基于ABAQUS纤维梁的钢筋混凝土材料模型二次开发

目的研究ABAQUS纤维梁钢筋混凝土材料本构模型,以解决软件中缺乏可用的三维梁单元约束混凝土材料模型及软件自带金属塑性材料模型无法考虑加卸载过程中刚度退化等问题.方法采用FORTRAN语言,基于经典混凝土和钢筋单轴材料本构模型,开发用于显式模块的钢筋混凝土梁单元材料子程序.首先,通过对钢筋的变幅值拉伸试验和素混凝土柱往复拉、压过程的模拟对子程序的有效性进行了初步验证;其次,分别采用不同的材料本构模型对钢筋混凝土梁、柱拟静力试验进行数值仿真,验证子程序用于构件分析的准确性和有效性;最后,以一个12层方钢管混凝土平面框架结构为例,分别建立二维和三维有限元模型,并进行地震作用下动力弹塑性时程分析.结果钢筋混凝土梁、柱试验的数值模拟结果与试验结果吻合良好,对比误差均小于4%,对钢管混凝土平面框架结构弹塑性地震反应分析结果也较为理想.结论采用不同钢筋加载规则得到的构件荷载-位移骨架曲线大致相同,但滞回捏拢行为有显著改变.与ABAQUS自带材料本构模型相比,笔者所开发的材料子程序可以更好地反映循环荷载作用下钢筋混凝土构件及结构的力学特性,可用于构件及结构的非线性分析.     

混凝土随机损伤本构关系工程参数标定与应用

介绍了混凝土随机损伤本构关系.利用我国混凝土设计规范规定的混凝土本构关系,标定了混凝土随机损伤本构模型的基本参数.通过考虑钢筋与混凝土之间相互作用,对素混凝土随机损伤本构模型进行了合理修正,使之可以应用于钢筋混凝土结构分析.通过自主研发,将混凝土随机损伤模型嵌入到结构分析软件ABAQUS以及OpenSees之中,对不同类型的结构试验进行了模拟.结果表明:混凝土随机损伤本构模型可以理想地模拟混凝土结构和钢筋混凝土结构的受力力学行为,为工程结构的非线性分析提供有效的手段.     

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高强钢筋活性粉末混凝土剪力墙数值模拟

文章研究HRB600级钢筋与超高性能混凝土对提高剪力墙抗震性能的影响,提出一种配置HRB600钢筋的超高性能混凝土剪力墙结构体系;采用非线性有限元软件OpenSees及纤维单元法,通过该软件系统中Concrete04和Steel02本构模型建立钢筋混凝土剪力墙的结构模型,利用试验结果验证其适用性;对3种配置HRB600钢筋的活性粉末混凝土剪力墙模型结构进行抗震性能分析,并对不同轴压比作用下的高强钢筋超高性能混凝土剪力墙试件进行抗震分析对比。结果表明：配置HRB600钢筋可以有效提高剪力墙的承载能力,使其在地震作用下的耗能能力明显增强,墙面分布筋、暗柱纵筋采用HRB600钢筋相比于普通钢筋对剪力墙的延性系数分别提升4.52%、14.50%;随轴压比增大,剪力墙的承载力也有较大提升。研究结果可为高强钢筋在超高性能混凝土中的应用提供借鉴。     

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...     

用于剪力墙滞回性能分析的材料本构模型研究

目的提出适用于ABAQUS的混凝土本构计算方法,解决现有材料本构模型不能准确模拟地震作用下钢筋混凝土剪力墙的滞回性能的问题.方法基于《混凝土结构设计规范》附录C混凝土应力-应变曲线,提出适用于ABAQUS的混凝土本构模型;采用钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的钢筋本构模型的计算程序,并采用分层壳单元对往复荷载下钢筋混凝土剪力墙滞回性能进行数值模拟.结果通过实验对比,验证了采用笔者采用的混凝土和钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土剪力墙在低周往复荷载作用下的滞回性能.结论数值模拟结果与试验结果吻合良好,笔者采用的材料本构模型能够较好地模拟钢筋混凝土剪力墙的滞回性能.     

钢筋混凝土柱滞回性能的数值模拟

为准确模拟钢筋混凝土柱的滞回性能,文章基于截面纤维模型,采用钢筋和混凝土的单轴本构关系,利用CANNY程序对框架柱在低周反复荷载作用下的滞回性能进行模拟;并将计算的结果与7根不同配筋、截面、混凝土强度等级以及轴压比的柱试件进行对比分析。分析计算结果与试验结果吻合较好,表明所采用的材料本构模型及其分析方法能够较全面准确地反映钢筋混凝土柱在反复荷载作用下的复杂受力行为。     

