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。

塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱抗震性能研究

为研究塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的抗震性能,完成了2根ECC-钢管混凝土组合截面柱和1根普通钢筋混凝土柱对比的低周反复水平荷载试验,并对试验结果得到的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、残余位移、耗能能力等抗震性能指标进行量化分析。试验结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的承载力、刚度及耗能能力均有较大程度提高,残余位移也得到有效控制,ECC材料能够与钢管及钢管内部填充材料协同工作和共同变形。

钢筋混凝土墩塑性铰区抗剪强度模型

鉴于现行规范仅有实心墩抗剪模型,尚未给出空心墩的抗剪公式,且既有模型对斜截面钢筋变形协调性及纵筋拉伸漂移关注不够,亟需发展更适用于两类桥墩塑性铰区的抗剪强度模型。为此,在探讨墩柱斜截面传力机制的基础上,基于桁架模型中斜裂缝上钢筋应变满足变形协调条件的假定,提出考虑斜截面箍筋非一致变形及纵筋拉伸漂移效应的塑性铰区抗剪强度模型,并结合PEER及文献中88个弯剪破坏墩柱的试验结果对模型参数进行标定。通过另外57组试验数据的对比分析表明,与既有模型相比,所提抗剪模型计算精度更高、离散性更小,适用于预测桥墩塑性铰区的抗剪能力;对应规范的强度折减系数,所提模型设计结果具有较高的安全储备,可用于空心墩和实心墩的抗剪强度设计。

塑性铰区设置橡胶层的RC柱抗震性能参数化分析

针对塑性铰区置入橡胶层的一种新型RC柱,利用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化有限元模型,对其在水平往复荷载作用下的滞回性能进行数值模拟。通过与试验结果对比,验证数值模拟方法的有效性。基于验证后的有限元分析方法,进一步研究纵筋配筋率、纵筋屈服强度、混凝土强度、橡胶硬度及轴压比等参数对该新型RC柱抗震性能的影响规律。研究结果表明:塑性铰区置入橡胶层能够改善RC柱的抗震性能,提高其变形能力与延性,减轻损伤;纵筋配筋率、纵筋屈服强度及轴压比是影响构件抗震性能的关键参数,混凝土强度与橡胶硬度的影响较小。

高强混凝土剪力墙抗震性能及其性能指标试验研究

为了改进高强混凝土(HSC)剪力墙的变形能力,按变形能力设计方法设计5个剪跨比分别为1.5和1.0的剪力墙试件,进行拟静力试验。根据试验结果,研究中高、低矮HSC剪力墙的破坏形态、破坏机理及变形性能。结果表明,分段约束箍筋对提高弯曲型剪力墙的变形能力是有效的;剪力墙变形能力设计方法在一定程度上是可靠的;剪力墙塑性铰区转角与其破坏程度有较好的相关性。根据墙体不同阶段的破坏程度,将剪力墙结构的性能划分为"使用良好、保证人身安全、防止倒塌"三个水平,提出用层间位移角和塑性铰区转角共同作为剪力墙结构的性能控制指标,并给出了三性能水平的建议值。将该HSC剪力墙与已有的普通混凝土剪力墙的试验结果进行比较,表明只要采取合理有效的抗震措施,并按强剪弱弯原则进行截面承载力设计,HSC剪力墙的抗震性能能满足设计要求。

FRP加固混凝土连续梁桥抗震混合试验研究

本文对某钢筋混凝土连续梁桥利用FRP布进行了塑性铰抗震加固,并通过不同地震作用下的整体结构抗震混合试验,研究了该桥梁结构利用FRP抗震加固的效果。试验主要利用子结构试验方法,将未加固和FRP加固后的桥墩作为试验单元,进行实际物理试验加载,而将其他部分作为计算单元在有限元软件Open Sees内建模,通过集成协调,实现整体结构的抗震试验。试验结果表明,使用FRP加固能够有效改善桥梁的抗震性能。

