超高性能混凝土拉压滞回本构模型

为合理进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)结构抗震非线性计算,提出了一种可模拟循环往复荷载作用下UHPC构件力学性能的拉压滞回本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴压试验数据,在单调轴压本构模型的基础上,引入线性加卸载路径,建立了考虑钢纤维影响的UHPC重复受压本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴拉试验数据,对应力软化型和应力硬化型的UHPC分别提出了双折线和三折线型的受拉应力-应变曲线,并建立了UHPC重复受拉本构模型。在重复受压和重复受拉本构模型的基础上,引入拉压传递机理,建立UHPC拉压滞回本构模型。基于OpenSees二次开发平台,采用文中所提拉压滞回本构模型对循环往复荷载下UHPC柱的力学性能进行计算,并与试验数据进行对比。结果表明:构建的UHPC拉压滞回本构模型可较好地模拟不同钢纤维掺量及不同轴压比下UHPC柱在循环往复荷载作用下的受力性能,可应用于UHPC结构抗震非线性分析。

国产铝合金材料滞回本构模型研究

材料的滞回本构模型是准确预测结构弹塑性地震响应的基础.为此,在国产6082-T6和7020-T6铝合金材料的循环加载试验的基础上,得到了铝合金在单调荷载和循环荷载作用下的应力-应变曲线;随后采用分段Ramberg-Osgood模型对单调拉伸曲线、循环加载曲线以及骨架曲线进行拟合,并提出了国产铝合金材料的单轴滞回本构模型.将所提出的滞回本构模型与试验结果进行对比,结果表明本文提出的滞回本构模型能够准确地描述铝合金材料在循环荷载作用下的受力性能.

应变硬化水泥基复合材料单轴滞回本构模型

为了有效地模拟应变硬化水泥基复合材料(SHCC)构件在地震作用下的性能,提出一种可模拟SHCC构件在反复荷载作用下的单轴本构模型.该模型中SHCC材料受压骨架曲线的上升段采用二次抛物线形式模拟,下降段采用双折线形式模拟;受拉骨架曲线的上升段、应变硬化段及下降段则采用三折线形式模拟.通过设置参考点的方法确定SHCC的卸载规则,考虑了不完全卸载-再加载的情况以及加载过程中的拉压间的传递模式.利用Open SEES计算平台编写了该本构模型,并与材料和构件2个层次的试验结果进行了对比,结果表明,所提出的单轴滞回模型能够准确地反映SHCC材料在反复荷载作用下的受力性能.

考虑屈曲影响的钢筋滞回本构模型

钢筋在拉压循环荷载作用下,会产生受压屈曲现象,其应力-应变曲线呈现受压应力软化效应,传统的钢筋滞回本构模型无法对其进行描述。在Bouc-Wen模型基础上进行修正,引入屈服后刚度比调整公式,建立考虑屈曲影响的钢筋滞回本构模型,并结合Newton-Raphson迭代法给出模型详细计算流程,该模型能够同时描述刚度退化、强度退化以及受压应力软化效应等钢筋滞回特性。模型滞回特性由7个基本参数进行控制,根据所收集的钢筋单轴拉压循环试验数据,采用遗传算法对其进行参数识别。之后考虑钢筋长细比、屈服强度以及强屈比的影响,对参数识别结果进行拟合,给出各控制参数计算公式。最后通过与试验结果进行对比,验证了所提模型的有效性。

面向纤维单元的钢筋混凝土材料滞回本构模型开发

采用纤维单元模型进行工程结构地震非线性分析,建立精确的材料单轴滞回本构关系,并开发有效的数值计算工具.采用Hoshikuma提出的考虑箍筋约束效应的骨架曲线,通过修正Yassin加卸载滞回规则、引入损伤变量和压-拉转换刚度退化因子建立混凝土材料的滞回本构模型;钢筋材料采用经典的Menegotto-Pinto模型.利用FORTRAN语言开发了混凝土和钢筋单轴本构模型隐式算法子程序.以NSCP程序为平台,通过材料子程序接口,将其植入到主程序中.在材料及结构层次上分别进行数值模拟,并与试验结果进行对比.结果表明,所提出的材料本构模型适用于模拟分析钢筋混凝土结构进入弹塑性状态后的非线性行为,所开发的材料模型子程序具有满足工程需要的计算精度.

