整体壁板结构弯曲成形分析的等效塑性模型

大型整体壁板结构参数及成形工艺参数优化需要对壁板成形进行大量的非线性仿真计算,详细模型在计算时间和资源消耗方面难以接受,且不易收敛。通过弹塑性力学及回弹分析,基于应力和回弹后的变形等效,考虑了材料塑性变形强化效应,将整体壁板简化为某一虚拟材料的平板进行弹塑性弯曲等效分析。压弯和滚弯成形数值算例分析表明:在工程常用的弯曲半径范围内,变形计算误差在3.5%以内,应力误差在5%以内;等效模型大大减小了建模时间和资源,计算效率提高了70%以上,且计算易收敛;等效模型可以替代详细模型,为大型整体壁板结构参数及工艺参数优化、大型复杂形状壁板成形提供了快捷的分析方法。

循环荷载作用下粉细砂累积变形的等效黏塑性本构模型

提出了适用于长期循环荷载作用下粉细砂累积变形计算的等效黏塑性本构模型及数值模拟方法。该模型基于经典弹塑性理论框架及结构安定理论,考虑了砂土材料的双屈服面及剪胀性特征,引入塑性应变随加载次数的增量表达式,预测粉细砂土材料累积不均匀变形。通过粉细砂的动静三轴试验确定模型参数,并研究了砂土累积变形规律。数值模拟结果表明,该模型对于粉细砂长期循环累积塑性变形具有良好的模拟能力,而且计算步长可任选取,适用于长期循环加载的计算。

考虑弯剪耦合变形的矩形空心墩等效塑性铰模型

矩形空心墩因截面挖空导致抗剪性能削弱,塑性铰区弯剪裂缝显著,而既有等效塑性铰模型和等效塑性铰长度公式较少涉及弯剪耦合变形。为此,文章提出考虑弯矩梯度、拉伸漂移、应变渗透效应以及剪切变形的矩形空心墩曲率分布假定和墩顶位移计算方法,基于墩底塑性转角相等原则推导包含弯矩梯度、拉伸漂移和应变渗透效应的等效塑性铰长度理论公式和经验公式,并通过64个矩形空心墩试验数据对上述公式进行标定和验证。结果表明:规准等效塑性铰长度(L_(p)/h)随剪跨比、纵筋率及材料特性参数(f_(ul)/f_(yl)、f_(y1)d_(b)/√f'_(c))的增加而增大,与建议等效塑性铰长度经验公式的预测一致;规范和王震公式均高估了扣除剪切位移后的等效塑性铰长度,且会高估墩顶极限位移能力,使抗震设计偏于不安全;Berry公式计算的等效塑性铰长度略微保守,且能较准确地预测矩形空心墩的极限位移;而基于建议等效塑性铰长度经验公式和剪切位移占比系数经验公式的等效塑性铰模型,对矩形空心墩位移能力评估具有较高的计算精度和更小的离散性。

足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模型与验证

为建立较可靠的钢筋混凝土桥墩数值分析模型进行抗震性能评估,提出基于OpenSees集中塑性单元和材料本构的纤维截面等效塑性铰模型,对5个足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力或振动台试验结果进行数值模拟,并就关键效应及参数对模拟结果的影响进行分析。结果表明:纤维截面等效塑性铰模型与桥梁抗震规范的集中塑性模型概念一致,具有较强的工程实用性;数值分析结果与拟静力及振动台的试验结果吻合良好,P-Δ效应、纵筋屈曲效应以及纵筋低周疲劳参数的合理取值对模拟结果影响较大;基于纤维截面等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。

矩形空心墩等效塑性铰模型

为准确计算矩形空心墩变形能力,基于弯曲、剪切和纵筋滑移三分量变形模型分析影响有效刚度和等效塑性铰长度的主要因素。通过考虑剪切变形的贡献引入空心率的影响,确定计算有效刚度和等效塑性铰长度的公式形式。通过对48根发生弯曲破坏的矩形空心墩拟静力试验结果进行回归分析,分别标定出有效刚度和等效塑性铰长度计算公式中的参数。利用基于建议公式的等效塑性铰模型计算矩形空心墩荷载-位移骨架曲线,并与另外3根试件的试验结果进行比较。基于48根矩形空心墩拟静力试验结果,对各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式进行评估。研究结果表明:矩形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大,随■和空心率的增大而减小;等效塑性铰长度随墩高、截面高度、纵筋率、空心率及■的增大而增大;利用基于建议公式的等效塑性铰模型得到的矩形空心墩荷载-位移骨架曲线与试验结果吻合较好;各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式对矩形空心墩试验结果的估计均偏于不安全,建议公式具有更高的精度和更小的离散性。

