损伤梁单元及其在RC结构构件非线性分析中的应用

本文介绍了一种基于损伤力学、断裂力学以及集中塑性理论建立的简化损伤梁单元模型。采用此单元模型,分析了实验梁在单凋加载下的受力性能,并与材料模型和弹塑性单分量模型分析结果进行比较。算例表明简化损伤粱单元模型对于RC结构构件的非线性分析有良好的适应性,可以有效地模拟构件的开裂、屈服和失效全过程;得到直接从力学意义出发的反映结构损伤的损伤内变量,对结构的损伤评估有启发意义。     

梁铰型屈服RC框架结构地震弹塑性位移增大系数研究

本文通过弹性和弹塑性时程分析,研究了水平地震作用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数3个因素对弹塑性位移增大系数的影响,通过非线性回归分析给出了弹塑性层间位移增大系数经验公式;通过分析滞回耗能沿楼层高度的分布,初步确定了梁铰型屈服RC框架结构的薄弱楼层位置;基于结构损伤分析,讨论了抗震规范中RC框架结构弹塑性层间位移角限值的水准。     

角钢加固损伤RC框架结构Pushover分析

基于RC框架前期的水平低周反复荷载试验研究,采用有限元软件SAP2000对该试验试件进行了Pushover分析,模拟结果与试验值基本符合。以此为基础,通过定义材料的弹性模量即改变刚度,来表达RC框架的损伤程度,从而建立角钢加固损伤RC框架结构的有限元分析模型,继而对该模型进行了Pushover分析,研究角钢加固损伤RC框架结构的抗震性能及损伤程度对加固框架的影响。计算结果表明,角钢加固后RC框架的承载力大幅度提高,RC框架加固前的损伤降低了极限荷载,且大幅度降低了延性系数,说明损伤程度对加固后框架的延性耗能能力影响很大。     

钢筋混凝土框架柱震损程度量化鉴定方法

钢筋混凝土结构震后损伤鉴定中,最常见的方式是鉴定者观察房屋破坏现象,根据经验给出震损等级。该方法直观高效,但对鉴定者的专业经验要求较高,且鉴定结果的主观差异较大。对此以RC框架柱为对象,开展了基于震损现象的震损量化鉴定方法研究:在RC框架柱震损现象量化试验基础上给出基于构件骨架曲线特征阶段的震损分级方法;对7个RC框架柱试件进行了改进Park-Ang损伤指数分析,建立了RC框架柱损伤指数-震损分级-震损现象的对应关系;基于RC框架柱的试验结果及典型震害编制了RC框架柱震损图集,并给出了使用图集进行框架柱震损鉴定的流程及方法。使用该方法对2个实际震害中的RC框架柱进行了震损鉴定,可为更加客观以及准确地开展钢筋混凝土结构的震损鉴定提供参考。     

短肢剪力墙损伤累积力学模型

根据短肢剪力墙受力损伤及破坏的特点和规律,提出了墙端有限塑性域和墙端有限损伤域的概念.利用墙条纵向协调与横向组合和墙条在材料层次上的本构关系,建立了短肢剪力墙考虑地震损伤累积的单元力学模型.推导出了短肢剪力墙考虑损伤累积的墙元柔度矩阵,并根据该模型编制了基于柔度法弹塑性纤维单元的非线性有限元分析程序.通过算例分析得出了比较理想的结果,说明方法应用的可行性.     

CFRP布加固损伤RC框架结构Pushover分析

基于前期RC框架及CFRP布加固完好RC框架的水平低周反复荷载试验研究,采用有限元分析软件SAP2000对该试验进行了Pushover分析,结果表明模拟结果与试验值基本相符。以此为基础,通过定义材料的弹性模量来表达RC框架的损伤程度,从而建立CFRP布加固损伤RC框架结构的有限元分析模型,继而对该模型进行了Pushover分析,研究CFRP布加固损伤RC框架结构的抗震性能,验证了所提分析方法的可行性与合理性。     

考虑锈蚀的钢框架柱地震损伤模型研究

为准确评估锈蚀钢框架在地震作用下的损伤,对已有的地震损伤模型进行改进,并对框架柱的地震损伤特性进行分析。建立基于变形和能量组合的双参数损伤模型,对损伤模型中相应的参数给出具体定义和表达式,定义不同破坏等级的损伤指数范围。对3个具有不同锈蚀率的空间钢框架结构进行弹塑性时程分析,并对损伤模型的准确性进行验证。研究结果表明,该模型能够较好地描述锈蚀钢框架柱的地震损伤程度。研究结果可为该类结构构件的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。     

暗支撑剪力墙非线性分析模型

建立了适合于带暗支撑剪力墙非线性分析的宏观单元模型,分别用带斜杆的多垂直杆单元模型和模拟框架单元模型对2个带暗支撑剪力墙进行了静力弹塑性分析,给出了模拟框架单元模型的刚度矩阵和杆件非线性力-变形关系,对两种不同单元模型的计算结果进行了对比,结果表明该两种模型能够较好反映带暗支撑剪力墙的弹性和塑性阶段的受力特点。     

