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．     

摇摆-自复位桥墩抗震性能数值建模方法研究

为研究摇摆-自复位(Rocking Self-Centering,RSC)桥墩的抗震性能并为此类结构的抗震数值分析提供依据,基于OpenSees的纤维梁柱单元讨论了RSC桥墩地震反应的数值建模方法.通过对摇摆接缝处分别采用只受压不受拉的零长度弹性弹簧(模型1),零长度截面转动弹簧+只受压不受拉的混凝土本构模型(模型2),零长度截面转动弹簧+只受压不受拉弹性本构模型(模型3),建立了RSC桥墩3种不同的抗震数值分析模型.结合其他学者完成的4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩的拟静力加载试验结果,以各RSC桥墩的滞回曲线、接缝处受压区高度、预应力筋应力和摇摆变形比例等为依据,讨论了各模型的模拟精度.结果表明:模型1和模型3对试件滞回曲线、试件初始刚度、接缝处受压区高度、预应力筋应力、摇摆变形比例等的模拟结果均与试验结果吻合较好.模型2模拟得到的试件初始刚度和预应力筋应力偏大,接缝处受压区高度小于试验结果.在此基础上,对3种数值模型进行了动力时程分析,各模型模拟得到的墩顶位移时程曲线、墩底最大剪力等基本一致.最终建议以模型1或模型3的建模方法模拟摇摆-自复位桥墩的抗震性能.     

基于双向拟静力试验的钢筋混凝土箱型薄壁墩抗震性能

对14个钢筋混凝土箱型薄壁墩进行了双向拟静力试验,考察了长细比、轴压比、配箍率等对箱型薄壁墩双向荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性、滞回耗能和极限曲率等特性的影响,讨论了箱型薄壁墩的双向滞回性能.结果表明:在水平双向反复荷载作用下,箱型薄壁墩以弯曲破坏为主,低墩破坏区域集中于墩底,高墩的破坏区域明显上移;长细比越大,轴压比越小的箱型薄壁墩滞回曲线越饱满,变形能力越大;在长细比为6.9～13.1的范围内,位移延性系数随长细比的增大而减小,长细比为16.3的试件位移延性系数明显增大;长细比大于13.1的试件塑性破坏范围明显增大,但极限曲率显著降低.     

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.     

基于纤维截面的弯剪耦联薄壁墩柱模拟模型

钢筋混凝土（RC）桥墩构件常采用空心截面,震害调查表明其失效模式多表现为弯剪耦联的非线性破坏．本文提出一种基于纤维截面、考虑弯剪耦联变形的混凝土墩柱模拟模型．首先将双轴材料本构引入纤维材料状态的计算,然后通过纤维截面积分,得到适用于Timoshenko梁柱单元的截面刚度矩阵,最终实现考虑弯剪耦联效应的梁柱单元．其中,双轴RC本构模型采用往复软化薄膜模型（CSMM）,并对CSMM中单轴混凝土滞回模型进行修正．通过引入纤维间变形协调条件并采用Newton迭代法,确定截面和纤维状态．最后,通过一个缩尺薄壁桥墩构件拟静力试验的模拟分析进行对比验证,分析结果表明该模型精度较高,对弯剪耦联导致的强度和刚度退化以及捻缩效应模拟较好,且计算效率较实体模型高．     

双向荷载作用下钢筋混凝土箱型墩滞回性能有限元分析

为了模拟钢筋混凝土箱型墩双向拟静力试验非线性响应过程,利用大型通用有限元软件ANSYS的实体单元建立了箱型墩非线性有限元计算模型;然后对其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线等进行了分析,并将计算结果与试验结果进行比较.最后,进行单双向加载,分析壁厚和混凝土强度对箱型墩滞回性能参数的影响.结果表明:实体单元有限元模型可以较好地模拟钢筋混凝土箱型墩在双向反复荷载作用下的非线性响应和破坏形态,双向荷载作用下箱型墩抗震性能明显下降.     

大跨度斜拉桥耗能型辅助墩抗震性能试验研究

结构损伤控制概念是指通过容易替换的牺牲构件在地震中发生塑性变形耗散地震能量,同时主要构件保持弹性或发生轻微的损伤.针对大跨度斜拉桥的抗震性能主要依靠结构体系的特点,提出了通过牺牲辅助墩耗散地震能量,从而减轻主塔损伤的控制策略.为了研究辅助墩的抗震性能,对3个大比例的钢筋混凝土空心矩形截面模型进行拟静力试验.第一个试件是原设计的单柱墩,另外两个试件是双柱墩,墩柱之间通过耗能构件剪切型连杆或屈曲约束支撑连接.对反复荷载作用下试件的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能能力、骨架曲线及刚度退化、耗能构件的变形能力等作了对比分析.结果表明,与单柱墩相比,耗能构件增加了双柱墩的刚度和强度,能够提高双柱墩的抗震性能.     

