基于显式算法的纤维梁柱单元模型

为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型,并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元模型,分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土桥墩进行推覆分析,并将计算结果与采用FENAP隐式单元模型和采用OpenSEES软件纤维模型的计...     

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数——箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Bažant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。     

CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能尺寸效应的细观分析

为研究CFRP加固钢筋混凝土方柱在地震作用下的破坏模式,该文考虑混凝土材料的非均质性、钢筋-混凝土间的粘结滑移作用,建立了CFRP加固钢筋混凝土方柱三维细观数值模型。在验证数值模型与试验结果吻合良好的基础上,扩展工况探讨了轴压比、CFRP体积配置率对CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能及名义抗剪强度尺寸效应的影响。结果表明:一定轴压比范围内柱的承载力随轴压比增大而提高,但其延性会降低;该文工况中,CFRP加固钢筋混凝土柱的名义抗剪强度随试件尺寸增大呈降低趋势,存在着明显尺寸效应行为;在经典材料层次尺寸效应律基础上,提出了CFRP加固混凝土方柱名义抗剪强度尺寸效应理论公式(适用范围轴压比小于0.4),模拟结果证实了公式的合理性。     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。     

钢套管再生混凝土加固柱抗震性能及影响参数研究

通过1个未加固的钢筋混凝土柱和9个钢套管加固钢筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了钢套管加固柱的抗震性能。随后在ABAQUS中,利用经试验校验的纤维梁模型,进行钢套管再生混凝土柱的数值模拟,并对相关影响因素进行参数化分析。结果表明:经钢套管再生混凝土加固后,钢筋混凝土柱的抗震性能显著提升;在所研究的参数范围内,轴压比小于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大而提高,但轴压比大于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大显著下降,且损伤发展速度加快;钢套管厚度能提升加固柱的抗震性能,但提升幅度随厚度的增加而减缓;原柱轴压比对加固柱的力学性能和破坏模式有较大影响,且初始压弯组合应力显著降低高轴压比加固柱的压弯承载力;在钢套管的有效约束下,再生混凝土对构件整体承载力的影响不明显,但使得构件的抗震性能有所下降。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土结构非线性地震灾变过程模拟

为研究应变率对钢筋混凝土结构非线性地震灾变过程的影响,采用钢筋、混凝土单轴动态本构关系及加卸载准则,基于纤维梁理论开发了ABAQUS显式动力分析材料子程序。通过对3层偏心钢筋混凝土框-剪结构振动台试验的数值模拟,验证了该程序用于钢筋混凝土结构非线性地震反应分析的准确性和有效性。通过在材料子程序中定义钢筋、混凝土材料失效破坏判别准则,实现了地震作用下考虑应变率效应的钢筋混凝土结构连续倒塌破坏全过程模拟。分别对振动台试验模型结构和钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏模式进行了预测,初步探讨了应变率对钢筋混凝土结构地震反应与连续倒塌破坏过程的影响。结果表明:该程序能够准确模拟钢筋混凝土结构的非线性地震灾变过程,可用于考虑材料应变率效应的钢筋混凝土结构抗震设计与分析中。     

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为:配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸（直径）相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。     

钢筋混凝土剪力墙应变率效应试验与基于动力塑性损伤模型的模拟

应变率对混凝土材料的力学性能有着重要影响。该文在对2 片剪力墙构件进行快速加载试验的基础上,在混凝土塑性损伤模型中引入应变率效应,建立了考虑应变率效应的塑性损伤模型。应用该模型对该文所描述的快速加载下的剪力墙构件以及在拟静力作用下的另外3 个构件进行了有限元模拟,结果表明考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型较好地描述了钢筋混凝土剪力墙在快速加载下的非线性行为。最后,运用所建立的考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型对不同轴压比和加载速率下剪力墙构件的非线性性能进行了模拟与分析。     

聚丙烯纤维混凝土接触爆炸破坏效应的试验和数值分析

为研究聚丙烯纤维混凝土在接触爆炸条件下的破坏形态,进行有限厚度钢筋混凝土板和聚丙烯纤维混凝土板的接触爆炸试验.采用LS-DYNA中LOAD-BLAST方法,对聚丙烯纤维混凝土的动态破坏过程进行数值模拟,分析和对比聚丙烯纤维混凝土和钢筋混凝土接触爆炸条件下破坏效应的异同,确定出聚丙烯纤维混凝土的抗爆性能系数.研究表明,LOAD-BLAST方法简单高效,数值模拟和现场试验非常吻合,聚丙烯纤维混凝土抗接触爆炸性能良好.     

钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构滞回性能分析

为了研究带钢管混凝土边柱钢筋混凝土(RC)剪力墙的抗震性能,在其他研究者完成的带钢管混凝土边柱RC剪力墙和普通钢筋混凝土剪力墙滞回性能试验结果的基础上,采用开源非线性分析程序OpenSees平台中的非线性纤维模型对其进行了低周往复试验的数值模拟,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法来模拟纤维截面的抗剪。计算结果与实测结果总体吻合较好,研究表明：这种考虑剪切效应的纤维模型法能够较好的模拟该类组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化,而且运算效率较高。     