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。     

基于不同结构损伤模型的RC框架地震易损性研究

针对目前RC框架结构地震易损性分析中整体损伤模型研究的薄弱性以及广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理的现状,本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种较准确反映地震破坏机理同时便于应用的最大变形和滞回耗能非线性组合的双参数损伤模型。以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量2种单参数模型以及牛荻涛模型和本文模型两种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线,并进行了模型的对比分析和检验评估。分析结果表明:仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构的抗倒塌性能,仅以能量作为结构整体损伤指标会低估结构损伤的超越概率。本文模型能较好地平衡最大变形和累积损伤对结构损伤的影响程度。     

组合梁-方钢管混凝土柱框架结构抗震性能的pushover分析

采用考虑组合梁多材料截面引起的正向、负向刚度、强度和承载力不同的截面本构模型,建立了组合梁结构的弹塑性分析模型,对一个15层的钢混凝土组合梁-方钢管混凝土柱框架结构开展了多遇地震、罕遇地震下的pushover分析,为组合框架结构体系的抗震性能分析以及pushover方法在该体系中的应用提供了参考。在此基础上,与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构、钢梁-钢筋混凝土柱框架结构进行对比研究,比较了几种结构的动力特性,表明组合梁-方钢管混凝土柱框架结构体系相对于其它两种框架结构体系具有更好的抗震性能。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明：填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

Simulation of damage in RC frames with variable axial forces

The purpose of this paper is to describe how the methods and concepts of continuum damage and fracture mechanics can be applied to the modelling of the hysteretic behaviour of Reinforced Concrete (RC) frame members under variable axial loads. A frame member is considered as the assemblage of an elastic beam-column and two inelastic hinges, as in conventional nonlinear analysis of RC frames. As a result of the combination of damage mechanics and standard RC theory, a simplified model of damage is proposed and implemented as a finite element (FE). This new element can be used with any non-linear commercial FE program. The numerical simulation of several experiments, for which data were available in the literature, verifies the accuracy of the model. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

采用非线性纤维梁单元法的钢管混凝土组合框架动力响应分析

钢管混凝土结构已经广泛应用于我国高层和超高层建筑中,为研究该类结构的抗震性能,分别采用分离模量法和统一模量法对某13层钢管混凝土框架结构进行抗震性能分析,研究不同地震波作用下组合框架的模态和多遇地震下的弹性动力时程,对比组合框架顶点位移反应、加速度反应、层间侧移及动力放大系数等。研究结果表明,分离模量法和统一模量法建模方法在分析钢管混凝土框架抗震动力特性上总体相差不大,但前者可以考虑材料弹塑性,从而对结构弹塑性进行分析,而后者在弹塑性阶段需要用全曲线表达式,尚需进一步的研究。     

罕遇地震下空心薄壁高墩大跨T形刚构桥弹塑性地震反应分析

利用大型结构分析软件建立了空心薄壁高墩大跨T形刚构桥的空间抗震有限元模型,运用非线性动态时程反应方法进行了高烈度地震区罕遇地震作用下的弹塑性地震反应计算,并与线性时程法和反应谱法的计算结果进行了对比.同时对该结构的延性抗震性能进行了分析评价.结果表明空心薄壁高墩T形刚构铁路桥在罕遇地震下处于较弱的非线性受力状态,其受到的损伤仍然很小,具有较好的抗震能力,结构考虑非线性塑性反应后的地震力与弹性相比明显减小.     

高强钢筋高延性纤维增强混凝土框架结构的屈服机制和抗震性能

为了对混凝土框架结构的地震破坏机制和抗震性能进行控制,在框架柱中配置高强钢筋,并将纤维增强混凝土(FRC)用于框架结构的预期损伤部位。结构柱中的高强钢筋用来减小结构的残余变形,FRC材料用来增加结构的耗能能力和损伤容限。设计了三个框架,采用动力弹塑性时程分析方法进行分析。研究结果表明,采用高强钢筋提高了结构的整体承载能力,在层间侧移角达到3%之前避免了柱铰的出现(包括底层柱底),并且减小了结构的残余变形;预期损伤部位采用FRC材料能够提高结构的塑性耗能。     

混凝土框架柱双向受剪性能试验研究与相关性分析

为研究钢筋混凝土框架柱的抗震性能,进行了矩形截面不等肢配箍混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的抗剪强度试验研究,对框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力进行有限元分析,并与试验结果进行比较,研究了两向不等肢配箍矩形截面柱在静载和低周反复荷载作用下双向受剪承载力的相关关系,推导了双向受剪承载力计算公式。研究结果表明,斜向水平荷载作用下,不等肢配箍混凝土框架柱双向受剪承载力的相关关系近似符合椭圆规律,为不等肢配箍混凝土框架柱的受剪承载力设计提供参考。