基于MFBFE剪力墙单元研究及低周反复试验数值分析

基于力插值纤维单元是目前钢筋混凝土结构非线性分析最常用的单元,它忽略单元的截面剪切变形,采用平截面假定,但对于剪力墙构件,其截面高度比较大,仍采用平截面假定忽略截面剪切变形将会造成较大的误差。基于这一背景,文中提出考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE),其截面不再是平截面,而是曲面,用以模拟剪力墙的地震反应非线性分析。基于OpenSees进行MFBFE单元开发,并对一组9个剪力墙试件进行水平低周往复模拟。实例分析结果显示较好地预测了构件的初始刚度、屈服力、极限力、卸载刚度、残余位移、延性和能量耗散,表明MFBFE单元模拟剪力墙地震反应非线性分析有较高的精度。并且对MFBFE单元在不同轴压比、不同高宽比、不同混凝土强度、不同纵向配筋率、不同约束区长度、不同配箍率下进行趋势分析。数据显示,文中提出的分析模型的适用范围很广,对于上述不同的计算和构造条件下都满足精度要求。

新型剪力墙单元与TUS/ADBW系统

多层及高层建筑结构空间设计程序已应用多年。近年来高层建筑的体型和平面布置日趋复杂，对结构设计提出了更高的要求，在大量的工程设计应用中，结构设计程序必须满足三个基本条件：第一，力学模型正确；第二，程序运行可靠计算结果可信；第三，使用方便。清华大学建筑设计研究院研制的TUS／ADBW多层及高层空间结构通用设计系统，以新型剪力墙单元为结构分析的理论基础，以国家现行规范为依据，可对各种复杂结构进行分析。该系统的全部功能均经过严格地考核验证。该系统运行于MS－Windows环境下，为用户提供方便、友好、易用的界面，使用非常方便。

OpenSEES的剪力墙宏观单元的研究

重点研究三维剪力墙单元MVLEM3D的数值模型及计算原理,并采用开源非线性有限元程序OpenSEES进行剪力墙低周往复试验的数值分析,探讨不同单元划分形式对结果的影响。通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,对不同弹簧个数、不同竖向及水平划分方式,建立剪力墙宏观单元模型进行分析,对比试验结果表明该数值方法能够很好地从宏观上模拟剪力墙弹塑性行为:包括中和轴移动、剪切变形影响、局部塑性状态及破坏机制等。通过单元及弹簧的划分对比,可知该单元可通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,节省大量计算时间。对于强非线性分析,增加水平划分可以考虑局部的破坏变形,使骨架曲线下降段明显。因此该单元适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定。

单元式双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

单元式双钢板混凝土组合剪力墙便于拆装,能够实现建筑设计的灵活性,能够在抗震墙上方便快捷地开设门窗洞口。该文介绍了9个单元式双钢板混凝土组合剪力墙试件的抗震性能试验,研究了在低周往复荷载作用下单元式组合剪力墙的力学性能和破坏模式,分析了单元数量、轴压比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明:单元式双钢板混凝土组合剪力墙具有承载力较好、良好的可拆装性、滞回曲线饱满,抗震性能优越。试件整体平均的位移延性系数是2.3,说明剪力墙试件具有较好的延性,到达峰值荷载后在较大的变形下能够继续维持荷载。墙体单元数量越多,承载力越低,初始刚度较低,但墙体具有更好的延性,能够在较大位移时具有更好的耗能能力。大轴压比可以获得较高的屈服荷载及峰值荷载,但破坏过程迅速,延性较差。混凝土强度增大,可以提高单元式组合墙的屈服荷载及峰值荷载,承载能力有所提高,但延性系数基本不变,说明混凝土强度对单元式组合墙体的变形能力影响较小。

剪力墙非线性分析单元MFBFE的理论及开发

纤维单元以其单元自身的优点被广泛使用于梁柱构件的非线性分析中,对于剪力墙构件,由于纤维单元采用平截面假定,忽略单元的截面剪切变形,会造成很大的误差。该文对基于力插值的纤维单元进行修正,将其引入到剪力墙构件的分析中,介绍了考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE)和材料单轴本构的形成,给出单元在OpenSees平台上的开发过程,特别是迭代过程中的非线性分析算法和OpenSees框架下单元和材料本构的实现方式。通过实例分析对MFBFE的应用效果进行检验,得到了两组6片剪力墙的水平低周往复模拟数据,与试验结果对比,可以认为试件模拟结果中各项抗震性能指标均与试验值相接近,单元分析精度较高。

