基于纤维梁柱单元的墩柱弹塑性性能数值分析模型

基于OpenSees开源平台,采用基于位移的纤维梁柱单元和零长度单元,建立了考虑钢筋混凝土墩柱塑性弯曲变形和粘结滑移效应的滞回推覆(Pushover)分析有限元模型,分析了塑性铰区单元长度对墩柱弹塑性性能数值模拟结果的影响,探讨了单元长度的合理取值,最后,基于美国PEER结构试验数据库中3个弯曲破坏的钢筋混凝土悬臂墩的拟静力试验结果,验证了数值模型的正确性。结果表明:采用基于位移的梁柱单元模拟钢筋混凝土墩柱弹塑性性能时,塑性铰区单元长度对其最大水平抗力和位移延性都有显著的影响;合理单元长度为等效塑性铰长度,而等效塑性铰长度可以采用Priestley等提出的经验公式计算。

考虑嵌固端约束作用的RC柱纤维单元模型研究

针对传统纤维单元未考虑嵌固端约束作用而导致钢筋混凝土(RC)柱的数值模拟精度降低问题,分析了嵌固端约束作用对RC柱破坏形态和传统纤维单元模拟精度的影响.选取文献中45根高剪跨比RC柱并建立实体单元模型进行数值模拟,结果表明建模方法合理可靠;进而剖析了嵌固端约束机理及嵌固端约束作用对RC柱承载力和延性性能的影响,明确了控制截面位置及其承载力计算方法,阐明了纤维单元数值积分点位置与控制截面位置、权系数与等效塑性铰长度的对应关系,提出控制截面位置计算公式和考虑嵌固端约束影响的等效塑性铰长度计算公式,建立了一种考虑固端约束影响的纤维单元模拟方法.通过对文献中45根RC试验柱的数值模拟分析,表明所提方法可合理考虑嵌固端约束影响,具有较好的适用性.

轴压下钢筋混凝土桥墩塑性铰特性研究

通过2个大尺寸钢筋混凝土桥墩在轴压下的水平低周往复加载试验,并结合混凝土压应变方法和基于OpenSEES的数值方法,研究钢筋混凝土桥墩的塑性铰特性,分析轴压对塑性区域长度及等效塑性铰长度的影响规律。结果表明:随轴压的增大,桥墩截面受压区应变增大,桥墩发生塑性破坏区域的长度显著增加,既有规范按1.0倍的桥墩截面高度估计塑性区域长度在高轴压下偏于不安全,故建议当桥墩轴压比超过0.2时,加密布筋的塑性区域长度应增大至1.5倍的桥墩截面高度;随着轴压增大,桥墩位移延性的下降大于截面曲率延性下降的幅度,从而使等效塑性铰长度不断减小,因此在推导等效塑性铰长度时应考虑轴压的影响,以免在轴压较大时过高估计桥墩延性,带来安全隐患。

活性粉末混凝土连续梁塑性性能试验

为了研究活性粉末混凝土连续梁的塑性性能,制备了5根钢筋活性粉末混凝土两跨连续梁,完成了单跨单点加载试验.考察了试验梁在加载过程中的开裂、中支座控制截面受拉纵筋屈服、跨中控制截面受拉纵筋屈服和极限破坏状态等阶段的受力特征,基于试验结果提出了在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,以及以中支座控制截面相对塑性转角和中支座相对受压区高度为自变量的弯矩调幅计算公式.

高速铁路桥墩等效塑性铰长度研究

研究目的:等效塑性铰长度在墩柱的简化抗震设计中普遍用于预测墩顶的极限水平位移。高速铁路桥墩具有截面尺寸大、纵筋率较低等特点,目前我国铁路抗震设计规范未对桥墩的塑性铰长度给出建议值,设计人员只能参考现有的经验公式进行抗震设计,其适用性还不明确。本文基于9个高速铁路圆端形桥墩拟静力试验数据,对多个桥墩进行塑性铰长度的参数分析,与多种设计规范进行对比,旨在研究并提出适用于高铁桥墩的塑性铰长度公式,以方便桥墩抗震设计。研究结论:(1)利用纤维截面梁柱单元,采用修正Chang-Mander混凝土模型进行分析,与试验曲线吻合良好;(2)桥墩高度和轴压比对塑性铰长度影响较大,钢筋屈服强度与直径对其影响较小;(3)相比于已有的规范公式,本文提出的公式可更为准确地预测高铁桥墩的塑性铰长度;(4)该研究成果可用于高速铁路桥梁的抗震设计与分析。

