基于纤维模型的型钢混凝土柱精细化建模分析

为研究型钢混凝土框架柱在反复荷载作用下的效应,采用开源的有限元分析软件OpenSEES,建立起基于纤维模型的型钢混凝土柱精细化模型,通过定义不同单轴材料本构模型的纤维来模拟其各自不同的应力—应变关系,结合非线性梁柱单元,形成完整的型钢混凝土柱模拟技术.并采用此模型对低周反复荷载作用下4个不同截面形式的型钢混凝土柱进行了滞回性能的全过程数值模拟.研究结果表明:此型钢混凝土柱精细化模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,所建立的型钢混凝土柱模型的OpenSEES数值模拟技术是合理、可行的,适用于基于纤维模型的型钢混凝土柱有限元数值模拟和受力性能的深入研究.     

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OpenSees的SRC框架结构抗震性能数值模拟及参数分析

为了研究型钢混凝土(SRC)框架结构抗震性能影响因素,基于1榀两跨三层的SRC框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,利用OpenSees开放平台,建立了宏观单元分析模型。为考虑箍筋和型钢对混凝土的约束作用,将纤维截面划分为强约束区和弱约束区。通过有限元模拟,分析了轴压比、混凝土强度和型钢强度对SRC框架结构抗震性能的影响。结果表明:提高型钢强度可以有效增强SRC框架结构的承载力和延性,采用Q345钢材性价比最高,其承载力和破坏位移值分别相对增大了17.04%和7.03%;当混凝土强度等级超过C50后,其对SRC框架结构的承载力及刚度的影响较小;低周往复荷载作用下,轴压比存在不利于结构变形,当轴压比大于0.5时,结构承载力明显降低。     

钢骨混凝土T形柱基于ABAQUS的力学性能分析

利用有限单元法模拟了型钢混凝土T形截面异形柱的整个受力和变形过程。由于异形柱存在偏心受压失稳的情况,为了探讨轴压比与型钢位置对SRCT形截面异形柱延性与承载力的影响,可利用有限元分析软件ABAQUS对T形截面型钢混凝土(SRC)柱的受力性能进行了数值分析,通过混凝土损伤塑性模型考虑混凝土塑性发展。首先利用已有的实验数据通过数值模拟验证模型的有效性,再建立具有不同轴压比和不同型钢位置的三组模型,分析了轴压比与型钢位置对构件力学性能的影响,为工程应用提供参考依据。     

外包钢加固SRC框架结构地震损伤演化分析

基于外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,采用材料性能折减的方法考虑震损影响,对外包钢加固损伤的型钢混凝土框架结构进行有限元建模分析,利用改进的双参数地震损伤模型计算其主要构件和整体结构的损伤指数,并利用多项式函数对其构件及整体结构的损伤演化曲线进行拟合,探讨外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的损伤演化规律。结果表明,通过折减材料性能来模拟预震损的方法是合理的;改进的地震损伤模型能定量计算结构在各个循环阶段的损伤指数;外包钢加固型钢混凝土框架结构的方法能有效降低型钢混凝土框架结构地震损伤程度,与未加固的震损型钢混凝土框架结构相比,外包钢加固震损型钢混凝土框架结构的抗震性能明显增强。     

钢混凝土组合柱-钢梁结构中柱节点受力性能研究

在钢混凝土组合柱 (SRC)柱—钢梁中柱节点进行低周反复加载试验的基础上 ,同时用ANSYS三维有限元非线性分析软件进行计算机模拟 .分析了SRC柱—钢梁中柱节点的滞回特性 ;探讨考虑混凝土、型钢腹板、箍筋共同贡献的SRC柱—钢梁节点极限抗剪承载力计算公式 .     