防屈曲支撑在某钢框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某钢框架结构进行抗震加固,对加固后结构的抗震性能进行了研究。采用弹性分析和弹塑性时程分析得到结构在多遇和罕遇地震下的反应。对比了加固前、后结构的侧向位移、层间位移角及塑性铰发展情况。讨论了防屈曲支撑的滞回特性,介绍了构件和节点的加固设计方法。分析结果表明对钢框架结构增设防屈曲支撑可以有效地减小结构地震反应,提高结构的抗震性能,减少加固工作量及大震后的修复工作。为类似的钢框架结构抗震加固工程提供参考。

延性桥墩塑性铰区最低约束箍筋用量

依据 3次不同试验的研究成果和非线性回归分析 ,建立了计算延性桥墩塑性铰区范围最低约束箍筋用量的计算公式 ,并与公路工程抗震设计规范 (JTJ 0 0 4 - 89)有关规定和国外规范计算公式进行了比较。本文所建立的计算公式 。

反复荷载下钢筋混凝土框架柱抗剪承载力分析

钢筋混凝土框架柱作为高层房屋建筑的主要承重构件，在历次地震中因框架脆性剪切破坏而造成结构严重损坏甚至倒塌的现象十分常见。本文通过分析有关试验资料，提出了钢筋混凝土框架柱塑性铰区剪切强度的计算公式及有关构造措施，以保证框架柱在一定延性条件下具有足够的抗剪强度，实现“强剪弱弯”的抗震设计原则，使抗震设计的框架结构具有足够的强度和良好的延性，以配合混凝土结构设计规范（GBJ10－89）的修订工作。本文的主要结论已被规范（GBJ10－2000）修订所采纳。

反复荷载下混凝土框架柱塑性铰区基于延性的抗剪承载力机理分析

在试验研究的基础上,以框架结构延性设计为目的采用桁架+拱模型研究了框架柱塑性铰区域抗剪受力机理,分析了位移延性系数、加载循环次数等因素对框架柱构件塑性铰区域剪切受力性能的影响,并结合试验结果提出了混凝土框架柱塑性铰区域剪切承载力抗震延性设计实用公式,可有效实现结构的延性破坏机制。主要为配合GBJ10-89的修订,该成果已被《混凝土结构设计规范》(GBS0010-2003)吸收。

混凝土框架柱塑性铰区域剪切破坏形态的试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,详细研究了塑性铰区的主要破坏形态、主要破坏特征及其发生条件,讨论了构件塑性铰区主要破坏形态的分类标准,为混凝土框架柱的抗震延性设计提供了试验依据。

混凝土墩柱塑性铰区箍筋设计用量试验研究

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的适用性和准确性有待提高。为此,基于课题组21个桥墩试验结果、PEER数据库中135个墩柱试件及相关学者的18个墩柱试件,在大量试验数据的基础上,分析实心及空心墩延性性能的主要影响因素,以轴压比、剪跨比、纵筋及混凝土强度、配筋率及位移延性系数等为参数,回归得到不同类墩柱塑性铰区约束箍筋用量的简化算式。关于试验墩柱的计算结果表明,回归公式比既有公式更适用于估算各类墩柱约束箍筋的设计用量。

塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。

方管束腹板削弱型弱轴连接的抗震性能影响因素分析

基于箱形节点域加强式工字形梁柱弱轴连接的基本形式,提出了一种新型的方管束腹板削弱(STW-RBS)型弱轴连接,这种连接是在塑性铰预期出现的位置用方钢管来取代梁平腹板而达到削弱的目的。为了研究该新型连接的抗震性能,设计了8个STW-RBS型弱轴连接节点试件进行有限元变参数(钢管中心距蒙皮板距离L、方钢管的边长A以及方钢管的厚度S)分析,并且设计了一个AW-RBS(Accordion Web RBS)型弱轴连接节点进行对比分析,主要从节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及塑性转动能力等分析节点的抗震性能。结果表明:STW-RBS型弱轴连接节点的削弱参数取值范围为L≤0.55h,A≥0.6b_f,S=t_w(h为梁截面高度,b_f为梁翼缘宽度,t_w为梁腹板厚度);在参数选取合理的情况下,STW-RBS型弱轴连接节点的延性系数可以达到6.0且塑性转动能力不小于0.06 rad,塑性铰出现在方钢管处,钢柱和节点域基本处于弹性状态,满足"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设计理念;STW-RBS型弱轴连接节点与AW-RBS型弱轴连接节点的抗震性能基本一致。