跨中集中荷载下两跨UPC矩形截面连续梁塑性铰性能

无黏结预应力混凝土(UPC)连续梁在肋梁楼盖中得到了较为广泛的应用,目前国内外对无黏结预应力混凝土连续梁内力重分布的研究相对较少。为此,以两跨连续梁内支座控制截面综合配筋指标、张拉控制系数、内支座控制截面预应力度、跨高比及跨中与内支座控制截面综合配筋指标比为主要参数,开展了16根两跨无黏结预应力混凝土矩形截面连续梁试验。介绍了试验梁设计、试验方案、试验现象及试验梁达到正截面承载能力极限状态标志的选取。集中报道了两跨无黏结预应力混凝土矩形截面连续梁内支座塑性铰形成与发展情况,提出了与加载形式相对应的内支座等效塑性铰区长度及塑性铰的塑性转角计算公式,为以相对塑性转角为自变量的弯矩调幅系数提供了基础性素材。

土体约束对桩柱式桥墩塑性铰长度的影响

采用经过试验验证的建模方法,建立了常规桩柱式简支梁桥的单墩数值计算模型,系统分析了土体约束作用对桩柱式桥墩整体延性性能、不同延性水平下桩身的曲率分布规律以及等效塑性铰长度的影响.结果表明:土体约束作用会显著增大桩柱式桥墩的截面破坏曲率,提高桥墩的水平承载力和位移延性系数,并显著减小桩身塑性区域长度和等效塑性铰长度,同时,桩身等效塑性铰长度还会随着位移延性系数的增大而显著减小.

无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁试验与分析

制备了9根两跨无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁,并完成了每跨三分点加载试验。考察了在加载过程中的开裂、中支座控制截面非预应力筋屈服、跨中控制截面非预应力筋屈服、极限破坏状态等阶段的受力特征,获得了无粘结CFRP筋在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的应力增长规律,基于试验结果提出了在这两个状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,提出了分别以中支座控制截面综合配筋指标为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角为自变量的弯矩调幅的计算公式。

高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度分析

钢筋与混凝土材料的高强化是工程结构发展的重要方向,为研究配置高强钢筋的高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度,整理了37根高强钢筋高强混凝土桥墩试验数据,与Priestley、Paulay、Telemachos及我国《公路桥梁抗震设计细则》建议的塑性铰区长度计算公式进行了对比分析,并通过灰色关联方法分析了影响高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度的主要因素。研究表明:与试验结果相比,各公式计算值离散性较大,Paulay公式、Telemachos公式偏于不安全,Priestley公式和我国JTG/TB 02—01—2008《公路桥梁抗震设计细则》建议公式偏于保守;在高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰长度的各影响因素中,纵筋直径影响最大,其次是试件高度和截面宽度,试件轴压比和力学含箍率影响最小,高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度的主要影响因素基本符合目前的认识水平。

内置钢箱-混凝土连续组合梁受力性能试验

为研究超静定内置钢箱-混凝土组合梁的塑性设计方法,进行了4根两跨内置钢箱-混凝土连续组合梁试验,获得了试验梁裂缝分布与开展、变形发展、破坏特征及塑性内力重分布等方面的试验结果.通过分析,给出了内置钢箱-混凝土连续组合梁等效塑性铰区长度计算公式,提出了以支座控制截面弯矩弹性计算值与组合梁正截面破坏时钢箱所承担弯矩之差为调幅对象、以相对塑性转角为自变量的弯矩调幅设计方法.

