圆钢管超高性能混凝土组合柱抗震性能分析

为了研究圆钢管超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete-filled steel tube, UHPCFST)组合柱的抗震性能,文中采用OpenSees对圆UHPCFST组合柱在低周往复荷载作用下的响应进行分析。首先,选用3种不同的圆钢管约束UHPC本构模型,并通过与文献试验结果进行对比验证其有效性后,对圆UHPCFST组合柱的抗震性能进行含钢率及轴压比2个参数的影响分析。与文献试验结果对比表明,UHPC采用LU本构计算参数所建立的模型可很好地模拟低周往复荷载作用下圆UHPCFST组合柱的荷载-位移骨架曲线及滞回性能。参数分析发现：含钢率由3.31%增大到27.75%(钢管壁厚由2 mm增大到18 mm)时,组合柱的水平承载能力提高了2.6倍,延性提高2.5倍;轴压比由0.1提高到0.9时,组合柱的极限承载能力降低了24.45%,延性急剧下降(78.3%);当柱的含钢率在9.75%～20.49%范围内(钢管壁厚在6～13 mm内),轴压比在0.1～0.3之间时,圆UHPCFST组合柱在地震作用下表现出良好的抗震性能,承载力能力明显无降低,延性与变形...     

高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能研究

为探讨高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能,基于大型有限元程序ABAQUS,结合UHPC、NC和高强钢筋材料本构关系,校准损伤塑性模型中相关参数,建立高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震有限元模型。通过与3个NC柱和3个UHPC柱拟静力试验结果对比,验证分析模型的有效性。在此基础上,进一步探讨轴压比、纵筋直径、纵筋强度、箍筋间距和UHPC高度等敏感参数对高强钢筋增强UHPC-NC组合柱抗震性能的影响。结果表明,高强钢筋增强UHPC-NC组合柱位移延性系数随轴压比、纵筋直径和箍筋间距的增大而降低,随纵筋强度和UHPC高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的趋势,合适的UHPC替换高度能充分发挥高强钢筋和UHPC材料特性并取得良好的经济性。     

免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土柱抗震性能研究

为研究预制超高性能混凝土(UHPC)模板钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能,并验证预制UHPC模板在往复荷载作用下是否发生剥离,考虑轴压比、剪跨比、箍筋间距和保护层厚度,设计制作6根免拆模板柱(PTC)和1根RC对比柱试件,对其进行拟静力试验,研究其破坏形态、滞回性能、变形和耗能能力以及强度和刚度退化规律等。结果表明,与加载方向垂直的预制UHPC模板大约在PTC试件峰值荷载的70%时发生剥离,与加载方向平行的预制UHPC模板在试件最终破坏时剥离;在剪跨比、轴压比和箍筋数量均分别相同的条件下,由UHPC模板加10 mm混凝土作为保护层的试件,其抗震性能相对较好,但其承载力和前期刚度略有减小。     

承插式预制混凝土桥墩抗震性能试验与数值模拟

为探究不同结构参数下承插式预制混凝土桥墩的抗震性能，依据桥墩抗震性能试验，采用有限元软件建立现浇和承插式预制桥墩模型，对比不同钢筋本构模型模拟结果，选取最优钢筋本构模型开展后续分析。共建立8组承插式预制混凝土桥墩模型，分析轴压比、高宽比、纵筋配筋率和箍筋配筋率对桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：采用Clough钢筋滞回本构关系的桥墩模型与试验结果吻合良好，具有有效性；提高预制承插式桥墩的轴压比和高宽比，可大幅度提高桥墩的峰值承载力和累积耗能，减小残余位移；提高纵筋配筋率，提高承载能力和累积耗能，残余位移变化并不明显；提高箍筋配筋率，对桥墩承载力和耗能能力无明显影响。轴压比、高宽比和纵筋率3种构造参数对承插式预制桥墩抗震性能具有一定的影响。     

超高韧性水泥基材料增强框架节点抗震性能有限元分析

为了研究超高韧性水泥基材料增强框架梁柱节点的抗震性能,采用Opensees有限元软件对3榀框架梁柱中节点进行了非线性有限元分析。通过调整混凝土本构模型中抗拉阶段的荷载-位移关系,模拟了超高韧性水泥基材料的应变硬化性能。计算得到了试件的滞回曲线、骨架曲线和能量耗散系数,并与试验结果进行了对比。两者吻合良好,表明所采用的材料本构关系和建立的非线性有限元模型能够较准确的模拟超高韧性水泥基材料增强框架节点的抗震性能。     

高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱的抗震性能,设计了轴压比为0.8和1.0的两个试件进行低周往复荷载试验,得到了高轴压比下波纹侧板-方钢管混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线和承载能力,计算出位移延性系数、刚度退化和累计耗能等抗震性能指标。研究结果表明:试件的破坏形态为弯剪破坏,剪切破坏发生在波纹侧板及核心混凝土,方钢管主要破坏特征为受压鼓曲和受拉断裂;试件的滞回曲线比较饱满,耗能性能良好,刚度退化稳定;随着轴压比的增大,试件的位移延性系数变小。总体来看,波纹侧板-方钢管混凝土柱在高轴压比下仍然能保持较好的抗震性能,可为后续的理论研究及实际工程应用提供依据。     