高强钢平端板连接滞回性能模拟方法

为了满足高强钢平端板连接的滞回性能精细化分析和简化分析需求,分别基于实体单元和零长度单元进行了模拟方法研究.基于实体单元进行了隐式分析和显式分析模拟.在隐式分析滞回模拟中存在无法收敛问题;在显式分析模型中改进加载步设置规则,采用每个幅值设置单独加载步的方法,解决了同一加载步有多个加载幅值时的误差过大问题.针对零长度单元,提出了修正四折线模型以考虑对于高强钢平端板连接转动能力预测不可忽略的螺栓弯曲变形和梁翼缘转动两个因素;通过卸载刚度损伤指标取值体现高强钢连接和普通钢连接损伤退化规律的差异性并建立了基于Pinching4模型的简化分析模型.同时,平端板连接的数值模拟表明简化分析模型能较好地模拟滞回曲线中的滑移效应和捏拢效应.     

配箍率对PP-ECC实心墩抗震性能的影响

为研究箍筋含量对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)实心墩抗震性能的影响,设计并制作了3个含箍率不同的PP-ECC实心墩,并用1个普通混凝土实心墩作为对比试件,对4个试件进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验.获得了PP-ECC及普通混凝土实心墩的破坏过程和破坏特征,基于试件实测的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果,探讨了箍筋含量对PP-ECC桥墩的承载能力、变形性能及耗能能力的影响规律,并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行了对比分析.结果表明:与普通混凝土桥墩相比,墩底塑性铰采用PP-ECC可以改善桥墩的破坏形态和损伤程度,显著提高其位移延性和耗能能力,但对试件的承载能力影响较小;PP-ECC基体中的纤维在一定程度上具有箍筋的作用,在配箍率较低情况下,PP-ECC桥墩仍具有良好的抗震性能;塑性铰区配箍率越高,PP-ECC桥墩的滞回曲线越饱满,试件的位移延性系数和黏滞阻尼系数越大,抗震性能越好.     

双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振特性分析

为确定双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥的自振特性,以某双薄壁高墩曲线五跨连续刚构桥为实例,应用ANSYS有限元软件中的Solid 65实体单元和Beam 188梁单元建立该桥空间有限元计算模型,同时利用Midas/Civil建立大桥空间梁单元有限元模型,探讨不同软件、不同单元类型以及预应力张拉对双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振频率的影响,分析曲线桥梁结构的平曲线半径对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响,最后按照桥墩等线刚度的原则分析墩高对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响.计算结果表明:曲线连续刚构桥第1阶振动模态一般为纵飘;曲线桥梁结构动力特性及其力学行为的分析,建议选用可考虑翘曲的Beam 188梁单元模型;对于高等级公路中的曲线半径较大的双薄壁高墩曲线连续刚构桥,曲率半径对桥梁的自振特性影响很小;在保持墩线刚度不变的前提下,结构的自振频率随着墩高的增大而减小,可以通过优化墩的纵桥向厚度或双薄壁墩间距改善结构的整体刚度.     

剪力滞后剪切变形对薄壁箱梁的振动影响

建立了薄壁箱型梁桥在任意荷载作用下考虑剪力滞剪切变形影响的振动分析理论体系,为分析薄壁箱型桥梁等结构振动时的剪力滞剪切变形效应提供了计算手段.采用变分原理,推导了考虑剪力滞剪切变形效应的薄壁箱梁振动控制微分方程、边界及初始条件,探讨了方程的解法,建立了方程解的差分格式,并论证了差分格式的稳定性、收敛性,最后提供了简支梁算例,计算结果验证了方法体系的可行性.同时表明:在薄壁箱梁振动时,剪力滞效应和剪切变形使跨中位移明显增大,应力集中现象明显,且剪力滞的影响比剪切变形的影响要大.     

考虑锈蚀损伤的钢框架节点恢复力模型研究

为了研究酸性大气环境下锈蚀钢框架梁柱节点的抗震性能,对6榀钢框架梁柱节点试件进行了酸性大气环境加速腐蚀试验和拟静力加载试验,分析了不同锈蚀程度钢框架梁柱节点的滞回特性.试验结果表明,随着锈蚀程度的加重,试件强度、刚度、延性及滞回耗能等力学与抗震性能不断劣化.通过分析试验结果,得到钢框架梁柱节点核心区弯矩-剪切转角三折线骨架曲线,并根据未锈蚀节点试件恢复力模型的特征参数,得到了考虑钢材锈蚀损伤的钢框架梁柱节点核心区骨架曲线特征点计算公式.引入基于滞回耗能的循环退化指数βi,提出了适用于遭受锈蚀循环损伤的钢框架梁柱节点的滞回规则,进而建立了可综合考虑试件强度、刚度循环退化效应的锈蚀钢框架梁柱节点恢复力模型.将理论滞回曲线与试验结果进行对比,结果表明两者间具有较高的吻合度,进一步验证了所建立的考虑锈蚀损伤的钢框架节点恢复力模型具有较好的适用性.研究成果可为酸性大气环境下在役钢框架结构的地震反应分析及抗震性能评估提供理论参考.     

