双向弯曲及轴向作用下任意截面钢筋混凝土柱强度分析

介绍了在双向弯曲及轴向作用下任意截面钢筋混凝土柱强度分析的精确方法.该方法既考虑了材料非线性特征,也考虑了构件变形对柱承载力的影响.混凝土和钢筋的实际应力-应变关系用三次多项式分段模拟.得到的单元刚度矩阵是小位移材料非线性刚度、几何刚度矩阵以及高阶相互作用矩阵的简单叠加.建立的分析模式既可用于柱的材料强度破坏分析,也可用于柱的稳定破坏分析.分析模型适用于任意形状截面钢筋混凝土中心受压、偏心受压和双向偏压构件.推导的标准有限元公式很容易与其他有限元模型兼容,理论分析结果与实验结果吻合较好.     

双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟

目的为准确地模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏行为,实现钢筋混凝土框架结构强震作用下的倒塌破坏全过程仿真分析.方法基于通用有限元软件ABAQUS的显式求解模块,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序,并模拟了钢筋混凝土柱构件在单、双向水平往复荷载作用下的非线性性能发展以及断裂破坏过程.结果在加载幅值较小时,计算结果能够准确模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱的承载力与刚度变化、滞回捏拢行为以及双向弯曲耦合效应.在水平位移加载幅值分别达到45 mm、90 mm、165 mm时,构件中的保护层混凝土、核心混凝土、钢筋完全破坏,构件断裂.而单向加载构件的水平位移加载幅值达到285 mm时,构件才发生断裂破坏.结论计算结果与试验结果吻合良好.笔者方法能够较为准确地模拟钢筋混凝土柱在双向弯曲荷载作用下的非线性及断裂破坏过程.双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能.研究成果可用于钢筋混凝土框架结构在强震下的倒塌过程模拟分析.     

钢筋混凝土双向偏心受压构件强度的试验研究和设计计算

本文简略介绍了作者所进行的双向偏心受压构件强度试验研究的结果,并在分析作者和国内外其他研究者所得到的大量试验数据的基础上,提出了钢筋混凝土双向偏心受压构件强度计算的一个新公式。该公式的计算结果能与试验结果较好符合,计算也尚简便,既可用于截面复核,又可直接进行截面设计(已编制了有关的计算表格)。     

RC框架结构多层次刚度损伤演化计算

基于提出的变形等价原理定义了广义损伤变量,给出了"材料、截面、构件、楼层、结构"多层次刚度损伤的计算方法,各层次的刚度损伤可由材料刚度损伤积分求得。利用ABAQUS软件建立了"单跨12层钢筋混凝土标准框架模型试验"的计算模型,计算分析了结构各层次的刚度损伤演化过程。计算结果表明:在El Centro地震波三向作用下,结构的3~7层损伤严重且为梁铰破坏模式,第8层损伤严重且为柱铰破坏模式;构件端部截面破坏严重,3~8层构件端部截面的受压区混凝土被压碎。数值分析结果与试验结果基本一致,说明多层次刚度损伤演化分析能够正确反映结构破坏的内在机制。     

基于损伤本构关系的钢筋混凝土双向压弯截面分析

基于混凝土材料的损伤本构关系和平截面假设,推导出钢筋混凝土双向压弯截面刚度矩阵的计算公式．为研究混凝土损伤本构关系对截面分析的影响,用推导的截面刚度矩阵进行钢筋混凝土双向压弯截面分析,理论结果与试验数据进行比较,二者吻合较好;并与用我国混凝土结构设计规范中的混凝土非线性分析本构关系分析的计算结果比较,二者计算结果相符．表明本文方法计算可行,并通过本文方法计算结果可以了解、评估结构内部的损伤分布情况．     

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。     

异形钢管混凝土柱截面承载力计算

研究异形钢管混凝土柱的截面承载能力的计算方法及其分析.基于平截面假设和钢管混凝土材料的本构关系,建立了异形钢管混凝土柱截面刚度矩阵简便表达式,并编制相应计算程序对异形钢管混凝土柱进行全过程非线性分析.理论分析结果与试验数据进行比较,二者吻合较好,可用于钢管混凝土异形柱正截面的承载力计算及力学性能分析.     

