钢筋混凝土压弯构件塑性铰的试验研究

本文进行了27根钢筋混凝土压弯构件的试验,研究了轴压比、剪跨比和配筋率对塑性铰性能的影响,提出了钢筋混凝土压弯构件截面屈服曲率、极限曲率、塑性铰转角和塑性铰等效长度的计算公式,计算结果与试验结果符合良好。     

带翼缘钢筋混凝土剪力墙塑性铰长度研究

为了满足建筑功能的需求，正交方向布置的一字形墙通常被连接成一体，形成不同截面形式的带翼缘剪力墙．T形截面剪力墙作为其中最典型的墙肢组合形式，其截面的不对称性会导致不同受力方向下的变形性能和塑性铰长度存在明显差异．为了揭示T形截面钢筋混凝土(RC)剪力墙塑性铰的形成和发展机制，建立了T形墙精细化有限元分析模型．在验证模型有效性的基础上，通过分析T形墙沿高度方向的应变和曲率分布，定义了T形墙塑性铰长度的取值方法，进而分析了塑性铰长度在全过程受力中的变化规律，并结合T形墙的损伤机理和截面应变分布详细阐释了不同设计参数对塑性铰长度的影响．研究结果表明：T形墙在翼缘受拉方向的塑性铰长度主要由受压混凝土的压碎范围决定，且取值相对较小，在整个加载历程中呈现先快后慢再快的增长趋势；而翼缘受压方向的塑性铰长度完全由受拉钢筋的屈服范围决定，其增长速率呈现不断减小的趋势．基于参数分析结果，提出了一种考虑弯矩梯度、剪切效应和纵筋滑移贡献的T形墙塑性铰长度简化计算公式．通过与试验结果的比对，验证了简化公式的准确性．所提公式符合T形墙的变形特征，且可应用于L形墙．研究成果可为带翼缘面RC剪力墙基于变形的抗震设计和...     

高墩塑性铰研究

为了研究高墩结构塑性铰的形成过程、长度,从墩身曲率分布模式入手,以一座连续刚构桥为研究对象,采用增量动力分析的方法,结合OpenSees分析软件,并从PEER数据库中选取15条地震波,完成了一系列非线性分析,得到了不同状态墩身曲率分布规律,据此总结了高墩塑性铰的形成规律、长度及其与地震波的关系．结果表明：地震作用下,高墩曲率分布模式与传统中低墩有差异,但塑性铰形成过程基本一致,且塑性铰的长度及位置与地震波频谱特性、地震强度均无关,仅与结构自身特性有关．     

土体约束对桩柱式桥墩塑性铰长度的影响

采用经过试验验证的建模方法,建立了常规桩柱式简支梁桥的单墩数值计算模型,系统分析了土体约束作用对桩柱式桥墩整体延性性能、不同延性水平下桩身的曲率分布规律以及等效塑性铰长度的影响.结果表明:土体约束作用会显著增大桩柱式桥墩的截面破坏曲率,提高桥墩的水平承载力和位移延性系数,并显著减小桩身塑性区域长度和等效塑性铰长度,同时,桩身等效塑性铰长度还会随着位移延性系数的增大而显著减小.     

实腹式型钢混凝土柱延性系数分析

在平截面假定及对截面应力分布进行合理简化的基础上,依据截面材料的应力-应变关系及构件曲率分布规律,采用现有塑性铰计算模型分别得出各受力阶段实腹式型钢混凝土柱截面组成材料的合力,进而推导出各受力阶段截面曲率、弯矩及挠度的计算公式,建立单调荷载下实腹式型钢混凝土柱曲率及位移延性系数的表达式,同时对其影响参数进行分析.理论计算与试验结果对比表明,曲率及位移延性系数计算值与试验结果吻合良好,说明所提出的方法及推导的实腹式型钢混凝土柱延性系数计算表达式能较好地反映实际情况.     

混凝土本构关系对抗震性能评估影响研究

为了研究混凝土本构关系对抗震性能评估的影响,运用目前已广泛应用于结构抗震性能评估的结构分析软件SAP2000,选用及比较了我国规范以及美国规范建议采用混凝土材料本构关系和SAP2000中默认的混凝土材料本构关系,分别采用集中塑性铰模型和截面纤维单元模型对比分析一幢六层RC平面框架结构构件弯矩-曲率关系和对该框架结构进行抗震性能评估。研究表明:在不同计算理论模型下,采用上述三种混凝土材料本构关系分析得到构件弯矩曲率关系和结构能力曲线差值范围都在15%以内,在具体工程结构抗震性能评估时,可直接选用SAP2000默认混凝土材料本构关系,提高结构计算收敛性和抗震性能评估效率。     

基于改进IMK滞回规则的弯矩-曲率退化模型研究

提出一种基于改进IMK(Modified Ibarra-Medina-Krawinkler,ModIMK)滞回规则的RC柱弯矩曲率模型,并用于定义OpenSees中Beam With Hinges单元塑性铰区的截面.提出的RC柱截面弯矩曲率骨架曲线为三折线模型,给出了骨架曲线关键点计算方法.对62根RC柱试验值与计算值进行统计分析发现,其对RC柱屈服位移和纵筋屈曲时的位移都能进行准确地预测.采用的ModIMK滞回规则能考虑强度和刚度退化,以此模拟在反复荷载下塑性铰区强度和刚度退化.对RC柱低周往复试验和振动台试验的数值模拟与分析结果表明,所建立的弯矩曲率模型结合塑性铰单元可准确地模拟RC柱在地震下的响应.     