型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度研究

为了对地震作用下型钢混凝土框架柱的等效塑性铰长度做出较为准确的定义,根据课题组前期试验结果,对水平地震作用下型钢混凝土框架柱的破坏现象和机理进行了深入分析,建立了地震作用下型钢混凝土柱的柱顶极限位移模型,基于考虑纵筋屈服后型钢和核心区混凝土的弯曲效应以及型钢翼缘的应变渗透效应,通过理论分析与推导得到了柱顶极限位移模型中各分量对应塑性转角计算方法,最终采用曲率积分的原理建立了适用于型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度的计算表达式。将解析方法得到计算结果与试验结果进行对比,结果表明:该文所提出的等效塑性铰长度计算公式与型钢混凝土框架柱在水平地震荷载作用下的试验结果吻合较好,该研究结果可为型钢混凝土组合结构构件基于性能的抗震设计和弹塑性分析提供一定的理论支撑。

铁路圆端空心墩等效塑性铰长度试验研究

等效塑性铰长度通常用于估算桥墩顶部的位移能力,是空心墩抗震性能分析的重要指标之一。鉴于目前塑性铰长度公式大多源于实心构件的试验和理论成果,铁路圆端空心墩的塑性铰特性、现有计算模型的适用性等亟待深入研究。因此,对4个1/6缩尺的圆端空心墩模型进行拟静力加载,观测试件损伤演化历程,分析桥墩塑性铰和曲率分布特性,并比较既有塑性铰长度公式计算值与实测值。结果表明:最终墩身裂缝分布范围约占桥墩高度的2/3,塑性损伤主要集中在墩底空心墩倒角附近区域;由于墩底实心段、倒角过渡段和墩身变截面的影响,墩底塑性铰区相对延长并整体上移;Eurocode8模型计算结果与试验值最为接近,可用于估算铁路圆端空心墩等效塑性铰长度。

压弯剪扭耦合作用下RC圆柱桥墩等效塑性铰长度研究

为保证小半径曲线桥圆柱桥墩在压弯剪扭耦合作用下等效塑性铰长度计算的准确性,基于22根钢筋混凝土(RC)圆柱桥墩拟静力试验数据,以扭弯比为主要影响参数提出压弯剪扭耦合作用下RC圆柱桥墩的等效塑性铰长度线性回归拟合公式。根据试验结果对拟合公式和不同规范中的计算公式进行评估,并对拟合公式进行修正。结果表明:扭转作用会影响桥墩等效塑性铰长度,所提出的拟合公式由于考虑了扭转效应的影响,在计算耦合作用下圆柱桥墩等效塑性铰长度时结果具有较高的准确性和保证率;规范中的公式均没有考虑扭转作用的影响,等效塑性铰长度计算结果离散性较大,会导致设计偏不安全。因此所提出的公式更适合压弯剪扭耦合作用下圆柱桥墩的等效塑性铰长度计算。

FRP筋无粘结预应力混凝土结构极限强度分析

FRP筋(Fiber Reinforced Plastics)是通过拉挤工艺胶合高强纤维形成,具有强度高、重量轻、耐腐蚀、无磁性等优良性能,可作为加强材用于盐害地区、海洋工程等条件严酷混凝土结构中,不仅可以解决钢筋锈蚀问题,提高结构的耐久性和使用寿命,而且还可以显著降低结构自重。提出将FRP筋应用于预应力混凝土桥梁结构最好选择无粘结预应力技术的观点,应用等效的塑性区长度来计算无粘结预应力结构FRP筋的极限应力,为结构极限强度分析提供必要技术指标。

欧洲规范EC3高强螺栓等效T形件的有效长度及承载力研究

本文介绍了欧洲规范EC3中关于高强螺栓受拉连接等效T形件的三种破坏模式及等效受拉T形件三种破坏模式下的承载力公式。研究了柱翼缘带有背板加强的T形件的承载力公式,通过与无背板加强T形件的承载力比较得出:柱翼缘受拉螺栓孔位置设置背板能够有效地提高T形件翼缘的抗拉承载力,增大柱翼缘的抗弯能力。最后,研究了端板塑性铰线分布模式以及等效T形件有效长度的取值方法。

