带填充墙框架的精细化有限元模拟与分析

研究钢筋混凝土框架结构内部填充墙对框架的抗侧刚度、承载力及变形能力的影响。采用混凝土塑性损伤模型及黏性接触面单元模拟填充墙砌块及砂浆,对框架填充墙砌体进行了精细化建模,并模拟框架的面内水平位移加载,得到填充墙砌体在不同加载阶段的裂缝开展形态及外框架结构的损伤情况。将数值模拟结果与试验值进行了对比,为带填充墙框架的有限元精细化模拟及分析提出了一种可行的方法。     

基于OpenSees的填充墙RC框架结构数值模型

基于Open Sees软件建立填充墙RC框架结构数值模型,钢筋混凝土梁柱单元采用集中塑性单元,其中梁柱中部采用弹性梁柱单元,梁柱端部采用零长度弹簧单元来模拟塑性铰,采用改进的Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟塑性铰的非线性,采用两对等效角撑模型(仅受压)模拟填充墙,采用Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟填充墙的非线性,建立了填充墙RC框架结构的非线性数值模型,与单层单跨填充墙RC框架试件的低周反复加载试验结果进行对比分析,验证了建立的填充墙RC框架结构数值模型的正确性,为建立填充墙RC框架结构的抗地震倒塌能力评估研究奠定基础。     

填充墙钢筋混凝土框架结构简化分析模型及抗震性能系数研究

对结构进行动力和静力分析时,构件单元和模型的准确性将直接影响到分析结果。为在建立填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架简化模型时选择合适的单轴材料与简化模型,使用OpenSees基于3种单轴材料与4种填充墙简化模型结合填充墙RC框架试验对模型的准确性与适用性进行了对比分析。根据对比结果建立填充墙RC框架结构模型,采用Pushover方法对结构进行了整体抗震性能系数的分析。结果表明：Hysteretic材料可以准确地模拟滞回曲线的形状及峰值承载力;单撑杆模型对填充墙的峰值承载力、割线刚度、残余变形模拟较准确;五撑杆模型对填充墙的峰值承载力与初始刚度模拟较准确;满布布置的填充墙可增大RC框架结构的整体抗震性能系数,底层不布置填充墙会明显导致结构整体抗震性能系数的降低。因此,仅研究填充墙平面内问题时选用单撑杆模型即可,在设计时要考虑填充墙的布置,避免出现底部薄弱层而影响整个结构的安全。     

填充墙对钢框架体系受力影响分析

目的研究不同材料填充墙以及填充墙厚度和填充率对高层钢结构自振周期的影响,找出较合理的高层钢结构填充墙布置方式.方法以实际工程为背景,利用Midas-Gen有限元分析软件建立带有砌体填充墙的高层钢结构住宅整楼模型,模拟在实际的受力过程中,砌体填充墙与钢框架之间的共同作用,考虑各类砌体填充墙对钢框架的抗侧力贡献.结果得到了不同材料填充墙的高层钢结构的自振周期,厚度为100 mm填充墙框架与纯框架周期比平均值为0.52,厚度为200 mm填充墙框架与纯框架周期比平均值为0.47;找到了影响填充墙高层钢框架结构刚度的影响因素,并通过数值分析得到相关影响规律.结论对于高层钢框架结构通过合理的填充墙布置可以有效增加结构的侧移刚度,在满足变形要求的前提下提高高层钢结构房屋的舒适度.     

型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作机制研究

为探究在水平地震作用下型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作的机制,进行了1榀型钢再生混凝土框架与1榀型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙试件的拟静力试验.通过分析其试验现象、破坏机理、滞回曲线及骨架曲线,表明砌体墙在框架的约束下能显著提高结构刚度和承载能力.采用非线性有限元软件Perform-3D对试件进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,得到了结构协同工作时框架与墙体各自的受力状态.在此基础上对该结构进行参数分析,研究了轴压比、宽高比、配钢率和砌体墙厚度4个参数对型钢再生混凝土框架-砌体墙混合结构协同工作的影响.结果表明:随着轴压比的增加,框架-砌体墙承载力先升高后降低;随宽高比的增大,框架-砌体墙承载力显著提高;增大配钢率,框架的承载能力有所增强;随砌体墙厚度的增大,砌体墙部分的承载力和刚度显著增大,但框架部分的荷载-位移曲线变化很小.     

基于弧长法的预应力框架结构非线性分析

根据后张有粘结预应力混凝土框架结构的受力特点，编制了适用于预应力建立和施加外荷载两个阶段的静力杆件非线性有限元分析程序．该程序直接从材料的应力一应变关系出发，考虑了混凝土的受拉硬化和受压软化，采用截面分层杆系有限元模型和弧长法，在刚度矩阵中同时考虑了材料非线性和几何非线性．经与两榀预应力混凝土框架试验结果校核，程序模拟精度较好，可用于后张有粘结预应力混凝土框架结构的计算与分析．     

框架填充墙结构基于性能的抗震评估

在现有研究基础上,经统计分析提出了框架与填充墙各自的性能水平划分及其层间位移角限值.建立了框架填充墙非线性有限元模型.对6、9和12层三个典型框架填充墙结构进行小震、中震和大震下的静力弹塑性分析,得出框架填充墙结构在不同水平地震作用下层间位移角分布.依据抗震性能指标,分析和评估了填充墙框架结构的抗震性能,指出目前规范的不足.根据计算结果,给出了用于评估结构性能的图表.     

柔性连接填充墙框架结构抗震性能试验

通过5榀空心砌块砌体填充墙框架结构低周反复荷载试验,系统研究了填充墙-框架柔性连接和刚性连接、全墙填充和半墙填充框架结构的破坏机理和抗震性能,进行了结构滞回特性、承载力、位移延性、刚度退化、强度衰减、耗能能力及变形性能指标分析.结果表明,柔性连接方案对结构承载力的提高低于刚性连接方案,但其他性能指标均优于刚性连接方案,说明柔性连接方案减小了墙-框相互作用,有效改善了填充墙框架结构的抗震性能.     

