考虑钢梁翼缘断裂的组合框架抗震性能分析

基于钢-混凝土组合框架抗震性能试验,考虑材料、几何及接触非线性,采用Msc.Marc建立了钢-混凝土组合框架的有限元分析模型.有限元模型中引入基于应变的钢梁翼缘断裂准则,能够较好地模拟钢梁翼缘的断裂现象.有限元模型的整体及局部计算结果均与试验结果吻合良好.在试验验证的基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了楼板宽度、剪力连接程度、轴压比等参数对钢-混凝土组合框架刚度、强度及延性的影响.研究发现,在试验及3维建模中,为了准确反映楼板对组合框架抗震性能的影响,楼板宽度至少应取为跨度的1/4;轴压比对组合框架延性有较大影响;楼板厚度、剪力连接程度对组合框架抗震性能影响较小.结合相关组合结构设计规范,讨论了各项参数的合理取值,对组合框架抗震设计提出了建议.     

HB-FRP混凝土界面中钢扣件部位黏结滑移模型

钢扣件有效提高了HB-FRP(Hybrid Bonding FRP)与混凝土的黏结性能.为了得到钢扣件部位的界面黏结滑移模型,采用混凝土塑性损伤模型,考虑钢扣件建模,建立了HB-FRP单剪的细观有限元数值模型.对混凝土的拉压本构关系及损伤因子进行了探讨,研究了HB-FRP加固混凝土界面的黏结性能、剥离过程及破坏机制.对混凝土强度等级及钢扣件的尺寸开展了参数分析,结合参数分析结果,提出了考虑混凝土强度和栓钉直径参数的钢扣件部位黏结滑移模型.研究结果表明:若混凝土断裂能相等,混凝土受拉本构的形式对数值模拟结果影响不大.本研究提出的钢扣件部位黏结滑移模型与Wu YF模型对比,两者破坏能基本相等.     

基于统计损伤理论的混凝土双轴拉-压本构模型研究

基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,本文建立了混凝土双轴拉-压细观统计损伤本构模型.该模型考虑断裂、屈服两种细观拉损伤模式,损伤演化过程由主方向的拉、压应变驱动.将单轴拉伸、单轴压缩作为两种最基本的宏观破坏形式,复杂应力状态下的损伤破坏过程理解为单轴拉伸、压缩损伤演化过程的某种组合形式.引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立宏观拉、压破坏模式对应细观损伤机制之间的等效关系.通过与试验结果比较,表明该模型能够很好地模拟双轴拉-压加载情况下材料均匀损伤阶段的力学行为.对双轴拉-压比例加载路径下应力-应变曲线进行预测,提取出双轴拉压强度包络线,从双轴强度、变形特性、破坏形态等角度对材料的双轴拉-压损伤机制进行探讨.     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

基于广义局部曲率模态信息熵和BP神经网络的结构损伤识别方法

针对曲率模态对振型节点较不敏感且无法定量估计损伤的问题,在广义局部信息熵的基础上引入曲率模态,推导出广义局部曲率模态信息熵的公式,并建立相应的损伤指标.利用有限元软件Midas civil建立一简支梁桥损伤模型,提取并处理该简支梁的动力参数,将一阶曲率模态和广义局部曲率模态信息熵分别作为神经网络的输入参数,对损伤进行识...     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

基于随机子空间的钢管混凝土拱桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域研究的重点.基于随机子空间法理论,在环境激励下对某钢管混凝土拱桥拱肋进行模态参数识别,得到该桥拱肋的固有频率、阻尼比和振型等模态参数;用Midas-Civil有限元软件建立该桥梁的计算模型;对实测结果和计算结果进行对比,验证识别结果的可靠性.试验结果可作为该桥梁的损伤识别、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于损伤塑性模型的超高性能混凝土双肢墩数值模拟研究

为了准确模拟和预测超高性能混凝土(UHPC)构件在外部作用下的的非线性力学行为,基于塑性损伤模型研究了超高性能混凝土CDP本构参数的取值方法,包括损伤因子和单轴应力-应变关系的确定,并分析了考虑材料损伤和不考虑材料损伤对模拟结果的影响.通过对超高强度混凝土墩进行单调加载试验,得到了试验墩的破坏形态、荷载-位移曲线和位移延性.并建立了数值模型,对试验结果进行了对比分析.结果表明:不考虑材料损伤的CDP模型计算得出的结构承载力与延性,和试验值相比有较大误差,并且荷载-位移曲线在峰值点后的发展趋势与试验结果相去甚远.然而考虑材料损伤演化下的CDP模型能够准确预测UHPC结构的力学性能,最终模拟结果与试验结果之间的误差可以控制在5%以内,运用该方法能够为对UHPC进行更准确的非线性有限元分析提供参考.     

