基于RSAPS平台的钢筋混凝土墩柱损伤分析

基于结构精细化模拟分析平台RSAPS,开发了柔度法纤维梁柱单元模型,并将混凝土单轴损伤本构模型开发到RSAPS材料库中,同时通过引入截面单元模型,结合钢筋应力-滑移关系模型并考虑钢筋黏结滑移效应,建立了钢筋混凝土墩柱构件的损伤分析方法.应用RSAPS平台分别对钢筋混凝土柱的拟静力试验和桥墩的振动台试验进行模拟分析.结果表明,RSAPS平台可有效模拟钢筋混凝土构件损伤演化过程,描述构件的薄弱部位,且具有较高计算效率,从而为桥梁结构地震灾变过程模拟提供了实用的分析手段.     

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.     

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。     

考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震分析模型

基于OpenSees数值分析平台的纤维梁柱、剪切弹簧和转动弹簧单元,建立了考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震数值分析模型.其中纤维梁柱单元模拟桥墩、盖梁弯曲变形,剪切弹簧单元模拟桥墩剪切变形,转动弹簧单元模拟纵筋拔出变形.基于圆形截面桥墩抗震试验结果,并结合数值分析手段建立了桥墩剪切破坏时塑性铰区转角计算公式.并以此公式为基础,监测数值模型中桥墩剪切破坏,剪切破坏前桥墩以弯曲反应为主,剪切破坏后桥墩侧向强度和刚度发生显著退化.最后以3座实际不规则桥梁排架为工程背景,进行了排架横桥向地震作用下的滞回性能分析.研究表明,所建立的抗震分析模型可有效模拟由于桥墩剪切破坏造成的强度和刚度退化,为不规则桥梁结构抗震性能分析提供了依据.     

考虑各向同性塑性损伤的钢结构塑性区分析方法

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,以构件拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下平衡微分方程的解作为形函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵;基于结构钢各向同性塑性累积损伤的本构关系,以及能反映Baus-chinger效应和屈服面扩张的Zeigler混合强化模型、Von Mises屈服准则、相关流动法则,推导了考虑材料损伤和混合强化本构关系的弹塑性刚度矩阵.算例证明文中的方法可以达到较高的精度,从而为进行空间钢框架结构考虑损伤的高等分析提供了依据.     

纤维模型在平面框架非线性静力分析中的应用

为准确描述钢筋混凝土结构局部的受力情况,通常需要采用微观模型来进行非线性有限元分析.将梁柱单元建立在弹塑性纤维模型的基础上,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了金过程非线性静力分析.在框架结构与梁柱单元之间用刚度法,组装杆件刚度得到结构刚度;杆件与杆件内部积分点处的横截面之间采用柔度法,基于杆端力和截面力的平衡获得杆件刚度;每个横截面通过平截面假定协调纤维变形,同时考虑了几何非线性,由纤维的刚度得到截面刚度.为追踪非线性反应的软化段,求解时选取柱面弧长法.同时选取实例分别进行单向推覆和低周反复加载试验的程序模拟,得到了较好的效果,并提出进一步优化改进的建议.     

非均匀受压下的箍筋约束混凝土本构模型

以Mander提出的箍筋约束混凝土模型为基础,考虑构件非均匀受压下截面应变梯度对箍筋约束效应的影响,引入偏心率系数反映非均匀受压下偏心率对箍筋有效约束力的影响,建立了一类新的箍筋约束混凝土模型.将这一模型与柔度法纤维梁柱单元相结合,实现了在计算过程中动态更新构件不同位置、不同受力状态下的截面偏心率以及相应的约束混凝土应力-应变关系.对钢筋混凝土柱的分析结果表明建立的模型物理意义明确、计算精度较高.     

