高性能塑性铰RC墩柱损伤发展的数值模拟分析

为探究高性能塑性铰(HPH)钢筋混凝土(RC)墩柱(HPHRC墩柱)的损伤发展,基于该墩柱的伪静力试验相关数据,通过数值模拟分析了HPHRC墩柱在低周往复加载下关键部件的损伤发展及HPHRC墩柱的总体损伤发展。数值模拟分析表明:HPHRC墩柱在低周往复加载下,钢纤维混凝土(SFRC)壳壁有所损伤,核心区混凝土开裂较为严重,纵向钢筋存在较大塑性应变。需进行优化设计增强墩柱的抗震可恢复功能。

RPC箱型墩柱塑性铰长度研究

为探讨RPC箱型墩柱塑性铰长度,基于构建的滞回本构模型,运用OPENSEES二次开发平台嵌入RPC材料,结合Steel02材料、非线性梁柱单元和零长度单元,建立考虑墩底纵筋滑移的延性分析模型。通过与3个常轴力作用下RPC箱型桥墩拟静力试验结果对比,验证模型的有效性。在此基础上,探讨水平加载角、轴压比、纵筋直径和墩高等关键因素对RPC箱型墩柱塑性铰长度的影响,提出结合试验研究和数值回归分析的塑性铰长度计算公式,并与规范常用的经验公式进行对比。结果表明,RPC箱型墩柱塑性铰长度随轴压比的增大逐渐减少,随墩高的增加逐渐增大,随纵筋直径和水平方向角的增加表现出先增大后减少的趋势,按Telemachos公式计算结果偏于不安全,按Priestley公式和桥梁抗震规范建议公式计算结果偏于保守,基于试验结果和数值分析提出的回归公式能较好地吻合数值结果并限制过大的塑性铰长度。

混凝土墩柱塑性铰区箍筋设计用量试验研究

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的适用性和准确性有待提高。为此,基于课题组21个桥墩试验结果、PEER数据库中135个墩柱试件及相关学者的18个墩柱试件,在大量试验数据的基础上,分析实心及空心墩延性性能的主要影响因素,以轴压比、剪跨比、纵筋及混凝土强度、配筋率及位移延性系数等为参数,回归得到不同类墩柱塑性铰区约束箍筋用量的简化算式。关于试验墩柱的计算结果表明,回归公式比既有公式更适用于估算各类墩柱约束箍筋的设计用量。

超高性能混凝土连接装配式柱抗震性能试验研究

为了改善装配式结构中构件连接部位的抗震性能,提出采用超高性能混凝土(UHPC)连接预制柱.设计1个普通混凝土(NC)整浇柱和6个塑性铰区采用UHPC的装配式柱,通过拟静力试验,研究轴压比、搭接长度、配箍率、搭接段配置短钢筋对试件破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、耗能能力等的影响.结果表明,搭接长度为8倍钢筋直径的装配式柱的各项抗震性能均高于普通混凝土整浇试件,可以实现与现浇整体柱相同的效果.随着搭接长度的增大,装配式柱的承载力逐渐增大,变形能力与耗能能力显著提高.在搭接区段设置短钢筋,可以提高装配式柱的受弯承载力,改变破坏形态,使塑性铰区上移.基于试验结果,考虑UHPC的受拉作用,提出UHPC装配式柱的正截面受弯承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好.

基于ABAQUS的钢筋混凝土柱墩双塑性铰研究

为研究钢筋混凝土柱墩的抗震性能,进行了箱型截面混凝土柱墩水平双向往复拟静力试验,利用ABAQUS有限元分析软件在PQ-Fiber子程序的基础上进行了pushover数值模拟,模拟结果与实验基本吻合。在实验基础上截断部分钢筋进行双塑性铰的模型分析,表明可以在墩底形成双塑性铰,通过对比单双塑性铰柱墩的骨架曲线、滞回曲线、应变曲线等,表明双塑性铰柱墩承载力没有明显变化,而极限变形能力明显提高,桥墩的抗震能力得到增强。

国内外不同规范钢筋混凝土墩柱塑性铰区抗剪承载力计算分析

准确计算钢筋混凝土(RC)墩柱塑性铰区的抗剪承载力,对于工程结构的抗震设计和安全性评估具有重要意义。借助PEER数据库中发生弯剪破坏的19根矩形截面和19根圆形截面RC墩柱的拟静力试验数据,进行RC墩柱塑性铰区抗剪承载力计算分析;将中国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02—01—2008)、中国《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231—01—2020)、美国ATC规范、新西兰桥梁标准、日本桥梁规范、欧洲CEN规范进行对比。最后,利用抗剪承载力满足要求的试件占总试件的比例评价各国规范对保证弯剪破坏RC墩柱抗剪承载力的可靠性。结果表明:对于矩形截面RC墩柱,两个中国规范都能满足抗剪承载力安全需要,美国规范与新西兰规范不能满足抗剪承载力安全需要;对于圆形截面RC墩柱,六种规范都能满足抗剪承载力安全需要。

