双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟

目的为准确地模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏行为,实现钢筋混凝土框架结构强震作用下的倒塌破坏全过程仿真分析.方法基于通用有限元软件ABAQUS的显式求解模块,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序,并模拟了钢筋混凝土柱构件在单、双向水平往复荷载作用下的非线性性能发展以及断裂破坏过程.结果在加载幅值较小时,计算结果能够准确模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱的承载力与刚度变化、滞回捏拢行为以及双向弯曲耦合效应.在水平位移加载幅值分别达到45 mm、90 mm、165 mm时,构件中的保护层混凝土、核心混凝土、钢筋完全破坏,构件断裂.而单向加载构件的水平位移加载幅值达到285 mm时,构件才发生断裂破坏.结论计算结果与试验结果吻合良好.笔者方法能够较为准确地模拟钢筋混凝土柱在双向弯曲荷载作用下的非线性及断裂破坏过程.双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能.研究成果可用于钢筋混凝土框架结构在强震下的倒塌过程模拟分析.     

离散单元法中杆段多弹簧模型的改进

目的为应用离散单元法进行钢筋混凝土梁柱构件在一般荷载作用下的非线性反应分析,对杆段多弹簧模型进行改进.方法通过引入剪切弹簧,来传递单元之间的剪切力,剪切弹簧的本构关系采用二线型原点指向模型.并推导出弹簧组的力-位移关系与单元的运动方程.结果建立了完整的杆段多弹簧模型,并给出了剪切弹簧计算参数的确定方法.结论改进后的杆段多弹簧模型能够较好地描述钢筋混凝土梁柱构件压弯耦合以及剪切非线性性能.     

任意截面钢筋混凝土柱单元模型

提出了任意截面钢筋混凝土梁柱结构体系的单元模型,该单元模型同时考虑了材料非线性和几何非线性对结构体系的影响.采用三次多项式模拟混凝土、钢筋的本构关系,所推导的单元刚度计算简单、概念清晰,是单元材料非线性刚度矩阵、几何非线性刚度矩阵和位移与内力相互作用矩阵的简单迭加.提出的任意截面钢筋混凝土柱单元模式,含义清楚、计算简便,可用于分析钢筋混凝土柱因材料破坏、失稳破坏或材料非线性与结构失稳综合产生的极限承载力计算,所建立的有限元模型很容易与其他有限元模型兼容.理论分析结果与实验结果吻合较好.     

施工缝模型及在钢筋混凝土柱非线性分析中的应用

提出用零长度截面单元模拟施工缝,并基于纤维模型推导了单元刚度矩阵,给出完整的单元描述。在此基础上,进一步提出用以模拟带缝柱的纤维杆元模型,即由一个非线性梁柱子单元端部附加零长截面子单元组成。通过OPENSEES非线性分析软件平台,建模分析了钢筋混凝土带缝柱在拟静力试验下的非线性反应行为,计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的有效性,为以后在混凝土结构或构件的非线性分析中考虑施工缝的影响提供依据。     

基于离散单元法的钢筋混凝土框架非线性分析

为了能够更好地描述在模拟强震作用下结构倒塌破坏过程中构件的断裂、碰撞等现象,在杆段多弹簧模型的基础上构建了节点单元来考虑框架梁柱的连接关系,进而建立了钢筋混凝土框架结构的离散元整体分析模型,并对钢筋混凝土平面框架在低周往复加载情况下的受力行为进行了数值模拟.分析结果表明,该模型能够较准确地描述复杂受力状态下钢筋混凝土框架的非线性力学行为,能够满足结构强震作用下倒塌全过程精细化分析的需求.     

考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土柱模型化方法及应用

采用纤维模型梁柱单元和与之串联的零长度单元,模拟柱的弯曲机制和剪切机制。利用OpenSees提供的Limit State Material和Shear Limit Curve材料模型,定义钢筋混凝土柱的非线性剪切效应及其与弯曲效应的耦合。通过与不同学者的试验结果比较,验证了该方法的可靠性。最后,对笔者完成的原位推覆试验的一榀平面框架进行了Pushover分析。结果表明,考虑非线性剪切效应的模型化方法能较好地模拟钢筋混凝土柱抗剪承载力和刚度的退化现象,传统的纤维模型梁柱单元难以反映配箍不足的钢筋混凝土柱的弯剪破坏机制。该方法可用于存在抗剪能力缺陷的框架结构的非线性分析。     

粘钢加固钢筋混凝土矩形受扭构件的非线性有限元数值模拟

利用ANSYS有限元程序建立非线性有限元模型，模拟计算了粘钢加固的钢筋混凝土矩形截面受扭构件的受力、破坏全过程．在分析中利用单元生死技术，对构件加固和未加固的不同情况进行了比较，结果表明。粘钢加固钢筋混凝土受扭构件效果良好．     

重庆大剧院细长框架柱承载力非线性分析

采用基于柔度法的纤维模型梁柱单元有限元分析程序,考虑材料非线性和几何非线性,以目标柱周边构件组成的局部框架整体作为分析对象进行非线性分析,研究偶然偏心、基础嵌固条件等因素对重庆大剧院钢筋混凝土细长框架柱承载力的影响。结果表明,偶然偏心是影响极限承载力的重要因素,另外,基础嵌固也在一定程度上影响极限承载力,适当加强配筋可以提高柱子的极限承载力,弥补柱底在基础内非完全固定嵌固对极限承载力的削弱。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