桥梁地震碰撞分析中不同接触单元模型的对比分析

地震时邻梁间的碰撞是引起桥梁局部损坏甚至落梁的主要原因。为合理分析桥梁的地震碰撞响应, 基于所开发的结构精细化模拟分析平台FENAP, 对比分析了桥梁地震碰撞分析中不同接触单元模型的计算精度和适用条件。在FENAP平台上引入线性弹簧、Kelvin-Voigt、Hertz和Jan-Hertz-damp等四种接触单元模型, 建立了结构地震碰撞分析平台, 并通过数值验证以及对正弦波和地震动激励下的模型试验的数值分析, 对比分析了不同接触单元模型对结构碰撞响应的影响。研究表明:所建立的结构地震碰撞分析平台具有较高的计算精度和效率;在四种接触单元模型中, Kelvin-Voigt和Jan-Hertz-damp模型的计算精度和适用性更高, 而线性弹簧和Hertz模型, 由于未考虑碰撞过程中的能量损失, 仅适用于恢复系数较高的近似弹性碰撞情况。     

高强箍筋RC梁-柱节点抗剪模型及非线性分析

在现有RC梁柱节点抗剪模型的基础上,提出了高强箍筋RC梁柱节点抗剪模型。该模型考虑了节点中混凝土的斜压杆传力机制和箍筋的抗剪作用。计算结果表明:通过建议的节点抗剪模型计算的高强箍筋RC梁柱节点的剪切应力-应变曲线与试验结果符合较好,节点最大剪应力计算值与试验值之比的平均值接近于1且变异系数较小。将该节点抗剪模型应用于OpenSees程序中分析了高强箍筋RC梁柱节点在往复荷载作用下的力学行为,讨论了混凝土强度和轴压比对高强箍筋RC梁柱节点受力性能的影响。该模型可用于高强箍筋RC梁柱节点的受力分析。     

Failure analysis of reinforced concrete walls under impact loading using the finite element approach

In this paper, the punching resistance of a reinforced concrete (RC) wall under missile impact loading is evaluated using the finite element approach. The model is analyzed using LS-DYNA, a commercially available software program. The structural components of the RC wall, missile, and their contacts are fully modeled. Included in the analysis is material nonlinearity, which considers damage and failure. Damping effect is also taken into account. The analysis results are then verified with the test results. Parametric studies with a varying number of layers of longitudinal rebar and shear bar spacing are carried out to investigate the punching behavior of RC walls under missile impact. The distance travelled, scabbing area, and failure mode of various RC walls are examined, and efficient designs are recommended thereafter.     

Time-dependent behavior of RC beams strengthened with externally bonded FRP plates: interfacial stresses analysis

External bonding of fibre reinforced polymer (FRP) composites has becomes a popular technique for strengthening concrete structures all over the world. An important failure mode of such strengthened members is the debonding of the FRP plate from the concrete due to high interfacial stresses near the plate ends. For correctly installed FRP plate, failure will occur within the concrete. Accurate predictions of the interfacial stresses are prerequisite for designing against debonding failures. In particular, the interfacial stresses between a beam and soffit plate within the linear elastic range have been addressed by numerous analytical investigations. In this study, the time-dependent behavior of RC beams bonded with thin composite plate was investigated theoretically by including the effect of the adherend shear deformations. The time effects considered here are those that arise from shrinkage and creep deformations of the concrete. This paper presents an analytical model for the interfacial stresses between RC beam and a thin FRP plate bonded to its soffit. The influence of creep and shrinkage effect relative to the time of the casting and the time of the loading of the beams is taken into account. Numerical results from the present analysis are presented to illustrate the significance of time-dependent of adhesive stresses.     

外壳预制核心现浇装配整体式RC梁抗剪性能的试验研究

该文以研究外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能为目的,制作了2根新型装配整体式RC梁和1根现浇RC梁,开展了RC梁的抗剪承载力试验,考察新型装配整体式RC梁的荷载-挠度关系、开裂荷载、极限承载力、箍筋应变发展特点及破坏模式,并与现浇RC梁的抗剪性能进行比较,试验研究表明:新型装配整体式RC梁与整浇RC梁具有完全相同的抗剪承载力特性;进一步探讨新型装配式RC梁的极限抗剪承载力计算理论,为装配整体式RC梁的设计提供参考。     

Reliability analysis of reinforced concrete grids with nonlinear material behavior

Reinforced concrete grids are usually used to support large floor slabs. These grids are characterized by a great number of critical cross-sections, where the overall failure is usually sudden. However, nonlinear behavior of concrete leads to the redistribution of internal forces and accurate reliability assessment becomes mandatory. This paper presents a reliability study on reinforced concrete (RC) grids based on coupling Monte Carlo simulations with the response surface techniques. This approach allows us to analyze real RC grids with large number of failure components. The response surface is used to evaluate the structural safety by using first order reliability methods. The application to simple grids shows the interest of the proposed method and the role of moment redistribution in the reliability assessment.     

单调轴向荷载下钢筋混凝土拉伸损伤本构研究

在已有的连续损伤理论基础上,研究综合考虑混凝土损伤、钢筋混凝土粘结滑移、以及受拉刚化效应等因素的钢筋混凝土拉伸本构模型,所提出的模型可以由其中各元件的本构特性推导出钢筋混凝土受拉损伤本构。该模型可以表征混凝土损伤、配筋等参数与钢筋混凝土试件受拉特性之间的量化关系,可以用于分析配筋受拉试件的初裂荷载、裂缝宽度等。通过与试验数据的对比得出了一些很有意义的计算与分析结果。