基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。     

方钢管高强混凝土柱恢复力模型研究

根据23根方钢管高强混凝土柱在反复水平荷载作用下的试验结果,通过理论分析和试验结果的回归分析,提出了方钢管高强混凝土柱的恢复力模型;确定了轴压比、约束效应系数、长细比等主要参数与恢复力模型之间的关系;给出了各特征点参数的计算方法。研究结果表明:最大荷载与屈服荷载的比值、退化刚度与弹性刚度的比值都随着轴压比和长细比的增加而减小,随着约束效应系数的增加而增大;按建议的恢复力模型计算的骨架曲线与试验曲线符合较好。文中建议的恢复力模型既反映了主要影响因素,又便于对结构进行非线性动力分析。     

圆形空心钢管混凝土柱的耐火性能实验研究

关于实心钢管混凝土的耐火性能已有大量的实验研究,而空心钢管混凝土的耐火实验目前还非常少见。针对这一不足,对空心钢管混凝土进行了耐火实验研究,其中考虑了不同的空心率,并对中空注水对构件耐火性能的影响也进行了实验研究。实验结果表明：在相同的荷栽比下,构件的耐火时间随空心率先增大后减小。当空心率较小时,中空注水对构件耐火时间的提高作用不明显;当空心率较大时,注水对耐火时间的提高才体现出来。     

方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点的恢复力本构模型

本文在试验研究和有限元模型修正的基础上,对两类方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点——缀板连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点进行反复荷载作用下的非线性有限元参数分析,结果表明：影响缀板连接节点转动性能的主要因素是缀板的厚度,影响穿芯螺栓-端板连接节点转动性能的主要困索是端板厚度和螺栓直径等。进而通过回归分析建立了上述两类节点弯矩-转角恢复力模型的简化计算公式,可供工程设计与数值简化计算参考。     

型钢混凝土柱恢复力模型试验研究

开展了6个1/2比例的型钢混凝土(SRC)框架柱试件的低周反复加载试验.重点考虑轴压力系数和配箍特征值对型钢混凝土柱变形性能和滞回特征的影响.在试验研究基础上,分析了滞回曲线特征,并确定了恢复力模型的滞回规则.通过对试验结果的回归分析确定了卸载刚度和反复加载下的强度退化率,主要考虑参数包括位移延性比和轴压力系数.恢复力模型的骨架曲线由弹性段、强化段和强度退化段组成三线形骨架曲线.骨架曲线采用基于截面条带法和按实验数据的统计回归分析方法确定,其强化段和强度退化段均考虑了轴压力系数的影响.从而建立了能够考虑轴压力系数对滞回特性影响的型钢混凝土柱剪力-侧移恢复力模型.     

应用OpenSees模拟钢管混凝土不等跨框架抗震性能

基于一榀方钢管混凝土柱-H型钢梁不等跨平面框架的抗震性能试验,应用OpenSees有限元软件,模拟了低周反复荷载作用下框架的荷载-位移曲线,并对其抗震性能影响参数进行分析。研究结果表明:OpenSees中塑性铰纤维单元模拟栓焊连接的H型钢梁具有合理性。混凝土强度对框架的抗震性能影响较小,提高钢材强度可以有效提升框架结构的承载力和延性,其中Q345具有较高的性价比。柱截面宽厚比越小,框架承载力越高。轴压比增大会对框架抗震性能产生不利影响,工程中应避免出现高轴压比。在钢管混凝土不等跨框架结构设计中,钢梁跨度要综合考虑梁截面抗弯能力和梁柱线刚度比,其变梁异型中节点宜选择合适的梁高比。     

方钢管混凝土柱的延性系数

在空钢管中填充混凝土可以避免或延缓钢管早地发生局部屈曲,可以有效地提高构件的延性,从而增强构件的抗震性能,本文研究钢管混凝土桩的延性性能,本文首先提出方钢管混凝土柱延性系数的计算方法,然后,在大规模参数分析结构的基础上,考察了轴压比,长细比,含钢率,钢材屈服极限和混凝土抗压强度等参数对延性系数的影响规律,本文的研究成果可供有关工程实践参考。     

应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线

应用OpenSees计算外方内圆复合钢管高强混凝土柱（简称双钢管高强混凝土柱）的水平力—位移滞回曲线。分析了双钢管高强混凝土柱的单元和截面纤维划分。钢管材料采用双线性模型Steel02,混凝土模型采用Concrete02,圆钢管内和钢管之间的混凝土采用Susantha模型,考虑钢管对混凝土的约束作用,计算得到的水平力—位移滞回曲线与试验结果符合较好。在此基础上,应用OpenSees对双钢管高强混凝土柱进行参数影响分析,讨论了轴压比、方钢管壁厚（宽厚比）、径宽比、径厚比对双钢管高强混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：增大轴压比,延性降低;增大方钢管壁厚（减小宽厚比）,水平承载力增大;增大圆钢管直径和壁厚,有助于提高双钢管高强混凝土柱的竖向和水平承载力能力,增大耗能能力。     

