基于OpenSEES的剪力墙低周往复荷载试验的数值分析

框支剪力墙结构的广州花园酒店,原结构及改造后结构均不满足我国现行规范的抗震构造要求,为了了解改造前后结构的剪力墙抗震性能,本文作者对不同配筋与构造的剪力墙进行了低周往复荷试验,同时采用多竖向弹簧单元（MVLEM）,通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,通过SWNA对剪力墙结构进行低周往复试验数值模拟,结果表明该数值方法能够较很好地从宏观上模拟剪力墙弹塑性行为,包括中和轴移动,剪切变形影响、局部塑性状态及破坏机制等。MVLEM单元可以通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,节省大量计算时间,适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定。 关键词:剪力墙 低周往复荷载试验 OpenSEES MVLEM 弹塑性分析     

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。     

钢筋混凝土无洞叠合剪力墙低周反复荷载试验

研究钢筋混凝土无洞叠合剪力墙的抗震性能。对4片钢筋混凝土无洞叠合剪力墙和2片钢筋混凝土普通剪力墙分别进行了低周反复荷载试验,对比研究试件的受力全过程、开裂部位、裂缝发展情况以及破坏形态,分析试件的承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等抗震性能。研究表明:钢筋混凝土叠合剪力墙的受力性能与钢筋混凝土普通剪力墙类似,具有较好的抗震性能,剪式支架能使钢筋混凝土叠合剪力墙的预制部分与现浇混凝土形成整体,共同工作,承受外部荷载。     

钢筋混凝土异型剪力墙高层结构抗震性能试验及理论分析研究

在结构概念设计和错列剪力墙结构的基础上,提出一种新型钢筋混凝土异型剪力墙高层结构,制作了异型剪力墙试验模型,用MTS电液伺服系统对模型进行了低周反复加载抗震试验;考虑混凝土结构的非线性,对这种新型异型剪力墙进行了有限元分析,并与试验结果进行了比较研究;计算与试验结果符合较好,表明这新型异型剪力墙建筑结构同时具有建筑功能好、使用空间大、整体抗侧刚度大、延性保持良好、抗震安全度高等优点,是一种结构性能、建筑性能、经济技术优良的新型剪力墙结构.     

带SRC边框低剪力墙的抗震性能试验研究

根据5片带SRC边框、1片带RC边框低剪力墙试件在恒定竖向荷载和低周反复水平荷载下的试验,对带SRC边框低剪力墙的抗震性能进行了初步研究.探讨了带SRC边框低剪力墙的破坏形态、变形能力、耗能性能,提出了其抗剪承载力的计算公式.     

带可更换墙脚构件剪力墙的低周反复加载试验

为研究一种新型的带可更换墙脚构件的剪力墙的抗震性能,完成一组5片试件并进行低周反复加载试验研究。从试件的试验现象、抗侧承载力、变形能力、阻尼变化等方面分析对比普通剪力墙和新型剪力墙的抗震性能上的差别,并研究轴压比和高宽比对于新型剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明:新型剪力墙比普通剪力墙水平承载力略降低,变形能力是普通剪力墙的2倍;新型剪力墙的耗能能力在屈服点时明显比普通墙高,加载后期耗能能力取决于可更换构件本身的变形能力;新型剪力墙的轴压比越大,水平承载力越大,骨架曲线上各关键点的位移出现的越早,平均耗能能力越强。同时,高宽比大的新型剪力墙,其水平承载力较低,变形能力更好,平均耗能能力较强。     

新型低剪力墙非线性有限元分析与试验研究

针对传统低剪力墙延性的不足,提出了一种改进方案.为了准确把握新型配筋方案的优势,共完成了两片低剪力墙的低周反复加载试验,考察了它们在往复荷载作用下的极限承载力性能、滞回特性、延性以及破坏特征等.以试验研究为基础,采用ABAQUS有限元分析软件,对比分析了4种不同配筋形式低剪力墙的非线性性能,并对新型低剪力墙竖缝的开设位置进行了研究.试验结果与有限元分析表明：设置钢筋暗支撑、开缝及设置钢板的方式均可改善传统低剪力墙的延性及变形性能;与带暗支撑低剪力墙相比,新型低剪力墙的变形能力及耗能能力提高显著,抗震性能更好,且具有明显的多道抗震防线.     

装配式混凝土双板剪力墙低周反复荷载试验

为了研究装配式混凝土双板(DWPC)剪力墙的抗震性能,在轴压比为0.1的条件下,对3组具有不同剪跨比和边缘构件配筋率的6个DWPC剪力墙和3个现浇剪力墙的足尺比例试件进行低周反复荷载试验.结果表明,DWPC剪力墙具有良好的整体工作性能;在边缘构件上设置连续复合螺旋箍能改善DWPC剪力墙的承载力、刚度及耗能能力,减缓其刚度退化;随着边缘构件配筋率的增加,DWPC剪力墙的承载力和刚度增大;经过构造改进的DWPC剪力墙具有良好的弹塑性变形能力和耗能能力;DWPC剪力墙的等效黏滞阻尼系数在试件屈服前与现浇剪力墙相近,在屈服后略低于现浇试件;DWPC剪力墙剪跨比越大,其耗能能力越接近同类现浇试件.     

