建筑混凝土轻钢结构损伤可靠检测仿真研究

建筑混凝土轻钢结构强度高、整体刚性好、变形能力强,但由于其构件断面偏小,发生开裂损伤后极限承载能力下降,严重影响建筑整体质量,所以应研究建筑混凝土轻钢结构损伤检测方法。先构建轻钢结构实体并自动生成三维轻钢结构有限元模型,利用模态分析模块求解轻钢结构模态参数。采用希尔伯特振动分解算法,获取轻钢结构损伤检测的最大幅值分量信号,并将其输入至全连接神经网络,检测损伤情况,并输出损伤结果。测试结果显示:获取的一阶和二阶频率结果与实际结果之间最大差值分别为0.75Hz和1.2Hz,说明上述方法可准确得出轻钢结构的相关模态参数,能够完成建筑混凝土轻钢结构损伤的可靠检测。

混凝土弹塑性损伤本构模型参数及其工程应用

为提高弹塑性损伤本构模型的工程实用性,研究各参数取值对模型损伤发展、塑性发展及材料应力应变关系的影响.拟合参数取值与混凝土材料常用指标弹性模量、单轴抗压强度及单轴抗拉强度联系之间的函数关系,提出实用的参数取值确定方法.对规范规定的各强度混凝土材料进行数值模拟,结果表明:模型及参数确定方法能够较准确地模拟混凝土材料的各种非线性本构行为.采用用户材料子程序UMAT进行本构模型在ABAQUS中的二次开发,对上海某酒店项目进行数值模拟:在结构设计软件PKPM中完成建模,将模型转换为ABAQUS模型进行计算,并将计算结果与振动台试验结果进行比较.结果表明:各振形计算自振频率相差在5%以内,顶层位移时程除个别极值外总体匹配较好,楼层位移差在10%以内,最大层间位移除个别楼层相差达到30%以外,一般楼层相差10%左右,验证了所提出的参数确定方法及本构模型是合理有效的;通过分析结构各关键时刻损伤分布云图,表明弹塑性损伤本构模型能够实时反映结构的破坏过程,便于分析者直观地把握结构破坏形态.

一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变

基于Hsieh-Ting-Chen强度破坏准则的思想,提出由于求解混凝土各向同性损伤模量的等效应变。首先通过混凝土试件材料特性以及强度试验资料来确定四参数,然后求解出由多轴应力状态下的应变退化得到的等效应变以及相应的损伤模量。对一混凝土立方体试件进行有限元分析,计算结果表明:采用该等效应变计算所得的应力应变曲线与试验曲线吻合性较好,从而说明了该等效应变的合理性,并且可说明利用该等效应变的损伤模型不但可以描述单轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线,而且能描述多轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线。该等效应变形式单一,计算简单。

混凝土撞击损伤模型参数的确定方法

针对高速撞击条件下混凝土的Johnson Cook计算模型 ,以混凝土的静态抗压强度为基础 ,利用美国ACI提出的混凝土强度计算的一些经验公式 ,同时通过对计算数据的分析 ,最后给出一种简易的确定混凝土损伤模型参数的方法 ,并将数据计算结果和已有文献的实验数据进行了比较 .

基于四参数等效应变的各向同性损伤模型

针对Loland和Mazars各向同性损伤模型关于峰值应力前后应力应变曲线假设的缺陷,做了两点改进:(a)认为应力峰值前后σ ε均为非线性关系;(b)根据Hsieh Ting Chen强度破坏准则的基本思想,给出了一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变.该等效应变不但可以用于描述单轴应力状态下混凝土的本构关系,而且能描述多轴应力状态下混凝土的本构关系.数值算例验证了所给等效应变的合理性,从而说明了修改过的Mazars损伤模型的正确性.

冲击荷载下混凝土本构模型及损伤延迟指标的参数研究

冲击荷载作用下混凝土材料中会引起高应变率。以损伤理论为基础,Eibl和Schmidt-Hurtienne模型考虑了高应变率作用下混凝土的"记忆效应",较客观地反映了混凝土的动态力学行为。在作者以前的研究中,采用循环逼近的方法可以确定该模型中参数取值,并引入了"相对半值损伤积累时间"指标以定量评价混凝土的动力损伤延迟,但该法以及指标的确定需要较多的数值消耗,难以应用于结构动力分析。为便于实际应用,研究模型中参数和指标在混凝土立方体抗压强度30MPa^60MPa以及应变率0.0001s-1~100s-1范围内的取值,对模型中参数和指标的取值分别进行数据拟合并给出了相应表达式。

