基于截面纤维模型的弹塑性时程分析方法

为了得到适用性更广、稳定性更高的弹塑性时程分析方法,采用了通过材料本构关系直接反映构件恢复力特性的截面纤维模型,提出了基于该模型的计算方法和相应的材料本构关系;通过与钢筋混凝土柱拟动力反复加载试验对比,检验了该计算模型的准确性;对典型的底部框架多层砌体房屋在罕遇地震作用下的弹塑性变形性能进行了实例分析.试验对比及实例分析结果表明,所提出的计算方法及本构模型可描述结构构件进入弹塑性阶段后承载力下降的现象,直接反映构件轴力与弯矩的相互作用,适用于结构在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析和抗震性能评估.

基于截面纤维模型的RPC箱型桥墩抗震性能分析

为探讨RPC箱型桥墩的延性抗震性能,采用截面纤维模型编制了压弯构件非线性分析程序,程序考虑了轴力的二阶效应,能模拟水平荷载不同的加载方向角,可对包括卸载过程在内的全过程受力性能进行分析.通过3个施加常轴力的RPC箱型桥墩水平反复加载试验结果与数值分析对比,验证了程序的准确性.在此基础上运用编制的程序分析了轴压比、纵筋率、截面长宽比和截面开孔率等参数在不同水平荷载加载方向时对RPC桥墩延性抗震性能的影响,得到了最不利水平加载方向与截面长宽比之间的关系.

混凝土梁柱构件基于截面纤维模型的弹塑性分析

采用了弹塑性纤维单元模拟钢筋混凝土梁、柱杆件,通过材料应力-应变本构关系对截面动态积分,直接得到构件刚度及恢复力特性,提出了适用于该模型的计算方法和相应的钢筋和混凝土材料单轴应力-应变本构关系。并应用通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土悬臂柱及钢筋混凝土框架进行了拟动力反复加载计算,并与试验结果进行对比分析。

基于截面纤维模型的UHPC-NC组合桥墩抗震性能研究

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型编制了考虑轴力二阶效应的压弯构件非线性分析程序,通过与UHPC和NC桥墩低周往复荷载试验数据进行对比,验证分析程序的可靠性。在此基础上运用编制的程序分析轴压比、纵筋直径、纵筋强度和UHPC高度等参数对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明:组合桥墩位移延性系数随着轴压比的增加而降低,随纵筋直径和纵筋强度的增大表现出先增大后降低的趋势,随UHPC替换高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的特征,合适的UHPC替换高度是实现组合桥墩位移延性和经济性的重要前提。

2种纤维弹塑性梁单元特性

首先对2种基于纤维截面的弹塑性梁单元,即沿单元长度积分的纤维弹塑性梁单元和基于子单元法建立的带长度的纤维塑性铰弹塑性梁单元的本构特征进行了分析,然后以地震作用下一桥梁工程为例,从静力和动力2个方面对比了这2种单元的主要非线性特性.结果表明:前者可以模拟受力过程中沿单元长度方向截面刚度的连续变化,后者则可以体现双线性特征;带长度的纤维塑性铰弹塑性梁单元是对纤维弹塑性梁单元的一种较好的近似,但在动力分析中,如果有未屈服构件的显著影响,则会出现相对略大的差异.

RC框架-内填带竖缝剪力墙结构的滞回性能及计算模型研究

为研究钢筋混凝土框架-内填带竖缝剪力墙(RCFW)结构的抗震性能,对两个单跨两层、缩尺比为1∶2的RCFW试件进行了拟静力试验研究。结合RCFW结构在往复荷载作用下的响应特性,提出了适用于RCFW结构弹塑性分析的带刚臂纤维截面计算模型,并基于有限元程序ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,开发了混凝土、钢筋两种材料的单轴滞回本构模型,从材料本构层次直接反映构件层次的恢复力特性。通过与RCFW结构低周反复荷载试验结果的对比,验证了计算模型的准确性,模拟曲线较好地反映了RCFW结构在反复加载过程中荷载-位移曲线的承载力和刚度退化及捏拢现象;此外,该计算模型还具有高效的求解效率和数值稳定性,适用于RCFW结构的弹塑性分析和整体抗震性能评估。

不同轴压比下叠合板式剪力墙结构抗震性能分析

叠合板式剪力墙结构是一种新型的装配式结构,它吸收了现浇混凝土结构与预制混凝土结构的优点,已经在国内中低层建筑中推广应用。目前的研究只是针对低轴压比下的抗震性能,将其推广应用于高层建筑中必然要开展高轴压比下抗震性能的研究。首先从理论上推导了在高轴压比下叠合板式剪力墙的极限承载力,结果表明叠合板式剪力墙由于预制层中混凝土强度等级高于现浇层的混凝土,在高轴压比下叠合剪力墙的极限承载力达到甚至超过了现浇整体剪力墙。基于OpenSEES采用两种不同模型对叠合板式剪力墙在不同轴压比下的受力性能进行模拟。第一种是多垂直杆单元模型,第二种是模型是纤维截面模型。模拟结果验证了理论推导的正确性,边缘构件预制的叠合剪力墙的极限承载力在高轴压比下要高于边缘构件现浇的叠合剪力墙,而且边缘构件预制的叠合剪力墙施工更加方便。因此预制边缘构件的叠合剪力墙推广价值更大。