圆钢管混凝土组合框架拟动力性能有限元分析

提出了一种精细化有限元建模方法,采用ABAQUS有限元软件建立2层圆钢管混凝土柱-组合梁空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析。模型考虑了混凝土与钢材的合理滞回本构关系、钢管对核心混凝土的套箍约束作用、梁与柱的半刚性连接节点以及结构阻尼。位移、加速度、基底剪力、累积耗能的有限元结果与已有拟动力试验结果吻合良好,证明了模型具有较高的精度。进一步分析了结构损伤、钢管混凝土柱轴压比、钢管横向变形系数以及钢管、核心混凝土、钢梁、楼板和钢筋的应力。结果表明:3种幅值El Centro波作用下,组合框架基本处于弹性阶段,具有良好的抗震性能;柱的轴压比很小,且受压损伤小于楼板,该框架结构为典型的"强柱弱梁"体系;采用的建模方法具有求解效率高、数值稳定性好的特点,能有效反映结构的损伤过程,因此可方便地用于实际工程的抗震性能评估。     

循环荷载下MCFT混凝土结构模型

本文将单调荷载下MCFT模型发展到循环荷载并开发到通用有限元软件ABAQUS上,循环荷载下的MCFT模型是由单调荷载下的混凝土拉压曲线结合本文设定的混凝土加载卸载路径而成,编制的ABAQUS程序可以分析钢筋混凝土平面应力结构受循环荷载作用的非线性性能。通过柱、梁、剪力墙以及框架边、内节点实例分析,验证本文编制的程序对多种类型的结构分析都具有有效性。得出的主要结论是本文编制的程序可以准确计算循环荷载作用下钢筋混凝土结构的极限承载能力,数值分析的滞回曲线能很好地模拟出试验曲线的捏拢效果,表明本文方法对ABAQUS自带模型的改进是明显的。     

底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为适应巨型框架结构发展,提出了一种底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱。为了比较它与相应普通多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能的差异,进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在轴向压力或轴向拉力下的低周反复荷载试验研究。6个模型中:按底部截面构造区分,3个试件为底部加强型巨型柱模型,3个试件为相应普通巨型柱模型;按轴力作用方向区分,4个试件为轴压试件,轴压比分别为0.5、0.25,2个试件为轴拉试件,轴拉比为0.2。比较分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。研究表明:底部加强型巨型柱与普通巨型柱相比,承载力、延性、耗能能力明显提高,刚度退化速度减慢,工作性能较稳定;轴压试件与轴拉试件相比,轴压试件抗震性能相对较好。     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能有限元分析

复式钢管混凝土柱具有较高的抗压承载力,在强地震作用下具有很好的防倒塌能力,已广泛用于大跨度桥梁和超高层房屋建筑中。基于复式钢管混凝土柱-钢梁节点的试验研究,合理选择材料本构关系、破坏准则,采用ANSYS软件建立了有限元模型,以研究该类节点在低周往复荷载作用下的抗震力学性能。有限元模拟得到的滞回曲线及骨架曲线与试验结果吻合较好,从而验证了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了钢梁及内外钢管在受力过程中的应力分布,探索了此类节点的传力机制及最终破坏形态;最后对该类节点进行参数分析,研究了钢梁强度等级、外方钢管柱强度等级、外方钢管柱壁厚及复式钢管混凝土柱轴压比对节点受力性能的影响,供此类新型节点的试验设计及工程应用参考。     

反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析

本文在确定了往复应力作用下钢管混凝土的钢材和核心混凝土的应力-应变关系的基础上,利用纤维杆元模型,有限元模型对钢管混凝土Y形柱和十字形钢梁连接的节点的荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：由纤维杆元模型与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由纤维杆元模型和有限元所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的结果相一致。纤维杆元模型能准确地预测节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。在此基础上研究了方钢管混凝土柱的轴压比,宽厚比及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。     

基于钢筋拉压力传递的预制空心板残余抗震性能研究

为提升建筑质量,分析在循环往复荷载作用下预制空心板整体抗震性能,研究基于钢筋拉、压应力传递的预制空心板残余抗震性能.制备不含钢筋预制空心板结构试件:不含钢筋试件、未使用钢筋拉压力传递间接搭接试件、使用钢筋拉、压应力传递灌孔构造边缘构建试件,对各试件循环施加地震荷载,记录各试件性能变化情况.试验结果表明,相比于压剪破坏的...     