基于离散单元法的杆段纤维模型研究

目的为使离散单元法能够适用于钢筋混凝土梁柱构件在往复荷载作用下的非线性分析.方法在离散单元法中杆段多弹簧模型的基础上,提出了杆段纤维模型.该模型将梁柱构件划分为若干刚体单元,相邻单元间由多个混凝土与钢筋轴向纤维组成的纤维束连接.并建立单元位移与纤维变形、纤维内力与单元约束力之间的变换矩阵,以形成单元与纤维束的力-位移关系.混凝土与钢筋轴向纤维,分别采用相应材料的单轴应力-应变本构模型.并开发了基于杆段纤维模型的钢筋混凝土结构非线性分析程序DEM-COLLAPSE.对钢筋混凝土柱进行算例分析,并与有限元分析结果进行对比.结果实现了将杆段纤维模型用于低周往复荷载作用下钢筋混凝土柱的非线性性能模拟.杆段纤维模型的计算结果与有限元模拟结果及试验结果均较为吻合.杆段纤维模型中纤维数量对计算结果影响较小,截面纤维束划分方式取5×5或7×7较为合理.结论笔者提出的杆段纤维模型使得离散单元法能够模拟钢筋混凝土梁柱构件在断裂破坏前的非线性性能,并具有与有限单元法相近的计算精度,拓展了离散单元法的应用范围与计算能力.     

基于ABAQUS的预制装配式框架结构新型梁柱节点研究

针对预制装配式框架结构,提出一种新型梁柱节点连接方式。采用非线性有限元分析软件ABAQUS建立现浇与新型梁柱节点对比模型,混凝土采用塑性损伤模型、钢筋采用双折线模型,通过混合位移加载方式模拟节点在低周反复荷载作用下的抗震性能。结果表明:新型梁柱节点与现浇节点具有相似耗能能力、破坏机理和破坏形态,且新型梁柱节点承载能力明显优于现浇节点。因此新型梁柱节点的抗震性能更优,可应用到预制装配式框架结构中。     

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。     

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.     

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.     

预应力SRC梁-CFT柱节点试验研究及非线性有限元分析

基于预应力型钢混凝土(SRC)梁-钢管混凝土(CFT)柱节点的低周反复荷载试验,采用通用有限元软件ABAQUS,建立了综合考虑材料非线性、几何非线性以及接触非线性的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对预应力SRC梁-CFT柱节点进行了参数分析,重点研究了轴压比、预应力、核心区混凝土的强度、核心区钢管壁厚等对节点受力性能的影响。结果表明,轴压比、核心区钢管的壁厚的影响较大。     

型钢混凝土支护桩的非线性有限元分析

利用Ansys有限元分析程序,对已有的型钢混凝土(SRC)支护桩的受力性能进行非线性数值模拟;介绍了SRC支护桩单元建模和分析的方法,考虑SRC支护桩截面混凝土的区域划分及相应的应力-应变本构关系;通过Ansys程序提取试件的P-△曲线,并与试验得出的P-△曲线进行对比分析,表明Ansys程序可以有效模拟SRC支护桩的整个受力和变形过程.     

型钢混凝土柱的ANSYS数值模拟技术

利用ANSYS有限元分析程序,对已有的型钢混凝土(SRC)试验柱的受力性能进行非线性数值模拟.介绍SRC柱单元建模和分析的方法,重点考虑SRC柱截面混凝土的区域划分及相应的应力-应变本构关系.通过对ANSYS的骨架曲线的讨论和分析,最终形成考虑不同混凝土约束区域的SRC柱数值模拟技术.采用提出的模型分析不同轴压比试件的P-Δ曲线,结果表明,除轴压比较大试件的分析结果与试验结果存在较大差异外,其他试件的P-Δ曲线与试验骨架曲线均吻合良好.     