基于纤维梁柱单元的墩柱弹塑性性能数值分析模型

基于OpenSees开源平台,采用基于位移的纤维梁柱单元和零长度单元,建立了考虑钢筋混凝土墩柱塑性弯曲变形和粘结滑移效应的滞回推覆(Pushover)分析有限元模型,分析了塑性铰区单元长度对墩柱弹塑性性能数值模拟结果的影响,探讨了单元长度的合理取值,最后,基于美国PEER结构试验数据库中3个弯曲破坏的钢筋混凝土悬臂墩的拟静力试验结果,验证了数值模型的正确性。结果表明:采用基于位移的梁柱单元模拟钢筋混凝土墩柱弹塑性性能时,塑性铰区单元长度对其最大水平抗力和位移延性都有显著的影响;合理单元长度为等效塑性铰长度,而等效塑性铰长度可以采用Priestley等提出的经验公式计算。

基于改进Bouc-Wen模型的RC柱数值模拟方法

为模拟钢筋混凝土(RC)柱进入非线性状态后的力学性能,首先,提出了一种改进Bouc-Wen模型,从刚度退化、捏拢效应与非对称特性等方面对Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型进行修正,并结合参数规一化处理与混沌粒子群算法建立模型参数识别方法。然后,实现了改进Bouc-Wen材料在OpenSees平台中的二次开发,并应用该材料定义RC柱塑性铰的弯矩-转角关系,完成基于集中塑性铰模型的RC柱数值建模。最后,根据钢筋混凝土柱的低周往复加载试验数据,分别通过直接识别水平恢复力-侧移曲线与集中塑性铰数值建模的方法描述RC柱的滞回特性。与试验结果对比表明:改进Bouc-Wen模型模拟精度较BWBN模型有明显提高;纤维模型的计算精度依赖设计信息的准确性,未能较好地模拟经历性能变化后RC柱的非线性响应;基于改进Bouc-Wen模型的数值建模方法能够更为准确地模拟经历震损后RC柱的刚度退化、捏拢效应与非对称特性。

钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度研究

为研究钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度，整理了154根钢筋混凝土墩柱试验数据，研究了墩柱等效塑性铰长度随侧向位移的变化规律，通过试验对各国主要塑性铰长度计算公式进行了对比。讨论了影响墩柱等效塑性铰长度的主要因素，通过回归分析建议了等效塑性铰长度计算公式并进行了验证。结果表明：钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度随位移延性系数变化而变化，但未呈现一致变化规律；与试验结果相比，各公式计算的墩柱等效塑性铰长度离散性均较大，Priestley建议公式在平均意义上与试验结果最为接近，Paulay公式、Panagiotakos公式和欧洲Eurocode8规范公式偏于不安全，中国《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02—01-2008）建议公式偏于保守，日本JRA规范建议公式最为保守；钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度主要与试件高度、截面宽度和纵筋直径有关，与纵筋屈服强度、试件轴压比、配箍等因素关系不大；建议的钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度计算公式在平均意义上与试验结果基本一致，适用于剪跨比在2．0～8．0之间且混凝土抗压强度在20～110MPa之间的普通及高强钢筋混凝土墩柱。

基于集中塑性铰模型的弯曲破坏锈蚀RC框架柱数值模拟方法

出于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估的需要,提出了基于集中塑性铰模型的锈蚀RC框架柱数值模拟方法,并通过对15根锈蚀RC框架柱试验结果进行回归分析,得到了该模拟方法所需的可考虑钢筋锈蚀影响的塑性铰弯曲(弯矩-转角)恢复力模型,进而采用OpenSEES有限元分析软件,建立了弯曲型破坏锈蚀RC框架柱的集中塑性铰模型。通过数值模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线以及试件最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明所建立的锈蚀RC框架柱集中塑性铰模型能较为准确地反映锈蚀RC框架柱的受力性能和抗震性能,可用于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估。

钢筋混凝土柱抗爆动力分析简化方法

文中基于运动偏微分方程和等效单自由度法,开展钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力分析,并针对固端柱塑性阶段发展过程开展了理论过程分析。通过有限元模型验证简化分析方法的有效性和可靠性。