基于曲率模态的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别

为研究曲率模态参数在吊杆损伤状态下的响应情况,以某钢管混凝土拱桥为研究对象,进行基于曲率模态的吊杆损伤识别模拟.利用ANSYS软件建立桥梁有限元模型并得到其动力特性,模拟各种不同工况,比较结构曲率模态参数的变化情况.结果表明:采用曲率模态指标可以识别吊杆损伤位置,综合考虑多阶振动情况下的平均曲率模态指标可以提高识别的准确性,并初步估计损伤程度;多吊杆损伤情况可以看成单一吊杆损伤情况的累加.     

钢衬钢筋混凝土管道开裂机理及模拟技术研究

钢衬钢筋混凝土管道在设计上允许外包混凝土开裂,确定其裂缝发展规律和结构的承载特性是评估管道能否长期安全稳定运行的前提,但现有的解析公式多是半理论半经验公式,不同的公式计算结果误差较大,有限元法成为了主要的分析方法.以往的有限元模型多基于损伤或者断裂理论,较少考虑二者的耦合作用,本文结合三峡水电站大比尺试验模型,建立了基于黏聚裂缝模型的有限元模型,在管道混凝土中插入内聚单元综合模拟了混凝土开裂过程中的损伤和断裂特性,得到了管道结构开裂前后的钢材应力变化规律、裂缝扩展形态以及裂缝宽度,进一步系统地讨论了内聚参数和网格尺寸的影响.有限元模拟裂缝扩展形态与模型试验时裂缝宽度中间宽、两侧较小的结论一致.管腰和管顶典型部位的裂缝宽度值与模型试验误差在10%以内,且钢材应力起伏与裂缝位置相呼应.更改内聚参数和网格尺寸发现,在合理的取值范围内,混凝土裂缝扩展、钢材承载规律与试验结果基本一致,但内聚刚度取值过小会导致混凝土开裂提前,黏结系数取值过大或者单元尺寸过大会使计算结果的精度降低.因此在采用黏聚裂缝模型模拟管道混凝土开裂时,应在保证计算收敛的前提下,尽可能取较小的黏结系数和足够大的内聚刚度,以提高...     

基于Oyane损伤和断裂模型的厚板精冲过程数值模拟和缺陷预测

将考虑静水应力和应变历史对材料损伤影响的Oyane损伤模型用于断裂的预测,将局部网格自适应和单元删除技术用于模拟裂纹的产生和扩展,在DEFORM-2D有限元模拟软件中建立了精冲轴对称模型,进行了弹塑性大变形有限元数值模拟.分析了成形过程中静水应力、等效应力、等效应变和损伤的分布以及发展趋势,分析了工艺参数对缺陷的影响规律,试验结果验证了模型的准确性.     

钢管混凝土拱桥模型的模态测试方法与应用

以结构模态参数为基础的结构动力分析是桥梁结构动力分析的关键问题之一.首先建立某一钢管混凝土拱桥的有限元模型,并进行动力分析.其次对该模型进行模态试验,采用结合环境激励技术的特征系统实现算法(ERA法)识别该结构的模态参数,即识别得到该结构的前6阶频率和振型.最后通过比较测试结果与有限元计算结果可知,对此类复杂结构作进一步的有限元模型修正是必要的.     

Q345B钢材GTN模型损伤参数标定及应用

目的标定Q345B钢材GTN模型损伤参数及评价损伤参数,并对钢管相贯节点的损伤起始位置进行预测.方法对取自Q345B钢材的光滑圆棒和带缺口的圆棒试样进行单轴拉伸试验,采用逆推法标定GTN细观损伤力学模型参数,并应用有限元分析方法预测相贯节点的损伤起始位置以及开裂破坏过程.结果引入的GTN细观损伤力学模型参数的支管端部荷载-相对凸凹变形曲线与试验结果吻合较好,有限元分析计算得到的损伤起始点荷载和位移与试验结果接近,并且有限元模拟的损伤起始位置与试验中观测到的裂纹开展起始位置相近.结论 Q345B钢材GTN损伤本构模型,能够模拟结构断裂过程,预测结构的断裂荷载、断裂位移、破坏位置.     

