材料单轴滞回准则对组合构件非线性分析的影响

材料单轴滞回准则的选择是采用纤维模型进行组合构件非线性分析的关键问题之一。首先给出了混凝土、钢筋和钢材的精细滞回准则和简单滞回准则,以及精细滞回准则的程序实现流程,其中混凝土材料的精细滞回准则通过对已有模型的改进可准确考虑任意可能复杂加卸载路径下各类混凝土材料的强度退化和刚度退化特征。通过对组合梁和钢管混凝土柱的抗震性能试验进行模拟,验证了精细滞回准则的模拟精度。研究了材料单轴滞回准则对组合构件整体滞回性能模拟结果的影响。分析结果表明:钢材滞回准则是影响组合构件抗震性能模拟精度的关键因素,应考虑钢材的包辛格效应,而混凝土材料的滞回准则对非线性分析结果的影响很小,采用简单滞回准则即可取得较好的模拟精度。

奥氏体不锈钢滞回本构模型研究

准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢材料的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢结构体系强震分析提供有力工具。

钢板剪力墙水平荷载作用下简化滞回理论模型研究

为实现利用简化杆系模型准确模拟钢板剪力墙结构复杂的滞回行为,提出一种适用于桁架单元的钢板剪力墙滞回理论模型。给出了该模型骨架曲线和滞回准则的数学表达,建立了关键点参数与结构特性之间的解析关系,综合考虑了材料本构关系影响以及钢板受压区域的贡献,该模型适用于不同内嵌钢板宽厚比情况。利用ABAQUS有限元软件用户子程序接口UMAT进行二次开发,编制了相应的计算程序,实现了钢板剪力墙简化滞回模型与杆系单元的集成,兼顾计算精度和计算效率。结合典型钢板剪力墙试验结果,验证了模型的准确性和适用性。

基于OpenSees的空间桁架后屈曲材料本构模型

空间桁架结构在轴向压力作用下容易发生失稳,采用合理的钢材本构关系进行分析是准确追踪桁架屈曲后行为的有效方法.借助Open Sees软件平台,基于桁架非弹性后屈曲单轴材料本构模型,根据滞回准则,提出了该本构模型新的实现方式;将模型分解为受拉屈服前卸载、受拉屈服后卸载、受压屈服前卸载和受压屈服后卸载4种加卸载路径,基于材料基类编制了空间桁架弹性后屈曲、非弹性后屈曲本构模型,通过算例验证了这些本构模型的正确性,并为如何采用这些模型进行空间桁架结构分析提出了建议.

轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。

结构钢材循环荷载下的本构模型研究

在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包括:单调加载曲线、循环骨架曲线以及滞回准则,通过建立数学模型对钢材循环荷载作用下的反应进行描述。根据提出的模型并基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,开发了适用于结构分析的钢材单轴循环本构模型。通过与多种加载制度下钢材反应的试验数据进行对比,进而证明该文所提出模型的正确性以及适用性,保证其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的精度和可行性。分析结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的反应有很大的差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;钢材在循环荷载下的滞回准则也与现通用有限元软件中的本构模型有较大区别,这对于抗震计算设计的准确性有一定的影响。

考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。

循环荷载下钢材本构模型的应用研究

为进一步验证循环荷载下钢材本构模型的适用性及广泛性,分别从材料及构件层次选取了国内外典型的循环试验结果对模型进行充分验证,包括钢材循环低周疲劳试验、钢构件循环加载试验、钢节点以及组合节点循环加载试验。并通过对比分析循环荷载下钢材本构模型与常用的两折线模型在构件及体系层次应用效果,充分说明了循环特性显著影响抗震性能,在今后的设计计算中需要引起重视。在此基础上,将钢材循环本构模型应用于一个十层钢框架结构抗震性能分析之中,验证了其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的可行性,为钢结构的抗震分析提供了有力的工具。