钢筋混凝土非线性有限元单元疏密对计算结果的影响

利用非线性有限元方法，对钢筋混凝土构件进行计算时，单元划分是必不可少的工作。本文通过对矩形截面钢筋混凝土受弯构件单元疏密的研究，分析了疏密度Ｃ对计算结果的影响。     

不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

型钢混凝土框架静力非线性分析塑性铰参数研究

SRC构件具有比普通RC构件更高的承载力和极限变形能力.但由于SRC构件塑性铰属性参数较难确定,使该结构很难直接应用静力非线性方法进行分析,而是转化为等刚度的RC构件进行计算.从理论上给出了SRC框架压弯构件PMM铰N-Mx-My相关面的形成方法,提出了型钢混凝土构件弯矩-曲率曲线的确定及将其转化为杆单元塑性铰弯矩-曲率关系的方法,并得到了塑性铰区长度的计算方法.应用确定的铰属性参数对两跨三层SRC框架进行了静力非线性分析,结果与振动台试验吻合较好,表明这种铰属性参数用于SRC构件静力非线性分析是合适的.最后通过与具有相同刚度的RC框架计算结果对比分析,表明采用这种刚度相等的RC构件进行计算低估了SRC框架的抗震能力.     

CFRP加固RC梁静载荷效应的有限元模拟

目的应用非线性有限元方法模拟碳纤维复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土（RC）梁承载过程中结构的载荷效应（挠度、应力应变和承载力）．方法以4根CFRP加固RC试验梁的抗弯试验为依据，讨论了三维有限元分析模型的建立，包括：混凝土、钢筋、CFRP及CFRP和混凝土界面等单元的选择及本构关系原理。并选择了合适的裂面剪力传递系数．采用商业有限元计算软件ANSYS。模拟了4根CFRP加固RC梁加载的全过程．结果有限元模拟破坏承载力与实际破坏载荷基本接近，误差可控制在15％以内；有限元模拟压区混凝土、受拉钢筋、CFRP应变与实际测量应变在受拉钢筋屈服前基本一致；有限元模拟跨中挠度与试验测量挠度基本吻合．结论证明有限元方法可较好的预测CFRP加固RC梁的静载荷效应．     

双向偏压钢筋混凝土柱的有限元分析模型

为实现钢筋混凝土柱的高效精确分析，建立了基于纤维积分法的可用于任意截面双向偏压钢
筋混凝土柱材料和几何非线性分析的有限元模型。基于混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系，引入
Rodriguez截面分析模型，按边界顶点把混凝土截面划分成若干个梯形单元，通过对纤维直接积分导出截
面切线刚度矩阵，并基于空间非线性杆单元理论建立标准有限元公式。利用该分析模型对双向偏心受压钢
筋混凝土试验柱进行极限承载力分析计算，结果表明所提出的有限元模型具有较高的计算精度；通过采用
纤维积分法来替代传统的截面分块或分条法，显著提高了计算效率。     

基于OpenSEES的钢筋混凝土柱拟静力分析

为了研究OpenSEES软件中材料本构模型参数、轴压比和配箍率对钢筋混凝土柱数值模拟的影响,采用OpenSEES软件中非线性纤维单元对4根以弯曲破坏为主的钢筋混凝土柱的拟静力试验进行数值模拟,并与试验数据进行了对比分析.结果表明,对拟静力试验中钢筋混凝土柱进行数值模拟应考虑P-Δ效应,Concrete02材料λ参数值建议取0.1~0.2,钢筋强化系数可不考虑或仅需设置0~0.01的较小强化系数值;高配箍率钢筋混凝土柱抗震性能较好,具有良好的延性能力.     

钢筋混凝土柱式桥墩落石冲击分析方法

为研究落石冲击对钢筋混凝土(RC)桥墩安全性能的影响,建立一种考虑截面抗剪能力率相关性的RC柱式墩崩塌落石撞击损伤状态评价方法.首先,通过与钢筋混凝土梁落锤实验结果对比验证数值模拟方法可靠性,考虑桩基与土层相互作用建立了彻底关大桥下部结构落石撞击有限元模型.其次,以KC模型修正的Priestley公式描述混凝土动载抗剪强度,以剪力破坏参数定义截面损伤等级,分析墩柱截面不同撞击场景下的损伤状态.最后,进行混凝土抗压强度、墩柱截面面积、箍筋间距、墩柱长细比参数敏感性分析.结果表明:全局平均等效静力方法应用于落石撞击荷载静力简化存在缺陷,在高冲击强度场景下衰减段长持时使得等效静力偏低;引入墩柱截面抗剪能力率相关性能够更准确地描述落石冲击损伤状态;增大墩柱截面面积和提高箍筋配筋率能够有效地降低RC柱式桥墩落石撞击损伤.     

高延性FRP加固RC矩形柱抗震性能

为了研究地震作用下高延性纤维增强复合材料(large-rupture-strain fiber reinforced polymer,LRS FRP)加固非延性钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)方柱的抗震性能,对7个FRP加固RC方柱进行了拟静力试验.试验试件包括1根对比柱,1根碳纤维(carb...     

反复荷载下RC框架柱的非线性分析

提出了反复荷载作用下钢筋混凝土结构的非线性分析方法，程序中引入了混凝土平面等参单元、弹塑性钢筋单元和双向联结单元，还引入了检验材料破坏及其破坏时的不平衡力重分布等功能，采用了片状裂缝模型，以混合型的初始刚度法与切线刚度法进行非线性选代计算。并对试验ＲＣ框架柱进行了反复荷载下的计算分析。