椭圆钢管混凝土短柱局部受压性能研究

文章建立了局部受压作用下椭圆钢管混凝土柱的有限元分析模型,考虑了椭圆截面特征、材料非线性和钢-混凝土复杂接触问题,通过试验验证了有限元分析模型的准确性,研究了局部受压面积、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比、截面面积和垫块形状等参数对椭圆钢管混凝土局部受压承载力的影响,揭示了其工作机理和破坏模式。研究结果表明,椭圆钢管混凝土局部受压承载力随钢材强度、混凝土强度、截面面积及含钢率的增大而增大;其局部受压作用下的破坏模式有柱上部L/4处鼓曲破坏和柱下部L/4处鼓曲破坏2种模式。椭圆钢管混凝土短柱在局部受压作用下的荷载-位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段及下降段,均与局部受压面积比有关。研究结果可为椭圆钢管混凝土柱设计提供参考。     

钢筋混凝土异形柱非线性全过程分析方法研究

为了研究十字形柱的抗弯承载力和曲率延性比的一些变化规律,根据双向偏压作用下钢筋混凝土异形柱的工作基理,以平截面假定为基础,选用了合理的钢筋和混凝土本构关系模型.提出了基于条带划分法的非线性全过程分析方法,以十字形柱为例进行了分析计算,并通过正交试验分析了混凝土强度、体积配箍率、轴压比和荷载角对异形柱截面抗弯承载力及截面曲率延性比的影响.同时,本方法亦适用于其他钢筋混凝土异形截面柱在双向偏压作用下的非线性全过程分析,也可用于工程实际.     

钢筋混凝土双向偏心受压L形截面柱正截面承载力的简化计算

通过对国内已有的双向偏心受压Ｌ形截面柱试验结果的统计分析,基于单向偏心受压钢筋混凝土矩形截面柱正截面承载力计算方法提出了双向偏心受压Ｌ形截面柱正截面承载力的计算方法．方法简单、实用,计算值与试验值符合较好．     

双向偏压钢筋混凝土L形构件正截面承载力研究

为便于双向偏压作用下钢筋混凝土构件任意截面非线性分析,提出了新的简便的截面积分方法,编制了截面极限承载力计算程序.并对L形截面在双向偏压作用下进行了全过程分析,对双向偏压构件的影响因素进行了分析,给出了(N-M)相关曲线和(M y -M z )相关曲线.计算结果与试验数据及其他文献结果吻合很好.     

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．     

基于离散单元法的杆段纤维模型研究

目的为使离散单元法能够适用于钢筋混凝土梁柱构件在往复荷载作用下的非线性分析.方法在离散单元法中杆段多弹簧模型的基础上,提出了杆段纤维模型.该模型将梁柱构件划分为若干刚体单元,相邻单元间由多个混凝土与钢筋轴向纤维组成的纤维束连接.并建立单元位移与纤维变形、纤维内力与单元约束力之间的变换矩阵,以形成单元与纤维束的力-位移关系.混凝土与钢筋轴向纤维,分别采用相应材料的单轴应力-应变本构模型.并开发了基于杆段纤维模型的钢筋混凝土结构非线性分析程序DEM-COLLAPSE.对钢筋混凝土柱进行算例分析,并与有限元分析结果进行对比.结果实现了将杆段纤维模型用于低周往复荷载作用下钢筋混凝土柱的非线性性能模拟.杆段纤维模型的计算结果与有限元模拟结果及试验结果均较为吻合.杆段纤维模型中纤维数量对计算结果影响较小,截面纤维束划分方式取5×5或7×7较为合理.结论笔者提出的杆段纤维模型使得离散单元法能够模拟钢筋混凝土梁柱构件在断裂破坏前的非线性性能,并具有与有限单元法相近的计算精度,拓展了离散单元法的应用范围与计算能力.     