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。

装配式钢质耗能铰连接中开孔削弱钢板阻尼器滞回性能研究

提出一种装配式节点钢质耗能铰连接,对其关键部件开孔削弱钢板阻尼器,进行3种开孔削弱形式的试件轴向往复加载试验,考察开孔削弱钢板阻尼器的破坏模态,研究其滞回性能、骨架曲线、承载能力与延性性能等。探讨开孔削弱长度、开孔削弱宽度、宽厚比、厚度方向间隙等参数对钢板阻尼器滞回性能的影响。建立开孔削弱钢板阻尼器的简化力学模型,提出阻尼器滞回本构模型并对本构模型准确性进行验证。结果表明,阻尼器的开孔削弱钢板在开孔削弱处开裂或断裂,避免了面外屈曲的发生,实现塑性耗能与破坏模式可控;阻尼器滞回曲线饱满,承载力均高于297.31 kN,位移延性系数Δ/Δy均大于4.5,表现出良好的耗能能力、承载能力与延性性能;相比菱形开孔,竖缝开孔削弱阻尼器综合力学性能更优,建议开孔削弱长度a/L为0.25~0.55,开孔削弱宽度b/B为0.2~0.5,宽厚比为12.50~15.63,厚度方向间隙不超过2 mm;提出的开孔削弱钢板阻尼器滞回本构模型能准确地模拟阻尼器滞回性能。

考虑阻尼修正的Pyke滞回模型研究

阻尼比反映了土体滞回耗能的特性,是土的重要动力特性参数。土的滞回本构模型能同时真实反映土的动剪模量衰减和阻尼比非线性变化特性,是保证场地及土–结构体系动力响应分析精确度的关键。针对经典的Pyke滞回本构模型,基于文献实测的动剪模量曲线和阻尼比曲线,研究了其对土体阻尼比的预测精确度,发现Pyke模型在大应变幅值时将显著高估土的阻尼比。针对此缺陷,结合前人提出的基于阻尼的滞回曲线方程和Pyke模型加卸载准则,提出了考虑阻尼修正的D-Pyke滞回模型。该模型假设双曲线形滞回曲线的饱满程度由形状系数确定,而后者则由当前加载曲线的滞回应变幅值所对应的实测阻尼比确定。滞回曲线的应变幅值与应力幅值之间通过骨架曲线相互关联,而应力幅值则由Pyke所建议的加卸载准则确定。通过针对粉质黏土的循环单剪试验结果,验证了D-Pyke模型相比于Pyke模型能够更为合理地同时模拟土的非线性动剪模量和阻尼比特性。模型同时继承了Pyke模型能更好地模拟土的循环加载棘轮效应、加卸载准则简单的优点,可为随机动力荷载作用下土体响应问题分析提供合理的本构行为模拟。

循环荷载下奥氏体型和双相型不锈钢材料本构关系研究

为研究循环荷载下不锈钢材料的本构关系,对奥氏体型S30408不锈钢和双相型S220503不锈钢材料进行了单调拉伸和大应变超低周循环加载试验。采用三种常用的单调拉伸本构模型对所得应力-应变曲线进行拟合,得到相应单调荷载下材料本构参数;采用Ramberg-Osgood本构模型对循环骨架曲线进行拟合,得到材料循环强化参数;利用Chaboche塑性本构模型,标定了两种材料的循环本构参数。结果表明:在单调拉伸荷载下,G-R-O本构模型更适用于拟合不锈钢材料的单调拉伸本构;在循环荷载下,不锈钢材料滞回曲线饱满,且随着应变增大,两种材料在加载后期均表现出了明显的循环强化现象;Ramberg-Osgood本构模型对骨架曲线拟合较好,有限元计算结果和试验滞回曲线吻合度高;表明该文标定出的强化参数、循环本构参数可用于结构体系地震响应分析之中,为准确分析不锈钢结构在地震作用下的受力性能提供参考。

ABAQUS纤维单元的混凝土滞回模型的开发

介绍了基于ABAQUS的纤维模型程序的开发。虽然ABAQUS的非线性分析能力强大,但其混凝土损伤塑性模型并不支持空间梁单元。因此,现使用其用户界面UMAT开发了适合纤维单元的混凝土单轴滞回模型。低周循环载荷下的3层钢筋混凝土框架的分析结果与试验结果基本吻合,验证了此方法具有良好的精度和收敛性,可以推广用于大型结构弹塑性分析。