单元式双钢板组合剪力墙抗侧性能影响因素分析

单元式双钢板混凝土组合剪力墙是一种新型的双钢板混凝土组合剪力墙,主要构造是墙体上下的边缘梁与墙单元利用螺栓进行连接。墙体单元在工厂预制,整片墙体在施工现场全螺栓装配。因此该新型双钢板混凝土组合剪力墙施工方便快捷、便于组合拆装,可以实现建筑物生命周期结束后的全更换,既绿色环保又节省成本。在此基础上,对此新型双钢板混凝土组合剪力墙的抗侧力学性能进行了基本分析。首先结合箱型双钢板组合剪力墙的抗剪性能试验研究,建立了ABAQUS有限元模型进行验证,论证了所建立的ABAQUS模型的可靠性。然后建立了23个单元式双钢板混凝土组合剪力墙的有限元模型,研究了墙体分割单元数量、混凝土抗压强度、钢材屈服强度、轴压比和钢板厚度对其抗侧承载力、抗侧刚度和延性等基本力学性能的影响。1)墙体单元数量的变化范围为1~4,随着墙体单元数量的增多,墙体屈服荷载及峰值荷载均降低,墙体的总承载能力逐渐降低;墙体的极限位移逐渐增大,延性系数越来越大,变形能力有所提高。2)混凝土抗压强度的变化范围为30~80 MPa,随着混凝土强度的提高,墙体的抗侧刚度略有提高,极限位移基本呈现减小的趋势,墙体的延性系数逐步减小,衰减幅度较小。墙体的变形能力逐渐降低,但减幅并不大。3)钢板屈服强度的变化范围为235~500 MPa,随着钢板屈服强度的增大,墙体的屈服荷载和峰值荷载逐渐增加,承载能力有所增加;墙体的屈服位移及极限位移逐渐增加,墙体的延性系数逐渐增加,变形能力有所提高。4)轴压比的变化范围为0.1~0.6,每级增加0.1,在轴压比较小时,提高轴压比能够提高组合剪力墙的屈服荷载及峰值荷载。5)钢板厚度的变化范围为2~6 mm,随着钢板厚度的增大,墙体的屈服荷载和峰值荷载逐渐增加,承载能力有所增加,墙体的初始抗侧刚度和延性系数逐渐增加,变形能力有所提高。通过分析可以得到:增大混凝土强度、钢板屈服强度、钢板厚度能够提高承载力,另外,提升钢板屈服强度和钢板厚度均会提高其延性;单元式双钢板组合剪力墙在水平荷载作用下的抗侧刚度由混凝土部分和钢板两部分共同贡献,增大钢板厚度能够提高其抗侧刚度;墙体单元数量越多,其初始刚度越小,承载力降低。建议在满足施工环境的条件下,两个相邻框架柱之间墙体的单元数量不宜超过3。

对“常用结构计算软件与结构概念设计”的几点讨论

近几年,随着国内工程设计要求的深化和设计水平的提高,用于结构分析和设计的软件也有所增加。因此,出现了一些比较软件功能和技术水平的综述性文章,它们可以帮助工程师去正确的选用和使用软件。“常用结构计算软件与结构概念设计”对于国内目前使用的几种软件的基本功能进行了阐述。基于对该文章的研读和对软件的应用体会,提出一些观点与原文作者及广大工程师进行讨论。内容涉及基本的有限元分析技术和相关软件的技术要点讨论。

中海名都高层住宅结构模型模拟地震振动台试验研究

中海名都高层住宅是一结构布置较为复杂的高层建筑。其特点是：底部1-3层是具有落地核心筒的大空间结构，上部4-33层为由四个剪力墙筒单元和作为楼电梯间的剪力墙核心筒组成的剪力墙结构，四个剪力墙筒单元与核心筒由局部楼板连接，上下部通过三层顶的梁式转换层衔接成为整体。作者设计了一个1：20的结构模型，并对其进行了多种地震动的26种工况下的振动台试验，获得了充分的动力反应信号数据，从结构的宏观整体动力反应和预期地震作用下的受力特点的角度，给出了模型结构的自振特性和输入波下的动力反应，得出了一些有益的结果。试验研究表明，该结构在设防烈度所对应的地震作用下具有良好的抗震性能，在大震作用下仍具有良好的工作能力；中间核心筒和四个剪力墙单元在整个试验过程中具有良好的整体工作能力，并没有出现不稳定的现象。

常用结构计算软件与结构概念设计探讨

近几年，随着在结构计算软件日益普及的今天，结构分析和设计的软件也有所增加。设计人员只需作必要的数据输入．计算机就会给出计算分析结果。设计师的设计工作对结构计算软件的依赖性也越来越大，从而忽略结构概念设计的重要性，就几种目前使用的软件的基本功能进行阐述，重视慨念设计对建筑结构设计至关重要，是一种综合设计能力的体现，能较好地提高建筑结构的设计质量。

基于修正力插值纤维单元的汶川地震典型高层建筑震害模拟

在非线性阶段,剪力墙构件由于其截面高度比较大,受力极为复杂,仍采用平截面假定将会造成较大的误差。考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE),其截面不再是平截面,而是曲面,在剪力墙构件的非线性地震反应分析有较高的精度。基于MFBFE单元对汶川地震中破坏严重的都江堰市电信大楼进行逐步增量时程分析(IDA)。分析结果显示底层和9层是薄弱层,而底层由于各指标基本都为最大值,因此将首先出现破坏,这与震害调查结果基本相符。验证了MFBFE单元在实际结构分析中的合理性和可靠性,为高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。