钢筋混凝土剪力墙构件双参数地震损伤模型研究

为了研究剪力墙的地震损伤,在分析现有结构地震损伤模型的基础上,基于理想弹塑性结构的恢复力模型,提出一种改进的双参数地震损伤模型。依据实验数据,采用该模型对钢筋混凝土剪力墙结构在低周反复荷载作用下的变形与累积滞回耗能进行分析,确定模型参数。对剪力墙结构损伤中最大变形引起的损伤和累积滞回耗能引起的损伤进行了比较,结果表明最大变形引起的损伤在结构损伤中所占比例较大,但累积滞回耗能引起的损伤不能忽略。

基于变形与耗能的钢筋混凝土柱双参数损伤模型参数修正

针对钢筋混凝土柱Park-Ang双参数损伤模型的边界收敛性及变量离散性缺陷提出修正.通过理论推导,得出P-Δ效应对构件侧移的影响.利用钢筋混凝土柱抗震性能试验数据,根据构件的抗侧刚度、箍筋间距及横向箍筋约束类型等指标,运用对数拟合及贝叶斯参数更新法,得到对应的修正模型表达式,并给出变量参数的建议取值.研究表明,相对于原模型而言,修正后模型边界收敛性提高,且基于贝叶斯方法的修正形式更能体现不同构件间的差异性,更具统计意义.根据试验现象,验证了修正模型对损伤演化过程预测的适用性.

反复加载作用下混凝土损伤塑性模型参数验证

主要研究反复加载作用下混凝土梁柱构件模型有限元参数的验证,Abaqus中通常采用混凝土损伤塑性模型(CDP模型)来定义混凝土本构关系,这是因为,损伤塑性模型在模拟混凝土构件的力学性能方面有很高的精度。而影响损伤塑性模型精度的六个参数包括:受压屈服应力、非弹性应变、受压损伤参数、受拉屈服应力、开裂应变、受拉损伤参数。原本需要混凝土材料试验得到以上六种参数,通过Abaqus中损伤塑性模型理论和规范中混凝土本构模型,在编程软件Matlab的帮助下,得到了C40混凝土的损伤塑性模型参数,节省了大量的时间和成本。在此基础上对梁柱节点试验进行精确化的建模,与试验结果相比,模拟结果有较高的精确度,误差在可接受范围以内。进而可得出,得到的混凝土损伤塑性模型的6个参数是准确的。

钢筋混凝土构件损伤模型参数确定

根据文献 [1]中 10根钢筋混凝土柱试验的基础上 ,分析单调加载线、强度衰减等在双向循环荷载作用下的恢复力特性 ,并确定了双向累积损伤模型参数 .

一种基于Willam-Warnke模型的钢纤维混凝土单轴损伤本构模型

通过选取Willam-Warnke五参数模型作为屈服函数,基于等效应变假定和损伤准则,并将钢纤维含量特征值与屈服函数、损伤准则相联系,建立了增量型式单轴弹塑性损伤本构模型。根据已有钢纤维混凝土单轴拉伸与压缩试验结果,应用该模型进行了验证,验证结果表明,模型计算结果与试验结果吻合较好,能够很好地反映出钢纤维掺量对峰后曲线的影响。同时,应用该模型对在单轴下的拉伸循环、压缩循环以及、拉压循环进行了验算,验算结果表明,该模型能够模拟计算单轴复杂加载路径下的应力-应变关系。

混凝土塑性损伤模型参数的研究

基于相关的试验研究成果,提出了一种确定混凝土塑性损伤模型(K&C模型)强度参数取值的方法.针对K&C模型损伤参数取值依赖于单元尺寸的问题,以我国混凝土规范为基准,阐述了损伤参数值的调整方法,使得数值计算结果更加合理.利用ANSYS/LSDYNA模拟混凝土常规三轴压缩试验,K&C模型分别采用本文确定和程序自动生成的强度参数值,并将计算结果与国内外试验结果比较,研究表明:采用本文提出的方法确定K&C模型强度参数值比较合理.

建立在应变空间上的混凝土四参数破坏准则

提出了建立在应变空间上的混凝土四参数破坏准则,从而消除了Hooke定律假设和平面应力假设对有限元分析计算的影响.结合损伤模型,通过算例计算并与应力空间其他准则相比较,验证了该准则的合理性和可行性.该准则的特点是:形式简单,不仅能正确反映混凝土单轴应力状态下的强度,而且能很好地反映多轴应力状态下混凝土的强度.

基于断裂力学和损伤理论的混凝土开裂模型

依据宏观断裂力学和细观损伤理论,研究混凝土断裂过程区对断裂韧度的影响.在双参数模型的基础上,将细观的损伤本构模型运用于描述宏观断裂过程区的应力分布,并建立改进的混凝土开裂模型.以力学实验为基础,采用ABAQUS分析软件对不同龄期、不同初始裂缝深度的混凝土梁开裂过程进行模拟.数值模拟结果表明,应力强度因子和裂缝尖端位移都随着龄期的增加而增加.但是在同一龄期,初始缝高比对应力强度因子和裂缝尖端位移的影响并不明显.采用改进模型进行的数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该开裂模型能准确描述混凝土的临界开裂,可以作为评价混凝土开裂与否的理论判据.