考虑混凝土损伤塑性的CFST柱轴压力学性能数值模拟

目的将混凝土损伤塑性模型应用于钢管混凝土柱弹塑性全过程受力分析,验证模型的可行性.方法在总结相关文献的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对方钢管混凝土短柱进行有限元模拟,并与试验结果进行对比.结果考虑混凝土损伤塑性模型的极限承载力数值模拟结果与试验结果更接近,荷载-平均纵向应变数值模拟曲线与试验曲线吻合更好,柱中部破坏面的混凝土应力分布更均匀.说明在钢管混凝土结构有限元模拟中考虑混凝土损伤塑性是提高其分析精度的重要保证.结论数值模拟结果与试验结果一致性较好,说明有限元模型和相关参数设置是合理的.     

混凝土拱坝温度裂缝及其扩展稳定性分析

在朱伯芳院士所提出的拱坝温度荷载计算方法基础上，提出了按混凝土损伤和断裂理论进行混凝土拱坝的温度裂缝及其扩展稳定性的有限元方法和新的蓄水期温度荷载计算方法，认为温度损伤是产生温度裂缝的内在原因，通过坝体损伤和断裂的耦合计算，判断坝体裂缝的产生及裂缝的扩展稳定性，在损伤计算中考虑了拉，压损伤的等效性，并引入了等价换算系数；同时，在裂缝扩展稳定性判断时，采用了考虑混凝土断裂韧度尺寸效应的断裂判据。     

混凝土细观扩展有限元法建模及宏观力学性能估算

混凝土内部的界面过渡区是材料的薄弱环节,一定程度上控制着混凝土材料的宏观力学性能,在界面应力和界面相对位移的框架下描述界面过渡区的本构行为,首先在界面应力空间下构建一个能够综合反映界面过渡区纯拉、拉剪和压剪加载下的初始开裂滑移面,然后通过两个独立的断裂能释放率参数:I型断裂能释放率和渐进II型断裂能释放率,来控制开裂滑移面的后继软化过程,建立了界面过渡区的摩擦剪胀型本构模型.并把该本构模型嵌入到扩展有限元的模式下,建立了能够反映界面过渡区复杂力学行为的扩展有限元模型.将建立的扩展有限元模型应用到混凝土细观数值模拟中去,探究了界面过渡区的初始界面刚度、峰值强度和断裂能释放率对混凝土宏观力学性能的影响规律.     

FRP加固结构的高阶剪切-面内变形耦合模型

基于连续损伤理论。考虑胶层的剪切效应,建立FRP加固钢筋混凝土梁的高阶剪切弯曲及面内变形耦合模型,编制了有限元分析的软件．进行非线性有限元分析：通过与已有的试验结果进行对比,证明该模型的简单。有效性：利用该软件对未加固混凝土梁,初始进行加固的混凝土梁以及最大拉应变达到极限值时进行加固的混凝土梁等几种情况进行数值模拟。     

利用组合模态参数识别结构损伤的神经网络法

采用组合模态参数在有限元模型基础上对结构损伤进行了识别.同时考虑了噪声输入情况下,即存在数据误差时神经网络的损伤识别能力.结果表明,以组合模态参数作为网络输入参数,并通过学习训练所得网络不仅具有理想的损伤识别能力,还具备良好的容错性和鲁棒性.     

混凝土抗拉疲劳剩余强度损伤模型

基于连续体损伤力学理论,建立了各向异性混凝土抗拉疲劳剩余强度衰减模型.模型中采用了基于应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动模拟疲劳过程中损伤阈值的不断变化.提出了在高周疲劳过程中损伤模量表达式中的D为一与剩余强度有关的变量的观点,并给出了函数表达式.结合已完成的混凝土疲劳抗拉剩余强度试验,确定了模型的参数,并验证了模型的有效性.     

基于损伤理论的钢筋混凝土结构裂缝分析

依据裂缝开展与受拉损伤演化之间的内在联系,提出了基于损伤变量估计裂缝宽度的基本方法.将模型与损伤本构关系以及非线性有限元方法结合,可以精细地描述钢筋混凝土构件在外力作用下的非线性行为,特别是裂缝开展规律.与试验结果的对比表明,该方法不但具有良好的精度,而且能够描述构件非线性发展全过程中裂缝产生和扩展的规律.基于该方法精细分析混凝土结构中裂缝产生和发展的过程,可以为实际工程的分析和设计提供有力的依据.