非延性框架结构多尺度建模与抗震性能分析

为了研究非延性框架结构的抗震性能并开发有效的仿真分析方法,采用有限元软件ABAQUS建立了非延性框架结构的多尺度模型,对其滞回曲线、骨架曲线和中节点的损伤情况进行了分析,并将其与一榀非延性框架试验结果进行了比较、验证,在此基础上建立了非延性框架结构的多尺度建模方法,并用建立的模型与其它分析模型进行了性能比较,最后对影响框架结构抗震性能的因素进行了讨论.结果表明:非延性框架多尺度模型在保证一定计算效率的同时可更为逼真地模拟复杂受力结构的边界状况及其在整体结构响应中的性能.这表明多尺度建模方法能够在计算精度和计算效率之间寻找到一个平衡点,为今后相关研究提供技术支持和参考.     

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.     

带砌体填充墙的钢筋混凝土框架受力性能分析

将框架高与宽的比值及梁与柱惯性矩的比值作为试验参数 ,测试了 2 1个有砖填充墙的一层一跨钢筋混凝土框架在平面内的对角荷载作用下的受力性能 ,同时测试了 3个相似的试件在水平荷载作用下的性能 .试验结果表明 ,有填充墙的钢筋混凝土框架受力性能具有 3个明显阶段 :从加载到混凝土开裂的线性阶段 ;开裂后阶段及极限破坏阶段 .根据分析试验结果 ,建立了分析模型 ,并提供了开裂、极限荷载的计算公式     

动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

国内外大型的有限元软件有许多,就动力非线性分析而言,大型通用有限元软件ANSYS有明显的优势.以Suidan和Schnobrich[1]的试验为比照,利用大型通用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中,混凝土采用ANSYS软件中特有的SOLID65单元类型及其对应的材料模型CONCRETE,钢筋采用LINK8杆单元和随动硬化双线性弹塑性(Kinematic Hardening Bilinear Plasticity)模型来实现.计算结果与Suidan和Schnobrich预示的响应十分吻合,并较好地模拟了梁的压碎和开裂过程.验证了该数值模拟方法以及有限元计算模型的正确性,为动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析提供了一有效方法.     

FRP筋混凝土双向板的非线性分析程序设计

采用三维二十节点等参单元,整体式有限元模型（将FRP筋分布到混凝土单元中）,对集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板的开裂及极限冲切承载力进行了非线性数值分析．混凝土材料的本构关系采用非线性弹性理论中的全量E-v型,破坏准则选取改进的Ottosen四参数公式,裂缝模型选取弥散裂缝模型．经过以上处理,编制了有限元分析程序．程序计算结果与实验数据的比较表明：计算结果与试验值符合良好,分析过程合理,选用合理的材料本构模型、破坏准则和裂缝模型,利用本文程序可以较好地模拟FRP筋混凝土双向板的试验过程．     

钢筋混凝土框架柱的三维有限元模拟分析

通过ANSYS软件模拟了单调荷载作用下钢筋混凝土试验框架柱的荷载—位移曲线,并与相应的试验结果进行比较分析.在有限元模拟试验框架柱的基础上,用ANSYS软件模拟了未做过试验的不同轴压比下的框架柱荷载—位移曲线.最后,根据ANSYS模拟的普通混凝土和高强混凝土框架柱的单调荷载—位移曲线,分析和讨论了箍筋形式、混凝土强度及截面形式等因素对轴压比限值的影响,从而确定出各种情况下的轴压比限值.     

复合主拱圈弹塑性本构关系等效方法

 基于原拱圈和加固层共同工作、协调变形原理，以复合主拱圈加固圬工拱桥的拱段为研究对象，推导出适合有限元分析的混凝土与砌体理想弹塑性本构关系。对加固后的拱段应用推导的本构关系，采用有限元软件ANSYS建立了数值分析模型，并对该本构关系进行实验校核。结果表明，采用混凝土与砌体理想弹塑性本构关系，有限元数值和实测数值非常接近，有限元极限承载力数值比实测极限承载力数值小6.8%～9.2%；建立的混凝土和砌体的理想弹塑性本构关系在复合主拱圈加固圬工拱桥时可靠性较高，可供同类桥梁结构分析应用。     

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。     

斜向水平荷载作用下钢筋混凝土柱受剪承载力有限元分析

为研究钢筋混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力和破坏机理,采用混凝土三维亚弹性正交各向异性本构关系模型(既适用于比例加载又适用于非比例加载)和旋转型弥散裂缝法(旋转裂缝垂直于主拉应变方向),应用非线性有限元法进行分析,并与试验值进行了比较.结果表明:计算值与试验结果吻合较好;斜向水平荷载作用方向对矩形截面不等肢配箍钢筋混凝土框架柱受剪承载力的影响符合椭圆规律.     

高强钢筋混凝土框架柱斜向水平受力非线性有限元分析

为了能够准确地分析高强度钢筋混凝土框架柱在斜向水平受力条件下非线性特点,深入地研究了非线性有限元技术在其中的应用。首先,研究了高强度钢筋混凝土框架柱非线性有限元分析的基本理论。其次,分析高强度钢筋混凝土框架柱材料的本构关系模型,分别选择了混凝土和钢筋的本构关系的数学模型。最后,进行了高强度钢筋混凝土框架柱斜向受力的有限元分析。研究了加载角度和轴压比对框架柱载荷-位移曲线的影响规律,从而找出了框架柱斜向受力的破坏机理。     

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.