动态荷载下约束再生混凝土本构关系试验研究及其应用

通过箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验,获得了应力-应变试验曲线,研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。基于试验结果,提出了考虑应变率效应、约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土(CRAC)单轴受压应力-应变关系模型。将提出的CRAC材料模型应用于再生混凝土结构的动力非线性分析。结果表明:结构动力分析结果和已有试验结果吻合较好,考虑应变率效应后,其计算结果与试验结果更为接近,更能真实地反映结构在地震动下的力学行为。验证了计算程序的可行性,以及所建议的CRAC材料模型的合理性,为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供参考。     

CPR1000核电安全壳结构抗震安全分析

安全壳是核电结构的重要组成结构,其安全性尤为重要,本文选择我国自主研发的CPR1000核安全壳进行动力分析。为验证其在设计地震动下的抗震性能,建立了有限元模型,分析了结构的模态和频率,采用核电专用地震波对结构进行抗震时程分析。结果表明:在0.2 g峰值地震动下结构处于弹性阶段,具有较大的抗震安全储备,满足我国核电厂安全导则对抗震Ⅰ类结构的规定。     

基于材料非线性的结构抗震性能评价方法

利用基于材料非线性的精细化有限元模型,根据混凝土损伤和钢材等效塑性变形得到了结构材料、构件、楼层、整体结构的损坏等级并研究了将其作为抗震性能指标的合理性。为进一步丰富结构抗震性能评价指标,给出了楼层非线性耗能、整体结构的非线附加阻尼比、刚度退化系数的计算方法。将上述计算和评价方法在完全自主研发的非线性显式动力有限元分析软件SAUSAGE中完成开发。利用SAUSAGE分析了某超高层框架-剪力墙结构在7组地震动不同强度作用下的非线性动力响应。讨论了材料应力、截面内力、损伤、等效塑性应变作为抗震性能评价的可行性。对比了不同强度地震作用下结构层间位移角、层间剪力退化系数、楼层非线性耗能、楼层损坏等级作为楼层抗震性能指标并判断结构薄弱楼层的差异。研究了最大层间位移角、基底剪力退化系数、非线性附加阻尼比、刚度退化系数、损坏等级作为结构整体评价指标的合理性及对地震动的离散性;从统计意义上分析了最大层间位移角和其他指标的相互关系。     

CNP1000核电厂安全壳1:10模型拟动力试验

由半球形穹顶、筒体和2根扶壁柱组成的预应力混凝土安全壳是我国最新开发的CNP1000先进核电厂的标志建筑物。为验证其在峰值加速度为0.2 g的设计地震水平SL-2工况下的安全,为该安全壳的技术系统集成提供模型结构动态试验依据,完成了该安全壳一个11∶0预应力混凝土模型的单自由度拟动力试验。试验分两个阶段,加载方向分别与安全壳的扶壁柱连线垂直和一致;在有限元分析的基础上,确定了两个阶段试验单自由度体系的理论质量。采用人工波作为地震输入;每个阶段分别进行3个工况试验,地震峰值加速度分别为1 g、2 g和3 g,根据相似关系,对应于实体结构分别为0.1 g、0.2 g和0.3 g;模型结构阻尼比分别取为0.02、0.05和0.05。结果表明,在峰值加速度2 g地震作用下,筒体底部个别测点达到混凝土开裂应变,模型等效抗侧刚度降低仅5%;在峰值加速度3 g地震作用下,除筒体底部外的筒壁测点的应变都小于混凝土开裂应变,模型等效抗侧刚度降低约14%,结构处于弹性阶段。半球形穹顶安全壳具有大的抗震安全储备。     

EPR核电站内安全壳筒体施工全过程力学性态分析

安全壳作为第三代核电站提供保护、密闭等功能的重要部件,直接关系到核电站的安全运营。以某核电站为工程依托,基于大型有限元通用软件ANSYS,分析了安全壳内壳钢衬里在安装积累精度、分段高度、新浇筑混凝土对钢衬里侧压力及风荷载作用等施工过程因素对结构力学性态的影响,得出了钢衬里、混凝土筒体在已有分区高度下的结构最大应力值及钢衬里的最大径向位移等,并得出了新浇筑混凝土侧压力对结构的影响最大,及施工模拟中必须考虑钢衬里的二阶效应等结论。针对核电内壳筒体具体结构,给出了网格划分的关键技术和步骤,为以后核电站内壳分析提供参考。     

安全壳筏基变截面处混凝土温度场与温度应力研究

基于某1/3缩尺比例试验安全壳,针对该安全壳筏基变截面处混凝土开裂问题,将该安全壳用混凝土的绝热温升试验曲线和其他关键热力学参数测定结果作为关键输入参数,采用ANSYS建立1/4的筏板基础、变截面混凝土及筒身部分施工层三维有限元模型,动态分析了变截面处混凝土浇筑后30 d的温度变化,与测量值形成对比,并预测了变截面处混凝土的应力、应变变化过程。结果表明:计算得到的测点温度动态值与测量值吻合很好,最高温度仅相差2℃。现场状态及有限元分析均表明,变截面处混凝土的最大应力出现在变截面与基础的交界处和截面突变处。     