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。     

基于双参数损伤阈值的高延性混凝土损伤本构模型研究

通过9组不同配合比高延性混凝土试件的单轴受压试验,研究了纤维桥联应力的约束作用对高延性混凝土试件单轴受压破坏形态的影响。根据高延性混凝土单轴受压应力-应变曲线的形状和特点,引入两个损伤阈值参数γ和β,建立了基于双参数损伤阈值的高延性混凝土单轴受压损伤本构模型。试验结果表明:高延性混凝土单轴受压损伤本构模型的初始损伤阈值γ远高于普通混凝土和钢纤维混凝土;达到峰值应变时,高延性混凝土的损伤值D远小于钢纤维混凝土的;纤维桥联应力的横向约束作用,显著提高了高延性混凝土单轴受压的耐损伤能力。本文建立的模型曲线与试验曲线吻合良好,能较好地描述纤维桥联作用的影响以及高延性混凝土单轴受压应力状态下的损伤发展过程。     

轴压作用下斗栱的精细化有限元模型研究

斗栱中斗与横栱之间的嵌压及摩擦作用是影响斗栱在轴压作用下力学性能的重要因素。基于木材的正交各向异性本构关系和Yamada-Sun强度准则,引入修正的库伦摩擦模型,开发了木材本构关系子程序及木材摩擦子程序,并将两种子程序联合编译形成用户子程序,使用该子程序建立了大式建筑单翘单昂柱头科斗栱的精细化分析模型。将精细化模型及不采用子程序的普通有限元模型与斗栱轴压试验进行对比分析,结果表明:精细化模型计算得到的荷载-位移曲线、各构件的内力和变形与试验结果更吻合,更能真实反映斗栱在轴压作用下的力学性能。     

T形配钢钢骨混凝土柱抗震性能数值分析

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,基于12根T形配钢钢骨混凝土柱的拟静力试验研究进行非线性数值模拟,了解其破坏机制、承载力、延性及耗能能力,探讨轴压比、配钢率、剪跨比对抗震性能的影响。结果表明,低周反复荷载作用下T形配钢钢骨混凝土柱滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力。在峰值荷载前,数值模拟结果与试验结果吻合较好。轴压力在一定范围内提高了试件承载力,但降低了延性;增大配钢率能提高试件的承载力、刚度和延性,使得峰值荷载后试件的性能退化趋于平缓;剪跨比对试件破坏形态有显著影响,随剪跨比的增大试件延性性能提高。     

不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能研究

基于不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能试验,分析了单调拉伸荷载、重复荷载及疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的力学性能,对锈蚀钢筋力学性能在不同荷载模式下退化程度进行了对比研究,并给出了锈蚀钢筋力学性能退化计算式。试验表明,随着锈蚀率的增大,疲劳荷载及重复荷载下锈蚀钢筋力学性能退化比单调荷载下更为明显,伸长率及弹性模量退化相对严重,疲劳及重复荷载下锈蚀钢筋由软钢逐渐向硬钢转变,而坑蚀是导致这一现象的主要原因之一。坑蚀是应力集中源,同时也是锈蚀钢筋混凝土结构损伤累积源,建议对锈损结构疲劳及抗震性能评估应考虑这一因素的影响。     

T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能,以轴压比、波纹钢板形式、翼缘宽度和剪跨比为变化参数,完成了5个试件的拟静力加载试验。基于试验中观测的破坏形态和滞回曲线,对T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙的破坏规律和抗震性能进行了分析。试验结果表明:在低周反复荷载作用下试件破坏形态表现为压屈和受拉破坏,破坏发生在腹板端柱底部,滞回曲线呈捏拢的S形,具有非对称性;波纹形状对试件整体抗震性能影响不大;随着轴压比的提高,核心混凝土的约束作用得到加强,水平承载力提升较大,破坏时位移减小,延性变差;增大翼缘宽度可以减小强度退化程度;减小剪跨比可以显著提高试件的初始刚度和水平承载力,但耗能能力变差。     

约束高强混凝土三轴受压本构模型分析

侧向约束能够提高高强混凝土抗压强度,有效改善延性,合理本构模型的表述对结构非线性分析意义显著。基于281组三轴受压约束混凝土构件试验结果,建立了峰值应力和峰值应变与侧向约束的计算模型,并与现有Attard and Setunge模型、Candappa模型和Lu and Hsu模型、Jiang and Teng模型进行对比,评估模型的准确性;进而,采用Popovice模型,建立了适用于普通和高强混凝土的本构模型。研究表明:建立峰值应力和峰值应变模型计算值与试验值较为接近,基于其建立的高强混凝土三轴受压本构模型曲线与试验曲线吻合较好,为高强混凝土三轴受压约束构件的非线性分析提供理论依据。     

基于ABAQUS的传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点有限元分析

在传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点抗震性能试验的基础上,采用ABAQUS非线性有限元软件对传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点进行单调荷载作用下的有限元分析。通过对模型的有限元分析,得到了此类节点的变形图、混凝土受拉损伤分布图、最大主塑性应变云图和单调荷载作用下的P-Δ骨架曲线等。并且对节点体积配箍率、轴压比及上梁和下梁间距等影响此类节点抗剪承载力的主要因素进行了分析。结果表明:利用ABAQUS对传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点的有限元分析结果与试验结果符合较好;随体积配箍率的增大,节点抗剪承载力提高幅度降低;随轴压比的增大,节点抗剪承载力和延性均得到不同程度的提高;上梁和下梁间距的变化对节点抗剪影响较小,考虑到上梁和下梁的协调性及建筑的美观性,建议在不影响建筑的美观基础上,上梁和下梁间距可以适当增大,以提高节点的抗剪能力。