利用等效塑性铰模型对Park-Ang双参数地震损伤模型的改进

Park-Ang双参数地震损伤模型近似考虑了首次超越破坏和塑性累积损伤破坏联合作用的破坏机理,兼顾了最大变形和能量两种破坏准则,在基于性能的抗震设计中受到关注.既有的Park-Ang改进模型（M-Park-Ang模型）通过引入低周反复荷载作用下钢筋混凝土墩柱构件疲劳寿命方程和与加载路径有关的能量项加权因子,并结合构件极限滞回耗能与位移延性系数的关系,已能近似考虑加载路径的影响.M-Park-Ang模型引入了固定的临界位移延性系数以通过能量项考虑低周疲劳损伤效应,从而使大剪跨比墩柱试件的适用性受到了限制.本文利用墩柱拟静力试验数据,基于等效塑性铰模型对M-Park-Ang模型进行了修正,将临界位移延性系数与截面曲率延性系数相联系,使改进的M-Park-Ang模型（M-Park-Ang模型（N））能够考虑截面层次的破坏机理.墩柱试验结果验证表明,当试验试件尚未达到中等破坏状态时,M-Park-Ang（N）模型对其损伤的评估结果略偏小;而一旦进入中等破坏阶段以后,M-Park-Ang（N）模型的计算结果能体现试件破坏过程快速增长的趋势;M-Park-Ang（N）模型考虑墩柱剪跨比影响计算临界位移延性系数,对不同高度墩柱都具有较好的适应性.

基于LiToSim平台的金属围护结构软件研发

直立咬合金属围护结构在风荷载作用下易发生风揭破坏,目前缺少能数值模拟金属围护结构的等效节点模型以及有限元分析软件.该文首先根据围护结构的非线性风致响应提出了直立咬合金属围护结构的弹塑性等效弹簧节点模型,并推导出了弹塑性等效弹簧单元的有限元算法;然后将算法嵌入平台LiToSim中,研发出了金属围护结构的定制化软件LiToSpr;最后建模分析了结构响应,并与抗风揭实验对比,验证了定制化软件LiToSpr的适用性.软件LiToSpr能够模拟直立咬合金属围护结构的非线性风致响应,为工程设计提供一定参考.

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。

掺复合镍铁渣混凝土梁柱中节点变形特性

针对掺复合镍铁渣混凝土与水平钢筋的粘结强度弱于普通混凝土的情况,基于试验研究复合镍铁渣混凝土梁柱中节点的变形特性.节点变形主要归结为附属梁体的弯曲变形和梁纵筋滑移引起的梁柱界面附加转角变形.从试验现象来看,梁体的弯曲变形并不明显,而梁柱界面附加转角变形明显.采用数值方法分析了不同复合镍铁渣掺量下梁柱界面附加转角变形值,研究表明,随着复合镍铁渣掺量的增加,梁柱界面附加转角增加,占整体变形较大比例.为此提出了梁端等效塑性铰模型,确定塑性铰长度与梁长、复合镍铁渣掺量、梁纵筋直径之间的关系,用于评估复合镍铁渣混凝土梁柱中节点的极限变形能力.

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析。结果表明:试验桥墩位移延性为5.3~8.4,等效粘滞阻尼比为0.19~0.29,具有良好的抗震性能;在置信度为0.1的水平下,墩高、纵筋率对极限位移有显著影响,剪跨比、纵筋率对最大侧荷载有显著影响,纵筋率对累计耗能有显著影响,剪跨比、轴压比对等效屈服弯曲刚度有显著影响,且除剪跨比与最大侧向荷载呈负相关关系外,其余均呈正相关关系;数值分析结果与试验结果吻合良好,基于等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。

足尺钢筋混凝土桥墩拟静力试验数值计算分析

文章依据《公路桥梁抗震设计细则》等效塑性铰长度的基本概念,建立了足尺钢筋混凝土桥墩拟静力试验骨架曲线及滞回曲线计算模型,并将模型计算结果与足尺钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果进行了对比分析。结果表明,建立的等效塑性铰模型对足尺桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,能较好地估计桥墩的极限位移及滞回性能,表明了模型的有效性。

长期交通荷载作用下粉砂土累积变形本构模型构建及数值积分格式

因目前在模拟长期交通荷载作用下粉砂土路基不均匀变形时尚缺乏一套严谨、高效的计算模型,在室内静力及动三轴试验的基础上,通过引入安定性理论,基于弹塑性本构理论框架,提出了一个能合理反映粉砂土复杂变形机理的双屈服面等效黏塑性本构模型。对粉砂土动三轴试验结果的模拟表明,该模型采用完全隐式的积分方法,可任意选取积分步长,计算效率高,模拟效果良好。最后,将该模型在有限元程序中进行了实现,可应用于路基不均匀累积变形的计算。