框架-剪力墙混合结构层模型试验研究

为了解混合结构的滞回特性及变形性能,利用低周反复荷载试验对6个不同类型的框架-剪力墙结构进行了研究,得到了各个试件的滞回曲线.通过改变剪力墙刚度,框架柱类型以及轴压比,比较了各种因素对结构受力性能的影响.分析了各个试件的加载过程,破坏形态以及滞回曲线,并提出了数值分析方法对试件进行了模拟,最后得出结论,框架-剪力墙结构的抗侧刚度和变形能力主要取决于剪力墙,框架能够改善结构的变形能力,采用钢框架更有助于结构的抗震.     

考虑剪切和翘曲的变曲率曲梁变形微分方程

变曲率导致曲线梁变形分析更加复杂,寻求简单、可靠的力学模型有利于变曲率曲梁的研究.基于Vlasov薄壁梁理论,推导出平面变曲率薄壁曲线梁的变形微分方程,并考虑了剪切变形和截面翘曲的影响,经退化可以得到经典的Vlasov方程.模型的平面内与平面外变形是不耦联的,可以独立求解.最后给出了考虑剪切变形和截面翘曲影响的回旋线型薄壁曲线梁的变形微分方程.通过对比分析发现,该模型较容易求解.     

一种模拟土体剪切变形过程的统计损伤方法

首先,从土体单元的微观受力分析,建立出土体剪切变形损伤模型。其次,引进统计损伤理论,考虑剪切面微元的破坏强度服从Weibull分布情况下,建立出土体剪切变形过程的统计损伤演化模型。然后,利用建立的土体损伤模型和统计损伤演化模型,建立了模拟土体剪切变形过程的剪切变形损伤统计本构模型。该模型考虑了土体剪切破坏后的残余强度,可较好地反映土体剪切应变软化特征。最后,通过试验曲线和模型曲线以及现有同类模型曲线的对比分析,验证了该模型的合理性与可行性。     

FRP约束混凝土组合柱滞回性能的有限元分析

为研究FRP-PVC管钢筋混凝土的抗震性能,本文基于OpenSEES中的纤维模型对FRP-PVC管钢筋混凝土压弯构件的p-△滞回曲线进行有限元模拟,通过合理确定截面纤维的滞回本构模型,可得到与试验数据吻合较好的数值模拟结果.分析FRP包裹层数、FRP条带间距等参数对约束柱抗震性能的影响,结果表明:包裹层数主要是对试件的变形能力有影响,对试件的峰值荷载值影响不大.BFRP存在使用效率的问题,包裹7层纤维布与包裹8层纤维布的效果相当;随着条带间距的增大,试件的极限荷载和极限变形均减小,荷载下降段的下降幅度越大.条带间足巨取20～30mm较为合理.     

样条箱拱段子域在箱拱桥梁中的应用

以薄壁箱拱理论、变分原理及样条函数方法为基础,建立了样条箱拱段子域(单元),考虑了剪力滞效应及畸变效应.这种子域(单元)为两结点18自由度的子域(单元),能模拟薄壁箱拱的拉压、弯曲、扭转、扭翘、剪切、剪力滞效应及畸变效应.文中附有算例,计算结果表明:这种子域(单元)不仅计算简便,而且精度高.     

水平双向加载下钢筋混凝土箱型墩的恢复力模型研究

为了系统地评价钢筋混凝土箱型墩在水平双向荷载作用下的抗震性能,以钢筋混凝土箱型墩的双向拟静力试验为依据,采用Open Sees分析程序对钢筋混凝土箱型墩在水平双向荷载下的滞回性能进行数值分析。根据钢筋混凝土箱型墩实测和模拟滞回曲线的特点,提出水平双向加载作用下钢筋混凝土箱型墩的恢复力模型,并考虑其主要影响因素,给出所提出恢复力模型特征参数的确定方法,并与试验结果进行对比。结果表明:应用所提出的恢复力模型能够较好地反映钢筋混凝土箱型墩的滞回性能,得到的水平荷载-位移计算曲线与试验曲线吻合较好。     

考虑多参数分析薄壁箱梁剪滞效应的力学模型

利用最小势能原理建立了考虑多参数及剪切变形的分析薄壁箱梁剪滞效应的控制微分方程及其边界条件 ,为考虑多参数薄壁箱梁剪滞效应建立了理论分析基础 .     

冻融损伤钢筋混凝土剪力墙恢复力模型研究

为研究冻融损伤钢筋混凝土(RC)剪力墙的滞回特性,通过试验回归与理论分析相结合的方法,对8榀冻融损伤RC剪力墙拟静力试验结果进行分析.综合考虑冻融损伤参数与轴压比对极限功比指数和不同受力状态下RC剪力墙承载力及变形的影响,建立了冻融损伤RC剪力墙构件极限功比指数与骨架曲线特征点参数计算模型.考虑强度衰减、刚度退化以及捏缩效应,采用两折线模型表示滞回环卸载段刚度变化,建立了冻融损伤RC剪力墙构件恢复力模型,并与试验墙进行了模拟对比,从滞回曲线与累积滞回耗能两个方面验证了模型的准确性.