钢混凝土组合结构的非线性有限元分析

提出了一种基于构件截面分层研究的钢混凝土组合梁柱单元，由于它较准确地考虑了混凝土开裂软化以及钢的应变硬化等材料非线性的影响，同时也考虑了构件各截面的中和轴变化且单元在变形过程中保持了轴向力的平衡，避免了常用梁柱单元受等轴向应变假定的限制，因而放宽了单元划分的要求．该方法简单有效，易于在计算机上实现，适合于对具有组合构件的结构作整体的极限状态分析．     

考虑剪切变形的RC结构梁柱单元模型

基于纤维模型有限单元柔度法,考虑轴向、弯曲和剪切效应,对钢筋混凝土结构承受单调荷载作用进行非线性分析.应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元弹塑性刚度的影响,建立能够考虑梁柱非线性剪切变形的纤维单元在复杂加载历史中的切线刚度矩阵.在所建立的截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,而剪切和弯曲力在单元层面耦合,且在梁单元上满足力的平衡关系.将计算结果和钢筋混凝土柱的加载试验结果相比较,验证了模型的有效性.     

基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟.首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力...     

考虑剪切变形的RC薄壁空心墩滞回分析模型

建立了考虑弹塑性剪切变形的钢筋混凝土薄壁空心墩抗震滞回分析模型,模型中以修正的压力场理论(modified compression field theory,MCFT)计算空心墩的剪切变形,并通过Ozcebe建议的滞回规则描述剪切滞回关系,以纤维单元模型模拟空心墩的弯曲变形,两者通过串联模型共同模拟试件在地震条件下的弯剪作用．〖JP2〗利用建立的数值模型对1个矩形和3个圆形薄壁空心墩试件的滞回曲线进行了模拟分析．结果表明,不考虑剪切变形的纤维单元模型模拟的滞回曲线与试验结果有较大的误差,〖JP〗难以准确模拟滞回曲线的捏拢效应和耗能能力,并可能高估薄壁墩的刚度和残余位移,而建议的模型很好地模拟了薄壁墩的滞回性能．     

地震作用下钢筋混凝土桥墩有效截面抗弯刚度

为了实现常规桥梁的基于位移的简化抗震设计,有必要简化钢筋混凝土(RC)桥墩有效截面抗弯刚度的计算.将RC桥墩有效截面抗弯刚度与毛截面抗弯刚度的比值定义为有效截面抗弯刚度修正系数Reff,采用纤维单元程序UCFyber对我国常用的矩形、圆形以及矩形带倒角等截面形式的RC桥墩的Reff进行了模拟计算,曲线拟合得到Reff的简化计算公式,最后采用Opensees程序分析了多个RC桥墩的地震位移反应,对Reff简化计算公式的精度进行了检验,并确定了其应用范围.结果表明:RC桥墩的有效截面抗弯刚度修正系数Reff主要与截面轴压比和截面纵筋配筋率有关,受其他因素的影响较小;截面轴压比和截面纵筋配筋率越大,Reff越大;对于高宽比大于3.0的相对细长RC桥墩,采用Reff简化计算公式对应的RC桥墩有效截面抗弯刚度,能够获得合理的地震位移反应.     

东海大桥预应力混凝土桥墩抗震性能分析

建立了可以在循环荷载作用下考虑有、无粘结预应力筋影响的纤维模型分析方法并进行了验证.采用该方法建立了东海大桥引桥桥墩的分析模型.发现东海大桥引桥桥墩中采用的有粘结预应力筋对初始侧向抗弯刚度有影响,对侧向承载能力几乎没有影响,并且该种类型桥墩残余位移较大.为了改善桥墩震后残余位移,针对桥墩特点比较了几种预应力筋布置方式,证明在箱形墩的截面中心布置无粘结预应力钢铰线既可以满足正常使用阶段性能,又能提高桥墩的抗震性能.但是预应力的施加水平、预应力筋含量等关键参数的取值,需要进一步研究确定.     

