新型钢筋搭接灌浆套筒节点力学性能试验及有限元分析

对一种新型钢筋搭接灌浆套筒节点进行了力学性能试验研究和有限元分析。共设计了9组节点试件,变化的参数包括:搭接长度和钢筋直径、套筒壁厚和套筒端部约束方式。通过试验研究得出:套筒壁厚对灌浆料的约束作用较大,壁厚不宜小于5mm;套筒端部不做处理时节点的连接效果更好。基于试验结果采用ABAQUS软件进行了有限元补充分析,通过对比验证了有限元模型各个假设和本构模型取值的合理性。本研究以期为装配式混凝土结构的钢筋连接研究提供参考。     

基于内聚单元模型的装配式剪力墙数值模拟研究

随着我国预制装配式结构的推广,装配式剪力墙结构在我国的高层住宅中取得了广泛应用。目前对装配式剪力墙结构的设计采用了"等同现浇"的理念,没有考虑到现浇剪力墙与装配式剪力墙的差异性。在实际工程中。装配式剪力墙普遍通过灌浆套筒进行连接,具体为竖向钢筋在套筒内通过浆锚粘结,剪力墙底部与基础通过一层20 mm厚的高强灌浆料粘结。实际上,灌浆套筒的存在改变了钢筋的刚度分布,而灌浆缝的存在构成了剪力墙的初始薄弱部位,这些因素都对构件的整体力学性能有一定的影响。为了研究装配式剪力墙的整体非线性行为,本文开展了数值模拟研究。基于ABAQUS平台建立了预制装配式剪力墙的精细分析模型,采用损伤模型追踪墙体混凝土的损伤和开裂,引入内聚单元模型模拟剪力墙的水平拼缝。在考虑了上述因素之后,数值模拟结果与实验符合良好。基于数值模拟结果研究了装配式混凝土剪力墙的滞回耗能、损伤开裂以及钢筋应力重分布等细节,对预制装配式剪力墙结构的抗灾性能给出了综合评价。     

圆钢管约束高强灌浆料局部冲切性能研究

以钢管混凝土暗柱连接节点为研究对象,通过试验研究和数值分析全面考察圆钢管约束高强灌浆料在局部冲切作用下的力学性能和工作机理。在试验的基础上,应用ABAQUS有限元软件,建立分段模型(Multi-Section Model简称"MSM"),对圆钢管约束高强灌浆料的6组试件进行了数值分析。将计算结果与试验结果对比分析,观察试件的破坏形态,并研究了冲切角、钢管高度、钢管壁厚和高强灌浆料强度等因素对试件极限承载力的影响。结果表明:试件沿冲切面,呈锥形破坏;数值模拟结果与试验结果吻合较好;增大钢管壁厚、灌浆料强度、钢管高度和冲切角均可提高极限承载力,其中冲切角的影响较为显著。     

装配式剪力墙竖向钢筋套筒注浆连接试验研究

通过高应力反复拉压试验,研究了18个钢筋套筒注浆连接试件的破坏形态和套筒的应变,并对钢筋套筒注浆连接试件的屈服强度、极限强度和钢筋接头的等级进行了分析。结果表明:连接试件发生钢筋拉断和粘结破坏2种破坏形态,其屈服强度和极限强度均与钢筋母材强度相接近,另外钢筋连接采用套筒注浆的方式施工便捷和合理可靠,并通过对试验数据分析,给出了直径为12mm和14mm的HRB400钢筋采用此套筒注浆方式连接时套筒参数的建议值,为钢筋套筒注浆连接在装配式剪力墙中的设计和应用研究提供了一定的参考借鉴。     

插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力分析

在地震荷载作用下,水平接缝处为装配式剪力墙结构的薄弱部位。为了研究带插筋灌浆连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗侧承载力,并比较其与现浇钢筋混凝土剪力墙承载力的区别,本文在已有试验的基础上对现浇和插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙进行了有限元建模。在此基础上,本文定义了插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力折减系数并分析了轴压比、墙肢截面高度、墙肢厚度、灌浆料强度和插筋配筋率等参数对插筋灌浆连接装配式剪力墙破坏形态及承载力折减系数的影响。基于参数分析结果进行非线性回归分析,提出了插筋灌浆连接预制钢筋混凝土剪力墙承载力折减系数的简化计算公式。在工程参数的合理应用范围内简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好,可为插筋灌浆连接装配式预制钢筋混凝土剪力墙的抗震设计提供参考。     

圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能研究

以圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能试验为基础,基于ABAQUS有限元计算平台,通过建立分段模型(Multi-section Model简称MSM模型)进行数值模拟,探究圆钢管约束高强灌浆料在局部承压作用下的力学性能,并将软件计算得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比分析。结果表明,分段模型适用于圆钢管约束高强灌浆料局部承压作用下的数值模拟,且计算结果与试验结果吻合较好;增大试件高径比、钢管壁厚和高强灌浆料强度均可提高其极限承载力。     

钢筋套筒灌浆连接受拉性能数值模拟

套筒灌浆连接是装配式建筑竖向预制构件连接的主要形式.为深入研究钢筋套筒灌浆连接的受拉性能,通过ABAQUS建立了4组三维钢筋套筒有限元模型,并进行了单调拉伸试验模拟,模拟结果与实验结果基本吻合,验证了模型的可靠性.最后,基于有限元模型模拟研究了灌浆缺陷对钢筋套筒受拉性能的影响.研究结果表明:混凝土塑性损伤模型可以较好的...     