双向受力构件配筋与校核算法

在现行规范基本假定基础上，提出了常用截面的钢筋混凝土双向受弯梁的配筋、 强度校核公式及计算方法和矩形截面双向偏心受压柱的配筋计算方法，并将计算结果 同本文第３作者的实验结果做了比较．在合力矩偏角的一定范围内符合较好。由于公 式比较复杂，编制了微机程序进行计算，但也可以用此程序预先计算一些必需的表 格，以备使用，避免计算的困难。本文公式可直接利用构件截面的弯矩和压力算出所 需的钢筋截面面积，使用方便。     

钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件刚度和裂缝的试验研究

我国钢筋混凝土结构设计规范(TJ10—74)中未列出偏心受压构件刚度和裂缝的计算方法。本文提供24根矩形截面钢筋混凝土短柱钢筋应变和部分试件受压混凝土应变全过程以及挠度和曲率的全过程量测资料,此外还提供大偏心受压试件裂缝宽度的量测资料。应变量测表明平均应变符合平截面假定,少数试件且量测至破坏阶段。验算表明,原先为完成规范中刚度和裂缝计算体系所建议的偏心受压刚度和裂缝计算公式符合较好。     

双向压弯钢筋混凝土柱的侧向承载力性能分析

基于考虑材料非线性和几何非线性耦合梁柱单元模型，采用截面高斯积分法，它不同于以往的截面分块和条带积分法，编制了钢筋混凝土构件非线性全过程分析程序：通过钢筋混凝土构件非线性全过程数值分析，研究影响钢筋混凝土压弯柱侧向位移的诸多因素（轴压比、加荷角、截面尺寸、配筋率、混凝土强度、剪跨比等）对柱侧向位移的影响情况，提出设计参考建议，为工程设计提供理论依据。     

TU1无氧铜轴心受压圆管柱整体稳定的有限元分析

目的研究TU1无氧铜轴心受压构件的整体稳定性能,以填补金属铜工程力学性能研究领域的空白.方法运用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,准确模拟构件的材料非线性与几何初始缺陷,对7个TU1无氧铜圆管柱试件进行有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的极限承载力与试验得到的极限承载力的比值的平均值为0.964,标准差为0.049.结论建立的有限元模型能够准确地分析TU1无氧铜轴心受压圆管柱的整体稳定性能,为进一步运用该有限元模型对各类截面的TU1无氧铜轴心受压构件的整体稳定性能进行参数化分析提供了参考.     

钢筋混凝土框架柱多维恢复力特性的试验研究

利用拟静力试验对钢筋混凝土框架柱分别进行了不同轴压比下单，双向循环加载和双向变轴力循环加载，得到了在不同加载路径和加载方式下力与位移关系的本构模型，通过比较不同加载形式下柱的破坏形态，破坏程度，对试验现象和滞回曲线的分析得出：双向荷载作用使得柱的承载力较单向荷载作用有较大的下降，在双向荷载作用下，构件的强度退化和刚度退化现象均较单向荷载作用下严重得多，且轴压比的增大加重了构件的强度退化和刚度退化现象，双向荷载作用使得柱的延性也大为降低。     

钢筋混凝土梁单元双非线性分析的共旋坐标法

针对已有的钢筋混凝土梁单元非线性分析模型采用较多的假定和近似从而导致计算量增大及计算精度下降的问题,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的任意截面钢筋混凝土梁的数值分析模型.首先利用虚功原理计算共旋坐标系下完全粘结钢筋混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得钢筋混凝土梁在结构坐标系中考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵．算例结果表明,本文算法可减少计算量、不累积误差、精度高.     

钢筋混凝土柱低周疲劳力学性能分析

在以往12根1/2比例钢筋混凝土柱低周疲劳试验研究基础上,分析了不同位移幅值下弯曲型破坏混凝土柱的累积损伤发展规律,重点研究了钢筋混凝土柱的强度退化、刚度退化、能量耗散等力学性能。研究结果表明：钢筋混凝土柱的低周疲劳破坏过程一般可分为损伤迅速发展、相持及破坏3个阶段;强度退化和刚度退化与构件的损伤过程发展一致,导致其产生的根本原因是构件弹塑性性质及损伤的发展;构件破坏时滞回耗能随加载路径不同而存在显著差异,裂缝的开展和分布状态对构件耗能能力有明显的影响。