钢管混凝土短柱支座隔震性能研究

本文提出一种钢管混凝土短柱隔震支座座，通过伪静力试验测定了短柱支座的恢复力特性，给出了有关恢复力的某些特征参数的表达式；对一座廿层砌体主房屋进行了非线性地震反应分析，考察了短柱支座的特性及其隔震效果；通过模型振动台试验，进一步验证了短柱支座的耳震效果和计算模型的准确性。     

型钢混凝土异形柱恢复力特性的试验研究

为了研究型钢混凝土异形柱的抗震性能,进行了17根型钢混凝土异形柱模型的拟静力试验,得到了型钢混凝土异形柱模型在低周反复荷载作用下的滞回曲线和P-△骨架曲线。通过试验结果的分析,给出了各关键点的试验数据及刚度退化规律,建议型钢混凝土异形柱恢复力模型采用双线型模型和退化三线型模型,并给出了恢复力模型各阶段刚度参数的计算公式,为型钢混凝土异形柱的非线性地震反应分析提供了理论参考。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明：1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架抗震性能分析

通过有限元软件OpenSees对采用了T型钢锚固型节点的一个两层三跨屈曲约束支撑混凝土框架进行了模拟,并与试验结果对比,来验证模拟结果的准确性。在此基础上,对试验框架的原屈曲约束支撑结构体系进行抗震性能分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合良好,OpenSees可以准确的模拟屈曲约束支撑混凝土框架的受力性能;屈曲约束支撑混凝土框架具有良好的耗能性与水平承载力;屈曲约束支撑框架体系具有较好的抗震性能;屈曲约束支撑能够增加结构体系的侧向刚度,有效控制结构变形。     

带粘弹性阻尼器结构振动台试验设计——基于OpenSees的阻尼器尺寸选择

基于带粘弹性阻尼器钢框架结构振动台试验,提出了基于OpenSees的阻尼器尺寸选择方法。首先,通过试验获得一种特定尺寸阻尼器的滞回曲线,根据粘弹性阻尼器相似理论,将其转换为一系列不同尺寸的阻尼器滞回曲线。使用Bouc-Wen模型对它们进行参数识别并添加到结构分析模型中,利用OpenSees软件对添加阻尼器结构和纯框架结构进行不同水准的3条地震波下动力时程分析。最后,通过综合考查阻尼器的减震效果和最大应变来确定合适的用于振动台试验当中的阻尼器尺寸。结果表明,本方法可避免对不同尺寸阻尼器逐个进行性能试验,Bouc-Wen模型可较准确地模拟阻尼器力学性能,OpenSees非线性动力时程分析可准确模拟试验过程,根据提出的选择指标能简单方便地确定阻尼器的尺寸。     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

考虑钢筋拉结作用的钢管混凝土节点抗连续倒塌机理分析

地震、火灾和撞击等极端情况可能会引起建筑结构发生局部或者大范围的坍塌破坏。现有关于建筑结构抗连续倒塌研究主要考虑楼板对梁整体刚度的贡献,并未考虑板内钢筋的连续拉结作用,可能保守的评估了楼板对整体结构的抗连续倒塌贡献。因此,选取圆截面钢管混凝土组合节点为研究对象,基于ABAQUS软件建立板内钢筋端部不约束和约束两种不同边界条件的数值模型,分析竖向中柱失效工况下节点的破坏机理,对比不同约束条件下钢管混凝土节点的抗连续倒塌承载力计算曲线,观察板内钢筋约束条件下对该类节点梁机制和悬链线机制承载力的影响。研究结果表明:考虑板内钢筋单向拉结作用时,组合节点倒塌破坏分为:梁机制阶段、转化阶段、悬链线机制阶段和破坏阶段;对比两种不同约束条件下所得抗力曲线发现,考虑板内钢筋拉结作用时,梁机制承载力提高了7%左右,悬链线阶段承载力变化并不明显。     

基于OpenSees的巨型SRC柱低周反复试验数值分析

为研究巨型SRC柱抗震性能的数值模拟方法,本文基于有限元分析软件OpenSees,采用纤维单元模拟5根具有不同复杂截面型钢形式的巨型SRC柱试件的低周反复加载试验,并与试验滞回曲线以及骨架曲线进行对比分析。结果表明,该基于纤维单元的有限元模型能够较好模拟巨型SRC柱试件的滞回反应,具有一定的合理性和可靠性。同时采用一种新型高性能分层壳单元对其中一根巨型SRC柱试件进行精细有限元建模分析,分析结果与试验结果对比表明分层壳能够较好地模拟试件的初始刚度和峰值承载力;与纤维单元模拟结果对比表明纤维单元能够更好地模拟试件承载力的下降,结果更加精确,且计算效率更高;新型高性能壳单元DKGQ能够弥补原有壳单元的不足,更好地模拟构件因混凝土大量开裂剥落导致的承载力下降。     

基于OpenSees的CFRP加固RC短柱抗震性能数值模拟

采用地震工程开源模拟软件OpenSees对CFRP加固RC短柱进行了静力Push over分析和低周往复加载分析,并与通用有限元软件ANSYS模拟结果进行对比研究.研究结果表明:利用CFRP进行加固,不仅阻止了RC短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,增强了结构延性,进而有效地提高其抗震性能;同ANSYS相比,OpenSees可以宏观的反映CFRP与混凝土共同作用的非线性力学特征,有效地对构件和结构进行加固后的承载力及抗震性能分析.