钢筋混凝土筒体的非线性有限元分析模型

本文提出了一种反复荷载下混凝土材料的本构模型，该模型采用平面应力状态下的弥散正交裂缝假设，钢筋采用弥散假设，并考虑了屈服、应变硬化、循环卸载与再加载规则等因素。该本构模型与其他模型相比，具有简便有效的优点。在此基础上，本文采用八结点平面应力单元建立了钢筋混凝土核心筒体非线性有限元分析模型，并对试验模型进行了非线性分析，计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋混凝土剪力墙塑性铰长度

在基于性能的结构抗震设计框架内,塑性铰长度的大小能反映相应的剪力墙延性和耗能能力的强弱,同时也是衡量结构抗震性能的重要指标。本文采用MSC.Marc建立了钢筋混凝土剪力墙的精细有限元分析模型,并采用试验数据对分析模型进行验证,有限元计算结果与试验结果吻合较好,说明了本文剪力墙有限元模型的合理性。在此基础上,研究了剪力墙截面高度、剪力墙高度、轴压比、中间墙体横向分布钢筋的配筋率、混凝土强度、纵向钢筋强度、边缘约束构件纵向钢筋配筋率等参数对塑性铰长度影响。分析结果表明,剪力墙塑性铰长度随着剪力墙截面高度、剪力墙高度、边缘约束构件纵向钢筋配筋率的增大而增大,随着轴压比、水平分布钢筋配筋率、混凝土强度、纵向钢筋强度的增大而减小。其中剪力墙截面高度、剪力墙高度和轴压比是主要的影响因素。基于参数分析结果提出了一个计算剪力墙塑性铰长度的简化公式,简化公式计算结果与试验结果吻合良好,表明简化计算公式合理可靠,可供工程设计参考。     

OpenSEES的剪力墙宏观单元的研究

重点研究三维剪力墙单元MVLEM3D的数值模型及计算原理,并采用开源非线性有限元程序OpenSEES进行剪力墙低周往复试验的数值分析,探讨不同单元划分形式对结果的影响。通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,对不同弹簧个数、不同竖向及水平划分方式,建立剪力墙宏观单元模型进行分析,对比试验结果表明该数值方法能够很好地从宏观上模拟剪力墙弹塑性行为:包括中和轴移动、剪切变形影响、局部塑性状态及破坏机制等。通过单元及弹簧的划分对比,可知该单元可通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,节省大量计算时间。对于强非线性分析,增加水平划分可以考虑局部的破坏变形,使骨架曲线下降段明显。因此该单元适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定。     

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。     

预制装配框架结构灌浆套筒式节点试验研究

预制装配混凝土结构竖向钢筋连接方法有很多,而近年来比较推崇的是钢筋套筒灌浆连接。这种钢筋连接方法在做法上较为简单方便,只需将钢筋插入预制好的钢套管内,并浇筑微膨胀灌浆料,待灌浆料凝结硬化便将两根钢筋连接到了一起。通过进行装配式混凝土框架边节点和相应的普通现浇边节点的低周反复荷载试验,来评价装配式混凝土框架边节点的力学和抗震性能。结果表明:装配式混凝土框架节点具有与现浇节点相近的抗震性能,实际工程中可参照现浇混凝土框架结构,按照等同设计原则进行装配式混凝土框架结构设计。     

高强钢筋高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

通过对6个L形和6个一字形高强钢筋高强混凝土短肢剪力墙进行拟静力试验和OpenSees有限元模拟相结合的方法,研究构件的抗震性能,得到试件的破坏形态及滞回曲线,骨架曲线,承载力等性能指标,并模拟分析了同高厚比下试件的轴压比依次从0.1增加到0.6,的抗震性能。结果表明:在低周往复荷载作用下试件主要为弯剪破坏;OpenSees能较好的模拟高强钢筋高强混凝土短肢剪力墙的弹塑性行为,试验结果与数值模拟结果吻合较好;采用高强钢筋高强混凝土使试件承载力显著提高,极限位移增大;承载力随轴压比提高,但高轴压比下腹板受压时易造成试件的迅速破坏,承载力迅速降低,提高配箍率使试件承载力提高,且能延缓试件端部损伤,提高试件后期的塑形变形能力。     