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。     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。     

钢纤维水泥砂浆加固钢筋混凝土足尺梁抗弯性能

为了使钢纤维水泥砂浆这种新的加固材料能早日在土木工程领域得到应用,对采用此材料加固的梁的抗弯性能进行了试验研究.试验包括1根对比梁和6根用钢纤维水泥砂浆钢筋网加固的试验梁,试验梁采用三面U形加固形式,量测主要项目为试验梁裂缝分布形态,荷载-挠度曲线,钢筋、混凝土及加固砂浆的应变发展规律等.通过改变加固梁的加固配筋率和受力形态,研究了这种加固技术对钢筋混凝土梁的承载力、破坏形态、截面刚度及裂缝分布等的影响.试验结果表明:采用钢纤维水泥砂浆对足尺钢筋混凝土梁进行抗弯加固,能较大幅度地提高钢筋混凝土梁正截面承载力和刚度;钢纤维水泥砂浆中的钢纤维能有效地抑制裂缝的产生,使试件具有良好的抗裂性能.     

考虑节点非弹性变形的RC框架地震反应分析

钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明节点内纵筋滑移和节点剪切变形对组合体的抗震性能有明显影响,但框架的非弹性地震反应分析一般忽略了节点非弹性变形的影响.为了模拟节点区非弹性变形的影响,在纤维模型基础上采用在梁端附加零长度截面单元的方法,并通过σ-s本构模型考虑节点内梁纵筋粘结滑移,以及通过σ-sslip-shear本构模型同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形.考察了典型平面框架在罕遇地震下的非线性反应,对比分析了节点非弹性变形对框架整体和局部反应的影响.结果表明,考虑节点非弹性变形之后结构的最大顶点位移、最大层间位移角将增大或仅略有变化,梁端、柱端塑性铰数量将减少,梁、柱的转角延性需求总体而言将减小;地震作用下框架节点距离剪切失效尚有一定安全储备.框架地震反应大时忽略节点非弹性变形将导致明显误差,地震反应较小时可采用不考虑节点非弹性变形的常规有限元分析模型.     

高速铁路桥梁圆端形墩地震反应数值分析

以高速铁路简支桥梁圆端型实体墩为工程背景,建立了2种有限元模型计算桥墩的弹塑性地震反应,一种是包括桥墩的杆系单元全桥体系模型,可以考虑列车荷载的影响;另一种是单墩实体模型,用以分析桥墩的地震响应;基于2种有限元模型和弯矩-曲率关系程序,分别计算了不同车速、墩高、地震作用组合和有车/无车等工况下桥墩的弹塑性地震响应.计算结果表明,随着地震强度的增加,桥墩的地震响应呈上升趋势,车速、墩高的增加对桥墩地震响应的影响不呈线性增长关系,地震频谱特性对桥墩地震反应影响较大;罕遇地震作用下墩底进入弹塑性状态,给出了适合低配筋率桥墩塑性铰区箍筋加密长度简化计算公式.     

预应力混凝土连续弯梁桥墩顶开裂分析

为研究预应力连续弯梁桥墩顶开裂或主梁侧倾的原因,将预应力钢束对混凝土梁的作用简化为等效荷载,用三维梁单元对预应力张拉施工过程进行了有限元模拟.对采用墩梁固结的预应力弯梁桥进行计算的结果表明,张拉时所引起的独柱墩顶弯矩的方向和自重引起的弯矩方向相同,并大一个数量级,此二者共同作用是造成预应力混凝土连续弯梁桥墩顶开裂或主梁侧倾事故的原因.并通过对比计算,提出了预防墩顶开裂的建议.     

压弯钢筋混凝土柱正截面极限承载力的预测 --基于BP神经网络技术

提出双向压弯钢筋混凝土柱正截面极限承载力的预测模型．以影响钢筋混凝土柱正截面极限承载力的主要因素（如：截面尺寸、混凝土强度、加载角度及配筋率等）为参数。用数值模拟结果为训练样本,建立了柱正截面极限承载力的BP神经网络预测模型。经验证。该模型对双向压弯钢筋混凝土柱正截面极限承载力具有良好的预测效果。