钢筋混凝土柱动态加载试验及数值模拟

为研究不同加载路径和加载速率下钢筋混凝土柱式构件的力学性能,对4组钢筋混凝土柱进行了不同加载路径下的慢速和快速加载试验,并基于OpenSees软件对试验结果进行了数值模拟.结果表明:快速加载下试件承载能力高于慢速加载,但试件延性降低;相较于单向加载,双向加载下试件刚度、强度退化加剧,试件卸载、再加载刚度均有不同程度降低,变形能力下降;双向加载时,十字形加载路径对试件力学性能影响较弱,菱形加载路径下试件延性降低幅度最大,强度、刚度退化最为迅速,试件力学性能受加载速率影响也最为显著;钢筋应变率随其所处位置距试件底部距离的增加逐渐降低,应变率最大值发生在塑性铰区域内;本文基于OpenSees中的集中塑性铰梁单元,采用Scott等改进后的Kent-Park混凝土本构模型和Mohle-Kunnath钢筋本构模型,并考虑材料的应变率效应建立的计算模型可有效模拟钢筋混凝土柱在不同加载速率下的主要动态力学性能.     

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.     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

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。     

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.     

高强钢骨混凝土框架柱的抗剪强度计算

在六根高强钢骨混凝土框架柱的单调和低周反复荷载试验基础上，本文利用混凝土桁架模型、修正莫尔一库仑强度理论和叠加原理，从理论上分析、推导了高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力计算方法，并给出了计算公式。计算与试验结果一致性较好。     

高强钢骨混凝土框架柱的抗震性能

通过10根高强钢骨混凝土框架柱与高强钢筋混凝土框架柱及普通钢骨混凝土框架柱的低周反复荷载试验,全面分析了高强钢骨混凝土框架柱抗震性能的影响因素·在和普通钢骨混凝土框架柱及高强钢筋混凝土框架柱比较的基础上,对高强钢骨混凝土框架的变形能力、耗能性能、累积损伤模型等进行了研究,结果表明,高强钢骨混凝土柱具有良好的抗震性能·     

NetSLabOSR远程协同拟动力试验平台的开发研究

为了推进拟动力试验方法的研究与应用,基于NetSLab提供的通讯功能,开发了通用建筑结构远程协同拟动力试验平台NetSLabOSR.NetSLabOSR运用NetSLab所提供的通讯模式,从结构远程协同试验的角度,解决了异地计算机之间远程通讯问题,实现了操作信息的传送控制、及时反馈.采用自带的数值模拟功能和利用OpenSees进行数值模拟,NetSLabOSR试验平台能够实现传统本地子结构拟动力试验和分布式远程协同子结构拟动力试验.利用NetSLabOSR试验平台,对钢管混凝土柱-钢梁组合平面和空间框架结构进行了子结构拟动力试验研究.子结构拟动力试验验证了NetSLabOSR试验平台的有效性、稳定性,且具备良好的通讯性能与试验精度.     

基于纤维模型的FRP约束混凝土圆柱本构模型研究

在OpenSees平台上采用纤维模型模拟FRP约束混凝土圆柱的受力性能时需要开发相应的本构模型.基于Jiang和Teng提出的分析型骨架本构模型,将不同峰值应力、应变计算公式的计算结果与试验结果进行比较,选择了更为精确的计算公式,并将其引入该骨架模型.该模型还考虑了箍筋对核心混凝土的约束作用,采用FRP极限环向抗拉应变折减系数得出FRP片材在环向受拉破坏时的极限拉应变.根据是否考虑钢筋的疲劳采用两种不同钢筋本构关系对试件进行模拟.采用该模型不但可以得到构件的轴向应力应变关系,还可以计算横向应变与轴向应力的关系,模拟结果与试验结果吻合较好.     

ANSYS在纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱非线性分析中的应用

运用ANSYS进行纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱非线性分析,以五根纤维布约束钢筋混凝土轴心受压试验柱为例详细探讨混凝土、钢筋和纤维布的本构关系、单元特性以及有限元模型的建立并给出了相应的意见和建议;将ANSYS计算值与实测值进行比较,结果表明该方法精度较高,为模拟钢筋混凝土结构的受压性能提供了新的方法和途径。     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

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.     

FRP约束普通和高强混凝土柱轴压性能的有限元分析

现有的大多数纤维复合材料(FRP)约束混凝土轴压本构模型只适用于普通强度的混凝土,对高强混凝土的适用性还有待研究。基于ABAQUS和OpenSees模型,采用有限元方法研究FRP约束混凝土的轴压性能。其中ABAQUS模型采用全尺寸模型和薄片模型两种形式,并采用混凝土破坏塑性模型(CDPM)来模拟被约束的混凝土,通过修改混凝土的压缩硬化曲线来考虑FRP提供的围压。OpenSees模型则通过动态链接库文件引入5个不同的分析型FRP约束混凝土轴压本构模型。最终与相关实验结果进行对比,并相互对比各个有限元模型可以发现,ABAQUS中的薄片模型能最好地模拟FRP约束普通和高强混凝土的轴压性能。