新型钢框架焊接节点抗震性能试验与数值分析

为提高钢框架焊接节点的抗震性能,提出一种盖板加强与腹板开孔削弱并用的新型节点构造形式. 对4个不同构造形式的钢框架焊接节点试件（标准型、盖板加强型、腹板开孔削弱型、新型）进行了低周往复加载试验及有限元分析,对比研究了梁端局部构造形式对钢框架节点破坏模式、滞回性能、承载力、刚度退化、延性及耗能能力的影响. 结果表明：相比标准节点,采取局部构造措施的节点均实现了塑性铰外移,使得破坏模式由梁柱连接焊缝处脆性破坏转换为梁局部塑性破坏;塑性变形能力及耗能能力显著提高;塑性应变累积加剧板件局部屈曲,造成强度、刚度逐步退化,抗震性能更优越. 新型节点在承载力、刚度基本不变的前提下,延性及耗能能力分别增加了20.0%、27.9%,验证了该类节点的可行性. 文中建立的基于应力三轴度损伤准则的有限元模型可有效预测各类型钢框架焊接节点在循环荷载作用下的受力性能.     

基于OpenSEES的钢管混凝土组合柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下钢管混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件OpenSEES对其进行数值模拟.研究结果表明:OpenSEES可以很好地模拟钢管混凝土组合柱在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,模拟的峰值承载力和试验结果吻合良好,误差小于10％.滞回曲线形状基本一致,能反映组合柱试件在反复加载过程中的刚度及强度的退化现象.     

爆炸载荷下砌体墙破坏过程模拟研究

为分析爆炸案件现场中砌体墙破坏的破坏过程及影响因素,采用AUTODYN程序对砌体墙在爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值模拟,得到了砌体墙表面的载荷分布以及爆炸破坏形成炸洞的变化规律.计算结果表明,砌体墙在爆炸载荷下会形成炸洞;药量越大,炸洞尺寸也增大,但随着药量的继续增加,炸洞尺寸增大的速度变慢.     

新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析

为增强装配式剪力墙的耗能能力,提高其施工效益,提出一种具有摩擦抗剪与耗能功能的新型装配式剪力墙结构,并进行了抗震性能试验. 为弥补试件数量不足以及精确确定最优起滑荷载的设计需求,结合新型装配式剪力墙抗震性能试验结果,探讨相应高精度有限元模型建立方法,并进行多参数结构抗震性能影响分析. 最后,基于有限元分析结果和新型装配式剪力墙工作原理,确定最优起滑荷载. 研究结果表明：所提出的新型装配式剪力墙具有良好的滞回耗能能力;螺栓预紧力、钢材摩擦因数、螺栓总距等对结构抗震性能影响显著,应作为相应结构设计的主要参数,竖向荷载、钢板厚度、钢材弹性模量影响较小,可以忽略不计;当起滑荷载设定为墙体屈服荷载时,结构模型耗能达到峰值,同时耗能系数开始明显降低,因而将结构的最优起滑荷载确定为屈服荷载.     

基于OpenSEES的复杂子结构拟动力试验方法研究

以OpenSEES为核心计算平台,针对框架结构体系取复杂子结构的拟动力试验方法开展研究。探讨了取局部结构体系为试验子结构时的边界条件模拟方法,解决了数值子结构因形成几何可变体系而无法在OpenSEES中求解的问题。通过一榀十二层五跨防屈曲支撑钢框架结构和一榀八层三跨钢筋混凝土框架结构取一层一跨和一层三跨结构体系为试验子结构的拟动力试验,验证了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性。     

混凝土剪力墙受剪承载力可靠度分析

针对我国规范未对剪力墙受剪承载力可靠指标进行校准,本文研究钢筋混凝土剪力墙受剪承载力的可靠度水平.根据剪力墙抗剪公式所依据的试验及试件情况,收集并筛选截面型式、混凝土类型、配筋型式、破坏形态等方面与其一致的74片剪力墙试验数据,对试件承载力的试验值与规范公式计算值进行分析,得出剪力墙受剪承载力计算模式不定性统计参数,进而得出抗力统计参数和概率分布类型;采用考虑基本变量概率分布类型的验算点法进行可靠指标计算.结果表明:现行规范剪力墙受剪承载力可靠指标低于目标可靠指标3.7的要求,其中荷载效应比、剪跨比、轴向压力、配筋率、混凝土强度等级对可靠指标影响较小,风荷载与永久荷载效应比对可靠指标影响较大,分布钢筋采用HPB300时的可靠指标在同等条件下较小.为保证剪力墙受剪承载力可靠指标满足目标可靠指标要求,引入承载力调整系数0.95对现行计算公式进行修正,修正后计算公式的可靠指标均值为3.738.     

扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的弹塑性有限元数值分析

针对均质软黏土地基上扭剪荷载作用下桶形基础的破坏包络面,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析.通过比较系统的数值计算与分析,分别考察了V-T、H-T、V-H-T空间内桶形基础的地基破坏模式以及破坏包络面特性,进而推导了其破坏包络面的拟合数学表达式.由此表明:(1)桶形基础在扭剪荷载作用下,以桶体中心为圆心,形成圆形塑性区,并且不断地向外扩展,距离桶体越近的区域塑性应变相对较为显著;(2)V-T、H-T空间内桶形基础的承载力性能随着桶体长径比(L/D)的增大而提高;(3)推导的破坏包络面拟合数学表达形式,可以近似地表达桶形基础的承载性能,以此评价扭剪荷载作用下桶形基础的稳定性.     

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

基于循环软化膜理论的钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析

钢筋混凝土剪力墙及组合剪力墙是高层结构抗震的主要抗侧力构件之一.如何有效地模拟剪力墙构件在地震作用下的滞回性能,是高层结构抗震性能评估的关键问题之一.针对剪力墙构件弹塑性行为的特点,目前已经发展了多种微观和宏观分析模型.介绍了循环软化膜理论,基于该理论并利用OpenSees程序提出了不同类型剪力墙构件的建模方法,对11片不同破坏模式和不同配钢形式的剪力墙试件进行了低周反复加载数值模拟.计算结果表明,该分析方法不但能够很好地模拟不同类型剪力墙的整体滞回性能,而且可以预测局部材料应变信息,可为高层建筑结构抗震性能评估提供参考.