PP-ECC墩柱抗震设计方法初探

针对将RC墩柱塑性铰区全截面置换为聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的墩柱开展了抗震设计方法的研究。基于平截面假定,针对PP-ECC墩柱(将RC墩柱的塑性铰区混凝土置换为PP-ECC)首先推导了其塑性铰区截面弯矩-曲率曲线关键点(屈服弯矩、屈服曲率、峰值弯矩和峰值曲率)的计算方法,然后推导了PP-ECC墩柱力-位移曲线关键点(屈服承载力、屈服位移、峰值承载力、峰值位移)的计算方法,进而提出PP-ECC墩柱的抗震设计方法;基于PP-ECC(抗压强度fpp-c=30 MPa)的单轴力学性能试验确定了其一维拉压本构关系,依据所提出的PPECC墩柱的抗震设计方法计算确定了PP-ECC墩柱模型塑性铰截面的弯矩-曲率关键点值及PP-ECC墩柱模型力-位移曲线的关键点值,并与相应的RC墩柱模型(抗压强度fc=30 MPa)进行了对比分析,结果表明:PP-ECC墩柱相较于塑性铰区采用同等强度混凝土的RC墩柱,其承载力略有提高,且变形能力显著提高。     

考虑翘曲变形的空间钢框架修正塑性铰模型

为了推导一种既能反映塑性沿构件截面扩展,又能反映塑性沿构件长度方向(轴向)扩展的空间钢框架二阶非弹性分析模型,基于连续介质力学有限变形理论和更新的拉格朗日列式,横向位移采用考虑剪切变形的三次插值函数,扭转角位移采用Hermite三次插值函数以计入截面翘曲影响,结合塑性铰方法和简化塑性区模型,利用扩展的Orbison屈服面模型,提出了一种用于钢结构高等分析的修正塑性铰模型。该模型可用于各种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性。最后通过算例证明了本文提出梁—柱单元的精度和有效性。     

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.     

弯曲井眼中柔性钻柱的屈曲问题

利用能量法，研究了弯曲井眼中柔性钻柱的屈曲问题。在力学模型中，考虑了钻柱自重和井眼曲率的影响，给出了弯曲井眼中钻柱侧向屈曲临界荷载的一般形式。钻柱临界压力不仅与钻柱的长度、截面尺寸等有关，还与井眼的曲率有关，且随着曲率的增大，其临界压力随之增大。当弯曲井眼的曲率增大到一定的数值时，钻柱由稳定问题转变为强度问题，其临界压力应由钻柱的强度条件确定。     

钢筋混凝土框架单元的延性和塑性铰性能

本文根据八榀钢筋混凝土门式刚架不变竖向加载和单调水平加载的试验资料,归纳了截面屈服曲率和极限曲率的经验公武,提出了截面曲率延性系数和框架单元位移延性系数与强度的计算公式。此外,还讨论了加载过程中钢筋混凝土刚架杆端塑性饺的性能,给出了计算等效塑性铰长度的经验公式。文中所提出的公式均与试验结果符合较好。     

延性桥墩纵筋失稳长度的简化表达式

为了评估钢筋混凝土桥墩的极限水平位移,根据塑性铰区变形特性,合理确定塑性铰区长度是非常重要的.基于有限元分析,从理论上给出了桥墩根部纵筋失稳时的长度,并与实验结果进行了比较.通过纵筋失稳分析结果,提出了考虑到材料非线性时桥墩纵筋失稳长度的简化表达式.使用该表达式,可简单推算反复荷载作用下的钢筋混凝土桥墩纵筋失稳长度.     

基于柔度法的一次超静定刚架加载全过程分析

为了研究超静定结构的弹塑性性能,用柔度法的基本原理,对一次超静定刚架在集中荷载作用下的加载全过程进行了弹塑性分析.分析结果表明,受力变形过程可分为3个阶段:弹性阶段;固定端处截面附近产生塑性变形到形成塑性铰阶段;固定端处截面附近弹塑性区卸载到刚结点处截面形成塑性流动阶段.给出了塑性铰处的相对转角及其引起的位移的计算方法,推导了加载各阶段的荷载、弯矩和位移计算公式.     

半刚性结点域内塑性铰的形成

根据结点域的受力及变形特征,对外伸端板连接承拉区域塑性铰形成的条件进行了理论分析.发现在结点域承拉区内存在3种可能的失效模式:在结点域受拉区形成两组塑性铰;模式在结点域受拉区形成一组塑性铰;结点域内受拉区保持弹性,螺栓达到屈服极限产生弹塑性伸长,最终导致断裂破坏.     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

用复合有限条—─气泡函数法研究加肋壳体稳定性

为了寻求一种求解加肋壳体结构临界载荷的有效方法,并且能考虑到肋骨的实际截面形状和分布情况,将复合有限条方法应用于环加肋圆柱壳的屈曲分析,该方法可按加肋的实际分布情况考虑加肋的影响并可对环肋圆柱壳的总体失稳和局部失稳临界载荷进行计算。在对该问题有限条方法公式的推导过程中,引入了气泡函数,以改善可能出现奇异或刚性的非线性方程组,并提高了收敛精度。算例表明,气泡函数的应用能提高有限条方法的求解精度和求解效率,求解的方程阶数与壳体尺寸无关,是一种分析加肋板壳结构的理想方法。     

PPC超静定结构弯矩调幅限值及方法的研究

在ＰＰＣ超静定结构弯矩调幅的研究中引入曲斗延性,使得结构满足承载力要求的弯矩调幅限值可以由理论计算求得．在弯矩调幅的取值上,考虑了使用阶段裂缝宽度限值和初铰出现迟早的影响．最后给出了ＰＰＣ超静定结构弯矩调幅的计算公式．