磁流变阻尼器的力学设计及试验研究

在反映磁流变液剪切稀化(稠化)特性的Herschel-Bulkley模型的基础上对双粘性滞回本构模型进行修正,根据液体准静态平板流动方程,得出了磁流变液在环形阻尼通道内的速度分布函数,推导出磁流变阻尼器阻尼力计算公式。在给定阻尼器活塞速度情况下对磁流变阻尼器的阻尼力进行理论计算预测;设计并制造了小型的磁流变阻尼器样机,对其进行试验测试,测试结果表明理论模型与设计方法可行。

冷挤压套筒连接装配式剪力墙精细有限元分析

目的 优化冷挤压套筒连接装配式剪力墙的有限元分析模型,研究采用该连接方式下装配式剪力墙结构的抗震性能。方法 基于冷挤压套筒连接件的单轴拉伸试验,采用多因素回归分析的方法构建等效本构关系,结合Clough滞回规则构建冷挤压套筒连接件“三折线”滞回本构模型,在ABAQUS中完成该材料模型的二次开发后放入冷挤压套筒连接装配式剪力墙精细化有限元模型中,进行低周往复荷载下的受力性能分析。结果 有限元模拟试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载的误差均在7%以内,模拟滞回环面积的误差在14%以内,模拟结果与试验较吻合;冷挤压套筒连接装配式剪力墙在剪跨比为1.35、轴压比在0.26~0.44时,延性系数均大于3。结论 采用笔者建议的有限元模型可以较好地反映冷挤压套筒连接装配式剪力墙的抗震性能,此类装配式剪力墙抗震性能良好。

循环荷载下不锈钢力学性能建模方法

为研究不锈钢在循环荷载下的力学性能建模方法,基于OpenSees数值分析平台模拟国内外学者完成的奥氏体不锈钢和双相型不锈钢试件循环加载试验结果,以及配置奥氏体不锈钢的节段拼装桥墩拟静力试验结果。模拟结果与试验结果的对比表明:模拟得到的不锈钢循环加载下的应力-应变滞回曲线与试验结果吻合良好,数值模型可预测奥氏体不锈钢和双相型不锈钢在不同循环加载方式下的响应。不锈钢在单调加载与循环加载下的力学性能有较大区别,应分别建模和取值。配置奥氏体不锈钢的摇摆-自复位节段拼装桥墩滞回性能模拟结果与试验结果吻合较好,进一步验证了不锈钢力学性能建模方法的准确性。

ABAQUS二次开发在钢管混凝土结构有限元分析中的应用

本文基于ABAQUS提供的脚本程序接口,利用Python语言开发了钢管混凝土构件参数化建模的脚本程序CFST-3D,提高了钢管混凝土构件的建模效率,为后续的钢管混凝土构件受力分析提供了便捷的建模方法;基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序接口UMAT,采用Fortran语言开发了适用于钢管混凝土中核心混凝土和合理考虑包辛格效应的钢材的单轴滞回本构模型,扩充了ABAQUS中适合三维梁单元的材料库,可进行钢管混凝土结构体系的拟静力和弹塑性动力分析。采用上述所开发的参数化脚本程序以及核心混凝土和钢材的材料单轴滞回本构模型,对已有研究者完成的钢管混凝土构件以及单层钢管混凝土-钢梁平面框架的试验进行力学性能数值模拟,并与试验结果进行对比,验证了本文所开发程序的合理性和有效性。

大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅰ):原理、MSC.MARC子程序开发与验证

基于钢和混凝土静态、动态本构模型和纤维梁基本原理,开发了直接能够与MSC.MARC主程序保持数据相互调用的子程序(包括材料应变率效应、被动控制、主动控制与单元生死判断)。主要涉及到材料的应变率效应,该子程序不限于只考虑静态本构模型,还考虑了动态本构模型以进一步考虑结构在动力作用下应变率因素对结构反应的影响,可结合单元生死子程序用于结构在动力作用下的弹塑性和倒塌分析。最后,将编制的应变率子程序应用于钢筋混凝土构件的弹塑性分析,并与已有试验结果对比,说明了该子程序的可靠性和准确性,同时也认为有必要考虑应变率因素对结构反应的影响。