钢筋混凝土框架结构屈服前阶段损伤程度模型分析

由于作用使既有结构产生的损伤,直接影响结构抗震性能及加固方案,结构损伤程度的适用计算方法即成为急需解决的科学问题。分析钢筋混凝土框架损伤机理,将其开始承受荷载至结构破坏定义为三大阶段:框架完好至截面出现裂缝为微损伤、截面开裂至框架一个截面屈服为轻中度损伤(若裂缝宽度不超过《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)规定的正常使用极限状态最大裂缝宽度可为轻度损伤、至屈服为中度损伤)、框架屈服至形成机构体系为严重损伤。采用相对刚度作为损伤参数,基于框架在水平低周反复荷载作用下试验结果,拟合出相对刚度和相对荷载的关系;对钢筋混凝土单榀框架微损伤至中度损伤阶段(框架一个截面屈服)进行有限元数值模拟分析,提出了钢筋混凝土框架微损伤程度和轻中度损伤程度的理论计算模型,与已进行的框架试验和有限元分析结果符合良好。

高强混凝土剪力墙地震损伤模型分析

在分析比较现有钢筋混凝土结构的地震损伤模型的基础上,根据高强混凝土剪力墙的滞回曲线特性及刚度退化规律,采用能量耗散系数和最大变位处的卸载刚度的退化为破坏参数,提出了适用于高强混凝土剪力墙构件的双参数地震损伤模型。依据已有的高强混凝土剪力墙构件试验研究结果,对损伤模型进行非线性回归分析,确定了相应的地震损伤模型参数,提出了高强混凝土剪力墙各性能水平的损伤指数以及相应于三水准抗震设防的损伤指数允许值。分析结果表明,按本文所提出的损伤模型计算得到的剪力墙构件最终破坏时对应的损伤指数,其平均值在合理范围内,标准差较小;损伤指数计算值对应的损伤程度基本符合试验结果,计算结果离散程度较低。

混凝土剪力墙地震损伤模型及参数的简化计算研究

为了使混凝土结构损伤指数的计算更为简便，用规则化、几何学中的“割补”等方法对Park双参数损伤模型进行了修正，并提出了损伤指数简化计算方法。根据对大量剪力墙试验数据统计的结果，找出了剪力墙构件在开裂、屈服、荷载峰值、极限状态时剪力、位移、刚度之间的定量关系，并将其应用于损伤指数的计算，将损伤指数计算值与已有损伤模型预测结果进行了对比。结果表明，本文模型预测结果与现有模型预测结果较为较近。

方钢管混凝土柱的地震损伤模型

为建立方钢管混凝土构件的双参数损伤模型,通过7根方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的滞回性能,获得了各构件破坏时的累积滞回耗能,通过回归分析得到了适合方钢管混凝土柱的双参数损伤模型。研究表明:方钢管混凝土柱在模型中的耗能因子β应为0.042;大于圆钢管混凝土柱的耗能因子,方钢管混凝土柱基于累积滞回耗能的损伤比例要远大于圆钢管混凝土柱。模型的建立对于方钢管混凝土结构的抗震设计及震害分析都具有重要的指导意义。

高强钢筋自密实混凝土短肢剪力墙地震损伤模型研究

为了探究高强钢筋自密实混凝土短肢剪力墙在水平地震作用下的损伤机理,进行了5片墙体试件的低周反复荷载试验。考虑到水平往复荷载对试件累积损伤的影响,记录了试件各损伤阶段的变形和裂缝发展,探究了轴压比、肢厚比和体积配箍率对高强钢筋自密实混凝土短肢剪力墙损伤机理的影响,提出了一种适合高强钢筋自密实混凝土短肢剪力墙的双参数地震损伤模型。对比试验结果,表明该模型与试验墙体的受力机理和破坏特征吻合较好。结合试验过程和损伤指数,给出了试验各阶段损伤指数所对应的试验现象,可为结构损伤判断提供参考。

直接拉伸状态下混凝土动力损伤本构模型的研究

混凝土作为一种率敏感性材料,在不同的加载速率下表现出不同的力学特性。加之其非均匀性,使得混凝土本构关系的研究变得很复杂。通过混凝土动态抗拉行为的实验,得到应变速率对其力学参数的影响规律,通过损伤变量的引入,推导出一种直接拉伸状态下的混凝土动力损伤本构模型,并给出推导直接压缩情况下的动力损伤本构关系的方法。