渡槽支撑框架在罕遇地震下的非线性时程分析

采用截面纤维模型对南水北调中线工程中的某典型渡槽的支撑框架结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,分析结果表明,该渡槽在罕遇地震作用下,没有明显的薄弱部位,最大层间位移角在限值以内,具有良好的抗震性能。

采用纤维梁单元分析钢-混凝土组合结构地震反应的原理

通过大型通用有限元程序MSC.MARC(2005r2)二次开发将纤维截面模型和基于位移的无滑移分布塑性铰梁单元相结合,得到了一种用于钢-混凝土组合结构地震反应分析的纤维梁单元。该单元在兼顾模型的准确性、通用性以及高效性的同时,具有较优的求解效率、数值稳定性以及前后处理速度。根据工程中常用组合截面的特点提出了组合截面的定义方式及其纤维离散过程,并给出了截面本构关系的求解流程。分析了混凝土、钢材以及钢筋三种材料的单轴本构关系,混凝土材料模型能反映普通、高强以及约束混凝土的不同力学特性,并在已有的考虑单次加卸载强度退化模型的基础上发展了能够考虑多次加卸载强度退化行为的混凝土滞回准则,从而使模型更符合地震作用下组合构件中混凝土材料的实际复杂非线性行为,钢材和钢筋模型能较合理地考虑往复荷载作用下的包兴格效应。

圆钢管空间桁架结构的直接分析设计方法研究

目前国内外多部钢结构设计标准将直接分析法推荐为钢结构分析设计首选方法,然而对应用于圆钢管空间桁架结构这一结构形式的直接分析法中,构件初始缺陷的施加方向、施加初始缺陷后构件的模拟方法、截面纤维划分方法的实施细则并未详细说明,还存在亟需解决的问题。故采用基于位移的梁柱单元,综合考虑几何非线性、材料非线性、圆钢管空间桁架结构整体初始缺陷、圆钢管构件初始缺陷等对结构稳定和承载力有重要影响的因素,对结构进行非线性分析及满应力优化设计,提出了圆钢管空间桁架结构直接分析设计流程。以某实际工程中三心圆桁架结构的一榀主桁架为例,对比了不同的构件等分数、初始几何缺陷的施加方向和不同的圆钢管截面纤维划分数情况下的结构z向最大变形,构件的应力、轴力和弯矩结果,研究了这三个因素对圆钢管空间桁架结构直接分析结果的影响规律。通过与传统一阶弹性分析方法计算结果对比,以验证提出的圆钢管空间桁架结构直接分析设计方法在工程实际中的适用性。结果表明:在1.3D+1.5L和0.9D+1.5W组合工况下,随着引入初始缺陷后构件等分数的增加,计算的桁架变形及构件的应力均逐渐增大;随着构件初始几何缺陷施加方向绕构件二轴方向旋转角度的增加,直接分析计算得出的结构z向最大变形、构件的应力和二轴弯矩均呈现递减趋势,其中构件二轴弯矩受影响较大,其变化率超过80%;由于圆钢管壁厚相对周长而言小很多,径向等分数从2增加到4时,结构计算结果变化十分有限,变形和应力的变化率均小于0.1%;在0.9D+1.5W组合工况下,环向等分数为32时的结构z向最大变形与环向等分数为4时相差达15.9%,说明截面环向划分数对结构刚度有着不可忽略的影响;对于圆钢管空间桁架结构中构件长细比较小的构件,直接分析设计方法与传统一阶弹性分析方法两者计算得出的应力较为接近,两种工况下应力结果差异小于3%,而对于细长构件,两种计算方法的计算结果差距较明显,差异可达25.5%。

消能支撑加固底部框架砌体房屋的弹塑性地震反应分析

本文采用弹塑性时程分析方法,对底部框架多层砌体房屋在不同烈度罕遇地震作用下进行了抗震性能评估;研究了在底部框架内增设消能外包混凝土无粘结钢支撑对房屋抗震性能的影响;对增设消能支撑加固方案和增设抗震墙加固方案进行了对比分析。分析结果表明,在底层框架砌体房屋的底层增设消能支撑可显著降低底层框架的最大层间位移,控制结构的塑性损伤,提高结构的抗震性能。增设消能支撑加固方案与增设抗震墙加固方案相比,结构加固更合理、更易实施。