预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点抗震性能研究

针对采用预应力钢筋进行干式连接的预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点进行抗震性能研究。设计制作了一组节点试件,对其进行低周往复加载试验和数值分析,观测节点变形与破坏特征,得到试件梁端力-位移滞回曲线,分析节点承载力、耗能水平与变形能力。结果表明：通过接缝开合可在较小位移下控制构件的损伤程度,破坏模式以柱端牛腿压剪破坏为主;与现浇混凝土梁柱节点相比,该节点具有良好的变形能力和自复位特征,但是节点整体耗能能力较低;采用简化的基于多折线骨架曲线的本构模型可以对节点的力学性能进行简化等效模拟。     

钢管灌浆套筒连接受拉性能的试验研究

通过对27个足尺的钢管混凝土柱灌浆套筒连接试件的轴向抗拉性能试验,分析了灌浆料强度、连接长度对钢管灌浆套筒连接节点极限承载力和粘结强度的影响因素。试验结果表明:随着灌浆料强度和连接长度的提高极限承载力增大,粘结强度随着灌浆料强度的提高而增加,随着连接长度增大而减小。同时,利用回归分析的方法,分别给出了连接长度为60mm、80mm和100mm的粘结强度估算公式。研究结果不仅可以应用于海洋平台基础桩的连接,也为预制装配式结构中应用钢管灌浆套筒连接方式提供理论基础。     

螺旋箍筋约束套筒浆锚搭接的装配式剪力墙抗震性能有限元分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立现浇剪力墙和螺旋箍筋约束套筒浆锚搭接装配式剪力墙有限元模型,用单向加载的方法模拟模型的正向骨架曲线。结果表明,在边缘构件受压区设置约束混凝土模型,可以较好地模拟螺旋箍筋约束边缘构件的剪力墙的抗震指标,并证明利用ABAQUS软件模拟现浇和装配式剪力墙力学性能的可行性,为采用浆锚搭接的装配式剪力墙相关的研究提供依据。     

板钉连接CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区受力性能数值模拟

建立竖板-栓钉连接钢管混凝土（CFST）柱-钢筋混凝土（RC）梁节点试件（SSJD）拟静力加载试验有限元模型,并在节点损伤情况、梁端荷载-位移曲线等数值模拟结果与试验结果吻合较好的基础上,进一步开展了RC梁混凝土强度、配筋率ρ_s和连接竖板长度L_b及界面连接情况等对CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区域力学性能的影响。研究结果表明,RC梁混凝土强度对试件SSJD塑性铰区域受力性能的影响较小;适筋范围内RC梁配筋率增加可适当提高试件SSJD承载力和延性;随着连接竖板长度的增加,梁端塑性铰区域外移,梁破坏荷载增大;本研究给出的RC梁与CFST柱之间的界面抗剪承载力模拟值与计算值吻合较好,可用于界面抗剪设计。     

混凝土框架柱塑性铰区抗剪性能非线性有限元分析

为保证框架柱端塑性铰达到预期的塑性转动之前,柱端塑性铰区不出现剪切破坏,结合框架柱塑性铰区抗剪承载力的试验研究,利用ANSYS对10个框架柱构件塑性铰区的抗剪性能进行了非线性有限元分析;有限元模型中混凝土采用SOLID65单元,钢筋采用LINK8单元,分离式建模,施加约束时将试验构件上梁上端表面的所有节点在竖直方向耦合,以保证塑性铰出现在柱端;计算了10个构件的骨架曲线,框架柱塑性铰区弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段的应力云图和破坏时的裂缝分布图,将以上计算结果与试验结果进行了对比,数值计算结果和试验结果符合良好,验证了有限元模型建立的准确性,所建模型可为今后同类问题的非线性有限元计算提供参考。     

自复位钢筋混凝土框架地震响应数值模拟

通过对一种自复位钢筋混凝土框架进行静力试验研究,得到自复位钢筋混凝土框架柱脚节点、梁柱节点的力学性能参数,进而提出自复位钢筋混凝土框架节点的弯矩-转角力学模型。依据自复位钢筋混凝土框架的节点静力试验结果,采用有限元方法对自复位钢筋混凝土框架的抗震性能进行非线性时程分析,并对比了数值模拟与振动台试验结果。比较结果表明,通过节点静力试验能精确得到自复位钢筋混凝土框架节点的力学性能参数的计算公式,以节点静力试验结果为依据进行的自复位钢筋混凝土框架数值模拟结果与振动台试验结果吻合良好。     

高强灌浆料与钢筋黏结滑移试验研究

高强灌浆料被普遍用于装配式混凝土结构节点连接,用以提高钢筋连接的锚固性能.文中采用控制变量法设计了87个中心拔出试件来探究抗压强度、钢筋强度等级、钢筋直径、横向配箍和黏结长度等因素对钢筋-灌浆料黏结性能的影响.结果表明:提高灌浆料的抗压强度(85.8～122.7 MPa)不能提高黏结强度,这区别于以往混凝土拔出试验的研...