钢筋混凝土柱等效塑性铰长度计算研究

等效塑性铰长度是确定压弯钢筋混凝土柱塑性转动能力和极限位移能力的重要指标.为准确计算等效塑性铰长度,首先通过截面分析推导得出塑性铰长度的影响参数,根据计算分析结果,建立考虑弯曲作用的等效塑性铰长度计算公式;收集PEER数据库30个弯曲破坏柱极限水平位移数据,在此基础上进一步提出考虑纵筋滑移影响的等效塑性铰长度计算公式;最后,采用所提公式与现有其他等效塑性铰长度计算公式,计算得出柱极限水平位移,并与试验数据进行对比.研究结果表明:压弯钢筋混凝土柱塑性铰长度主要与轴压比n、受拉纵筋配筋率ρ有关,随着n的增大和ρ的减小,塑性铰长度不断减小;所提公式与试验数据吻合良好,可以用于压弯钢筋混凝土柱抗震设计分析.

锈蚀钢筋混凝土柱等效塑性铰长度计算方法

为了评估锈蚀钢筋混凝土(RC)柱变形能力及承载能力,提出了考虑弯曲效应及纵筋滑移效应的锈蚀RC柱等效塑性铰长度计算方法。首先,分析锈蚀RC柱的锈蚀损伤形态及破坏过程,定义了锈损混凝土本构关系,并考虑钢筋锈蚀对黏结强度与黏结应力分布的影响,建立了锈蚀钢筋混凝土黏结滑移模型;其次,结合截面P-M-φ分析得到了弯曲变形分量与纵筋滑移分量所对应塑性转角计算方法,采用曲率积分原理建立了锈蚀RC柱等效塑性铰长度计算公式;最后,将基于该公式所得等效塑性铰长度L_(p)计算值与柱顶荷载-位移计算曲线分别同试验结果进行对比。研究结果表明:L_(p)计算值与试验值相对误差较小,柱顶荷载-位移计算曲线与试验结果吻合较好,表明所建立锈蚀RC柱等效塑性铰长度计算方法准确度较高,可用于评估锈蚀RC柱承载力及变形性能。

铁路圆端形空心墩位移能力与等效塑性铰长度分析

为采用简化公式计算桥墩的位移能力,大多数国家的桥梁抗震规范均已引入等效塑性铰长度这一概念。由于铁路桥墩粗大等特点,目前我国铁路规范尚未给出桥墩等效塑性铰长度的计算公式。针对影响等效塑性铰长度的3个主要因素:墩高、配筋率和截面宽度,采用基于OpenSees平台的纤维单元,对72个桥墩进行横桥向推覆数值模拟,计算得到等效塑性铰长度,通过回归分析给出适合此类桥墩的等效塑性铰长度计算公式,并基于所得到的等效塑性铰长度,利用简化公式计算桥墩的位移能力。研究结果表明:基于本文所提出的等效塑性铰长度计算公式能较好地与有限元计算结果相吻合。

局部连梁出现塑性铰后双肢剪力墙的分析及计算

本文研究了局部连粱出现塑性铰后双肢剪力墙的受力特点及计算简图,提出了在三种常用水平荷载作用下内力和侧移的理论分析和计算方法。当连梁无塑性铰时,本文公式也可取代双肢墙的弹性分析。文中给出计算实例。

考虑不确定性的钢筋混凝土柱等效塑性铰长度概率模型

为克服传统等效塑性铰长度模型无法综合考虑多种因素及其不确定性影响所存在的缺陷,研究提出了一种模型形式简洁且能够综合考虑各种关键因素及其不确定性影响的钢筋混凝土(RC)柱等效塑性铰长度概率模型.首先基于等效塑性铰理论,综合考虑柱高、轴压比、纵筋配筋率、纵筋强度和纵筋直径的影响,建立了等效塑性铰长度的解析表达式;然后通过引入概率模型参数来描述不确定性的影响,结合贝叶斯理论与马尔科夫链蒙特卡洛法对概率模型参数进行动态更新,建立了等效塑性铰长度的概率模型;最后结合试验数据和概率模型,对传统等效塑性铰长度模型进行概率校准分析.分析表明,所建立的模型具有较高的计算精度,并且能够对等效塑性铰长度的概率分布特征进行合理描述,同时还可以校准传统等效塑性铰长度模型,并依据预定的置信水平确定RC柱等效塑性铰长度的概率特征值.