柱建立9个有限元模型,分析连接模块位置高度、加劲板厚度及盖板厚度对其抗震性能的影响规律.研究结果表明:模型最终失效时,位移延性系数均值为3.01,表现良好的变形能力;提升连接模块位置高度,模型的水平承载力、刚度与同级加载位移角下的耗能能力增大,但延性降低;增大加劲板板厚,模型的水平承载力与刚度提高,延性系数减小;增大盖板板厚可提高模型的整体抗震性能.研究结论可为改进预制装配式钢骨混凝土柱连接区的连接形式提供参考.