基于梁柱单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤分析

Faria-Oliver模型是一个简单而有效的混凝土损伤模型.基于Faria-Oliver模型提出了混凝土单轴损伤模型,且加以修正以更好地模拟混凝土单边效应;在ABAQUS软件平台上,编制了含有钢筋修正Menegotto-Pinto模型和混凝土单轴修正Faria-Oliver损伤模型的用户材料子程序VUMAT,建立了纤维模型等效模拟方法;分别模拟了一钢筋混凝土桥墩试件的循环加载试验和一钢筋混凝土桥墩试件的振动台试验,模拟结果与试验结果基本吻合.研究表明:本文所给出的单轴本构模型及纤维模型等效模拟方法有效、适用;基于梁柱单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤分析不仅计算效率高而且提供了地震损伤演化过程信息,具有较强的工程实用性.     

纤维布加固高轴压混凝土柱抗震性能

设计了 3个高轴压混凝土柱试件 ,其中 1个为对比试件 ,2个为采用了不同包裹形式的纤维布加固试件 ;在低周反复荷载作用下 ,通过对试验现象和测试数据详细的描述与对比分析 ,研究了纤维布加固法对高轴压混凝土柱抗震性能的改善情况 ;利用通用有限元计算程序 ,对低周反复试验进行了全过程仿真模拟 .研究表明 ,适宜的纤维布加固方式 ,可以大幅度提高高轴压混凝土柱的抗震性能 ,同时利用考虑纤维布约束混凝土本构关系的有限元计算方法能够较为准确地模拟纤维布加固高轴压混凝土柱的非线性性能 .     

桥梁高桩承台基础抗震性能研究

文章通过3个钢筋混凝土群桩试件在低周反复荷载作用下的受力性能试验研究,讨论了群桩基础破坏形态及滞回特征,解释了其破坏机理,分析了土体参数、密实度及桩身自由段长度等对其延性的影响。结果表明,极限状态时,群桩结构受力模式会由地基梁模型转变为悬臂柱模型;减小自由长度和提高土体含水率都会增加其抗震性能。在OpenSees有限元框架中建立了群桩基础有限元模型,使用弹塑性纤维梁柱单元模拟桩体,采用非线性p-y单元模拟桩土相互作用;对模型进行了单调Pushover分析,并且对分析结果与试验结果进行了比较,结果表明该模型能很好地模拟试验数据。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点地震损伤演化过程分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点在地震作用下的损伤演化过程,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点的抗震性能试验,运用有限元分析软件ABAQUS对梁柱节点进行了数值分析,并选取了适用于此类异型节点的双参数地震损伤模型.通过有限元结果和损伤模型分析了不等高钢梁框架节点在低周反复荷载作用下的损伤发展过程.结果表明:所选取的损伤模型能更好地反映节点从"基本完好"到"完全破坏"的损伤演化规律,且能够定量确定节点不同破坏程度的损伤限值;节点的地震损伤主要集中在高梁上下翼缘螺栓连接处,并随着加载循环次数的增加,损伤累积不断加大,最终破坏模式为高梁端塑性铰破坏.研究结论为该类节点基于损伤的抗震设计方法以及地震损伤评估提供了理论依据.     

有粘结和无粘结预应力型钢混凝土框架竖向抗震性能研究

为了研究预应力型钢混凝土(PSRC)结构在竖向地震作用下的抗震性能,完成了在梁中设置有粘结和无粘结预应力筋的两榀预应力型钢混凝土框架在竖向低周反复荷载作用下的试验研究,并采用ABAQUS有限元模型对试验曲线进行数值模拟。试验所得滞回曲线基本继承了型钢混凝土结构滞回曲线饱满的特点,并且有着预应力混凝土结构滞回曲线的捏拢效应。研究结果表明该结构形式具有较高的承载能力,优异的抗裂性能及裂缝闭合能力,以及较好的耗能能力和变形延性。ABAQUS计算所得滞回曲线与试验结果符合程度较好,模拟得到了滞回曲线的捏拢效应以及荷载下降段,说明了计算模型的可靠性,特别是所采用的损伤因子计算方法的可行性。     

基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.