VERCORS安全壳模型截锥体早龄期温度应力及开裂的数值模拟

缩尺安全壳模型试验是一种对安全壳安全性关键技术问题进行研究的有效手段。针对VERCORS 1∶3安全壳模型的截锥体早龄期温度裂缝进行三维有限元建模计算,将计算结果与试验测量及观测结果进行对比。同时对比了安全壳模型截锥体在加热养护和非加热养护情况下温度应力的不同,分析开裂原因,并给出了避免温度应力开裂的建议。     

整体性试验期间安全壳内水箱贮水对筏板基础变形的影响分析

为了验证安全壳结构抵抗设计失水事故的能力,依据相关技术标准定期对安全壳结构开展整体性试验测试工作。在打压试验过程中需向壳内施加气压,由于某核电厂安全壳结构内部水箱内液体水位较高,试验前需要评估整体性试验期间水箱内贮水是否会对安全壳结构产生附加影响,进而判定是否需要排空水箱内液体。为此,采用ANSYS有限元分析软件建立了包括内壳、外壳以及基础底板的有限元模型,并计算水箱内液体零水位和满水位两种情况下,安全壳结构在整体性试验期间的最大响应,评估水箱内液体水位对结构在整体性试验期间力学性能的影响,为结构的安全分析和核电厂安全壳整体性试验开展提供技术支撑。     

按不同标准设计的CPR1000安全壳内压易损性分析

为研究内压荷载作用下材料参数不确定性对CPR1000安全壳结构实际性能的影响,对CPR1000安全壳结构建立了三维非线性有限元模型。按照欧洲标准、中国标准和某安全壳实测数据给出的材料随机参数,利用蒙特卡罗方法形成较大的安全壳计算模型样本空间。分析各个模型样本内压荷载作用下的破坏模式,根据给定的安全壳结构性破坏准则,进行易损性分析,进而比较按照欧洲标准、中国标准设计的安全壳和某实际安全壳内压荷载作用下的概率意义下的安全性能。计算结果表明,某实际安全壳的内压载荷下的安全性高于按中国标准设计的安全壳,低于按欧洲标准设计的安全壳。     

风电机组结构抗震性能分析

利用大型有限元分析软件,对某风场风电机组混凝土塔筒进行研究,通过设置不同等级的地震动荷载,选取塔筒同一条母线上顶端、中部、底部的节点并对其加速度、位移以及应力进行分析。结论表明:在对风电机组混凝土塔筒结构的地震动荷载响应分析中,顶端振幅最大,中部与底部振幅次之;随着荷载增强,塔筒底部位移增大明显,主拉应力及主压应力急速增大,最先发生破坏。     

钢管混凝土组合框架结构体系抗震性能的增量动力分析法

基于有限元软件ABAQUS用户材料模型子程序二次开发技术,建立了钢管混凝土组合框架体系的数值模拟模型,该模型得到了以往研究者完成的钢管混凝土构件及组合框架结构低周往复荷载试验结果的验证。分别基于非线性纤维梁单元及分层壳单元模拟梁柱构件及楼板,用增量动力分析(IDA)方法对某9层钢管混凝土空间框架结构的抗震性能进行了研究,对某一地震动下结构由弹性阶段到屈服再到塑性阶段过程中的性能点、层间位移角、结构顶层谱加速度时程响应、框架塑性铰出铰顺序及基底剪力时程曲线进行了判定,为进一步评估钢管混凝土空间框架结构的抗震性能提供参考。     

后张拉预应力成形鞍形网壳在成形阶段的应力分析

对一后张拉预应力成形鞍形网壳模型的成形应力进行了非线性有限元计算.建模时,使用连接件模拟了上弦杆搭接螺栓连接以及腹杆的鸭嘴端螺栓连接,考虑了几何非线性和材料非线性,将"管-管"接触算法应用于梁、杆单元组成的结构模型中.结果表明:计算值与试验值在杆件应力及内力分布趋势上吻合,但计算值小于试验值,其主要原因是有限元模型未考...     