混凝土空心墩塑性铰区抗剪计算模型比较分析

准确评估空心墩塑性铰区的抗剪能力是高墩大跨桥梁抗震设计的重要内容.目前国内外规范中并未明确给出空心墩的抗剪计算模型,规范中已有的实心墩抗剪公式能否直接应用、其它文献中实心墩或空心墩抗剪强度计算方法的适用性等均有待深入研究.为此,基于25个发生剪切或弯剪破坏的空心墩试验数据,分析塑性铰区抗剪能力的影响因素,并将抗剪强度试验值与已有15个抗剪公式计算结果进行比较.结果表明:混凝土空心墩抗剪能力随混凝土强度、配箍率和轴压比的增加而提高,一定范围内随位移延性系数和剪跨比的增加而降低,纵向配筋率的影响不显著;Aschheim、Caltrans、Sezen和Shin公式的计算值与试验结果误差不超过5%,其中Sezen模型计算效果最佳,可用于评估空心墩塑性铰区抗剪能力;NZS3101、JRA、JTG/TB 02-01—2008、Eurocode 8和ACI-318等规范公式计算结果略显保守,可作为空心墩抗剪设计的依据;其余公式过高估算了抗剪强度,不适于混凝土空心墩塑性铰区的抗剪设计.

FRP加固混凝土柱的位移延性系数研究

简要概括了FRP抗震加固混凝土柱的位移延性系数的相关研究成果,包括其影响因素和计算公式,尤其是塑性铰区高度,并提出进一步的研究趋向和思路。

翼缘板加强型梁与节点域箱形加强型柱弱轴连接滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形弱轴连接普通节点和翼缘板式加强型节点进行有限元分析,研究了翼缘过渡板的长度、翼缘过渡板的厚度、轴压比、钢材强度对节点域箱形弱轴连接翼缘板加强型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,翼缘板厚度对节点的滞回性能影响较小,建议翼缘过渡板tf的厚度取值范围为1.2t≤tf≤1.6t(t为梁翼缘厚度);翼缘板长度对节点的滞回曲线影响较明显,建议翼缘加强板长度l_p的取值范围为0.6h_b≤l_p≤0.8h_b(h_b为梁的高度);轴压比不宜过大,建议取0.6以下,否则无法满足"强柱弱梁"的抗震设防要求;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载能力和极限承载能力随之也提高,但其延性也在降低,Q390以上的中高强度钢材不满足延性大于3的要求,因此中高强度钢材的应用有待进一步的研究。

钢结构单层厂房横向刚架抗震设计的若干问题及其分析和建议

以大量工程设计计算分析结果为基础,讨论彩钢板墙屋面的单层钢结构厂房横向刚架抗震设计中的几个问题。指出横向刚架的最大应力区(可能塑性铰区)位置往往出现在上柱梁底截面,梁柱刚性连接的受弯极限承载力可按不小于1·2倍梁、柱全截面塑性受弯承载力较小值的要求执行。同时,对梁的拼接承载力要求提出疑问并给出建议。进而,对耗钢量影响较大的板件宽厚比限值问题进行讨论,提出单层钢结构厂房横向刚架计算存在地震组合控制或非地震组合控制两种情况,偶遇地震组合是否为控制工况,可作为界定刚架构件是否执行抗震规范板件宽厚比限值的判别准则。当框架构件的截面受力由非地震组合控制时,其板件宽厚比可按钢结构规范弹性阶段设计的规定执行。

不同延性条件下框架柱塑性铰区箍筋抗剪能力试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,明确了加载全过程框架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例,分析了框架柱塑性铰区抗剪机理,为框架柱基于延性的抗震设计提供了试验依据。

塑性铰在高层建筑结构抗震中的计算分析与应用

首先简述建筑结构塑性铰的定义及性质;其次将塑性铰与理论铰作理论对比分析,并利用SAP2000引入一例单跨简支梁,分别在简支梁的跨中截面定义塑性铰和理论铰进行有限元分析,证明理论对比分析的结果;最后利用SAP2000对一栋10层建筑结构进行静力弹塑性Pushover抗震分析,得到其塑性铰的发展图,找出结构容易出现塑性铰的抗震薄弱部位,提出结构设计措施、局限性和对未来的展望。