框架-核心筒高层混合结构的三维空间弹塑性抗震分析

准确预测结构在强震作用下的非线性行为,对评估结构抗震设计的安全性具有重要意义。在总结了现有的结构弹塑性分析模型基础上,以通用有限元程序MSC.MARC为平台开发了一系列新的结构弹塑性分析模型。通过对试验的模拟,表明这些模型可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,能够较好地模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为。同时,借助通用有限元程序的前后处理功能和非线性计算功能,这些模型可以细致地模拟地震作用下整体结构的三维非线性地震响应。利用所开发的分析模型,对一个复杂框架-核心筒高层混合结构实际工程进行了弹塑性动力时程分析,较好的模拟了该工程结构在地震作用下的复杂抗震行为,并根据不同强度地震作用下的分析结果,说明该工程外框架与4个子筒组成的核心筒可组成有效的双重抗震结构体系,并具有连梁、子筒和外框架三道抗震防线,为工程抗震设计提供依据。     

基于非线性纤维梁柱单元的钢管混凝土框架动力时程分析

目前,用于钢管混凝土框架结构动力时程分析的计算理论模型主要有:纤维模型和三维有限元模型,三维有限元模型计算量大,且数值计算收敛困难,在钢管混凝土结构动力时程分析中的应用受到一定限制.为了研究钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能,本文在构件层次上运用OpenSees计算平台中的非线性纤维梁-柱单元对钢管混凝土框架结构...     

核电站预应力混凝土安全壳模型试验及分析研究

介绍秦山核电站预应力混凝土安全壳1∶10模型试验的主要结果及其与理论分析的比较。除进行内压破坏试验外,还利用该模型完成了模拟地震的拟动力试验和大开孔试验,取得了一大批重要的实测数据,为评价秦山及大亚湾核电站安全壳的安全性提供了重要的试验依据。证明该电站预应力混凝土安全壳有大约3倍于事故内压的极限承载力和能安全地经受0.15g的强烈地震,其设备大开孔的加强措施是安全的和合理的。此外,论证了非线性有限元分析程序的可靠性,为安全壳的设计提供了有效的理论分析手段。     

水电站厂房框架—剪力墙结构的静力分析

对某水电站厂房的框架-剪力墙结构在正常工况下进行线弹性计算,分析结构在线性分析方法下的应力应变分布。使用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,在确保计算精度的情况下对下部结构进行简化分析计算。计算结果表明,厂房部分结构产生的最大拉应力超过了混凝土的允许抗拉强度;主厂房出现7.34MPa拉应力的发电机层处,有应力集中存在,其它类似部位也存在不同程度集中应力,但都相对较小。结构的水平向最大位移值为0.7mm水平向位移对结构影响不大。其竖向位移最大绝对值4.9mml0/250=18.7mm,符合设计要求。     

风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏机理研究

本文基于ABAQUS有限元软件,建立了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的“壳-实体”精细有限元模型,并进行了数值模拟计算。有限元模型计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的变形过程、破坏形态和机理进行了分析。研究表明,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在达到极限承载力之前,具有较好的组合工作性能,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏过程为钢管的鼓曲变形进一步发展为鼓曲区域钢材低周疲劳开裂破坏,同时提出了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒受扭承载力简化计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可用于工程设计参考。     

超设计基准压力下安全壳结构性能研究

日本福岛严重核事故后,超设计基准事故日益受到关注,核电厂在发生超设计基准事故(或严重事故)后,最关键的是要确保安全壳的完整性。基于某核电厂安全壳结构,建立包含预应力钢束的混凝土安全壳结构三维有限元模型,施加内压荷载进行非线性有限元分析,根据假定的破坏准则,给出了安全壳的极限承载能力,并与美国桑迪亚国家实验室的试验比较,初步分析了超压作用下安全壳整体结构及设备闸门局部区域的变形规律,安全壳超压破坏主要是由于设备闸门洞口附近的局部破坏所致。     

基于理论及有限元模型的封底混凝土最大拉应力研究

基于某跨河大桥深水承台施工案例，论述了封底混凝土最大拉应力计算原理及计算方法，重点阐明了基于ANSYS有限元模型及平截面假定的有限元计算方法。对比分析理论及有限元模型的封底混凝土最大拉应力计算结果，明确了计算封底混凝土厚度时考虑桩基约束的必要性和合理性，工程计算宜采用桩基约束以固结形式施加的有限元方法，为类似工程计算提供参考。     

基于纤维梁元模型的钢筋混凝土框架结构弹塑性时程分析

弹塑性时程分析方法可以同时考虑地震动的三要素(振幅、频谱和持时)和结构的动力弹塑性特性,对建筑结构在多遇、设防和罕遇地震作用下的抗震性能合理评估和非线性发展过程、破坏机理正确分析具有重要意义。反复荷载作用下混凝土、钢筋的本构模型的计算精度和适用性对基于材料模型的整体结构弹塑性时程分析结果的可靠性有着重要影响。但是由于混凝土材料的复杂性,目前还没有统一的本构模型可用于分析复杂应力条件下混凝土的非线性力学行为。建立了一个实用的混凝土和钢筋单轴滞回本构模型,编制了相应程序并利用用户材料子程序接口接入到ABAQUS软件中,基于纤维梁元模型,采用显式时间积分方法,对一个12层钢筋混凝土框架模型结构振动台试验进行了弹塑性时程分析。计算分析与试验数据的比较表明该模型具有较高的计算精度、效率及较好的适用性,适合作为纤维梁元模型中的混凝土、钢筋材料模型用于建筑结构的弹塑性时程分析当中。