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。     

超高性能混凝土拉压滞回本构模型

为合理进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构抗震非线性计算,提出了一种可模拟循环往复荷载作用下UHPC构件力学性能的拉压滞回本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴压试验数据,在单调轴压本构模型的基础上,引入线性加卸载路径,建立了考虑钢纤维影响的UHPC重复受压本构模型。基于UHPC材料单调及重复轴拉试验数据,对应力软化型和应力硬化型的UHPC分别提出了双折线和三折线型的受拉应力-应变曲线,并建立了UHPC重复受拉本构模型。在重复受压和重复受拉本构模型的基础上,引入拉压传递机理,建立UHPC拉压滞回本构模型。基于OpenSees二次开发平台,采用文中所提拉压滞回本构模型对循环往复荷载下UHPC柱的力学性能进行计算,并与试验数据进行对比。结果表明：构建的UHPC拉压滞回本构模型可较好地模拟不同钢纤维掺量及不同轴压比下UHPC柱在循环往复荷载作用下的受力性能,可应用于UHPC结构抗震非线性分析。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱承载力有限元分析

应用Open SEES有限元软件计算圆钢管混凝土短柱的轴压承载力-应变关系曲线。由于钢管和混凝土之间相互作用的机理,分别采用Mander混凝土本构模型和根据套箍系数修正Mander混凝土本构模型,计算结果与实验结果吻合较好。应用此材料本构模拟圆钢管高强混凝土短柱并讨论不同参数的影响。结果表明:基于试验的Open SEES建模方式与模型参数选取合理;圆钢管高强混凝土与普通混凝土的力学性能差异大;增大核心混凝土的强度、钢材的套箍系数和屈服强度都可以提高构件的极限承载力。     

高性能混凝土剪力墙恢复力模型研究

高性能混凝土剪力墙的侧向刚度较大,变形能力较差。为了增强其侧向变形能力,通常在剪力墙截面两端设置约束边缘构件。根据15个设置边缘约束构件的高性能混凝土剪力墙弯曲(弯曲剪切)破坏的试验结果,以屈服点、峰值点和极限点将此种剪力墙的力-位移骨架曲线简化为三线型模型;基于平截面假定,分别推导了屈服荷载、峰值荷载及极限荷载的表达式;公式推导中考虑了边缘约束构件的影响。根据理论分析和试验数据,建立了骨架曲线各阶段的刚度计算公式。从理论值与试验值的比较可以看出,基于平截面假定所得到的屈服荷载和峰值荷载的计算值均与试验值接近。考虑了卸载时的刚度退化,并建立了适合高性能混凝土剪力墙的恢复力模型。     

考虑材料损伤累积的型钢高强混凝土框架节点数值建模及参数分析

为研究地震作用下损伤累积对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响,基于5榀型钢高强混凝土框架节点低周反复加载试验结果,分析节点构件损伤累积过程及其对刚度和强度的影响。从材料自身损伤入手,通过引入刚度影响系数考虑循环荷载作用下混凝土的单边效应,对Faria-Oliver本构模型进行改进,进而建立适应于型钢混凝土结构的材料损伤累积本构模型。同时基于该模型采用ANSYS分析软件对地震作用下的型钢高强混凝土框架节点进行数值分析,并与试验结果进行对比分析。结果表明:采用本文建立的材料损伤累积本构模型能较好地反映地震作用下型钢高强混凝土框架节点的损伤特性。在此基础上,进一步分析构件轴压比、配箍率、配钢率等设计参数对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响。研究成果可为该类结构构件的抗震设计提供理论和技术支撑。     

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。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

钢管高强混凝土压弯构件滞回性能的研究

本文根据适用于三向周期受力的钢材本构关系模型,和适用于三向周期受力改进的混凝土本构关系的边界面模型,采用有限元法对钢管高强混凝土压弯构件的荷载－位移滞回曲线进行了理论分析,并进行了6个核心混凝土的强度为77N/mm2的钢管高强混凝土压弯构件滞回性能的试验研究。将理论分析和本试验研究及其他试验研究结果进行了对比,分析了荷载－位移滞回曲线的特点。     

强约束大尺寸钢筋混凝土柱轴心受压试验研究

为研究箍筋强约束钢筋混凝土柱的轴心受压性能,完成了7根配箍特征值0.22-0.47、截面尺寸600mm×600mm的大尺寸钢筋混凝土柱试件的轴心受压试验研究。结果表明,试件的破坏形态均是纵筋受压屈曲,中部箍筋外凸,部分箍筋拉断,混凝土保护层剥落;除个别试件外,大部分试件核心区混凝土未压碎;强约束能有效提高钢筋混凝土柱的轴心受压承载力和竖向变形能力;达到峰值竖向应力时,纵向钢筋受压屈服,提供竖向承载力,箍筋受拉屈服,对核心混凝土起到约束作用。以小尺寸试件试验建立的约束混凝土应力-应变关系,可以较好地预测本文试件峰值前的应力-应变关系和峰值应力,但有可能高估混凝土的峰值应变及峰值后的变形能力。     

CFRP约束预压混凝土棱柱的轴压试验研究

通过42个混凝土棱柱体的轴压试验,研究了混凝土、CFRP约束混凝土和CFRP约束预压混凝土3种情况的棱柱体试件在轴压力作用下的应力-应变关系,与此同时还得出了混凝土方柱在预压后用CFRP加固再受荷时,试件的峰值应力随预加轴压比的增加的变化规律,并给出了考虑预加轴压比影响的峰值应力的计算公式,为在役混凝土结构构件的加固设计提供试验依据.     

带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件试验研究

为加强中空夹层钢管混凝土的力学性能,提出了在中空夹层钢管混凝土内外钢管间焊接双向对拉拉筋的构造措施。针对带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能开展了试验研究,研究配置拉筋对试件极限弯矩、抗弯刚度和横向变形系数的影响。采用合理的混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元软件建立并验证了带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件三维实体有限元模型,试验结果与有限元计算结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外钢管应力及核心混凝土应力的影响,研究结果表明:拉筋能有效缓解了内外钢管的局部鼓曲,提高试件的极限弯矩、抗弯刚度;拉筋加强了内外钢管对混凝土的约束作用,使得内外钢管受力更加合理。     

三轴受压再生混凝土强度及变形性能试验研究

采用正交试验法设计16组不同配合比的试件,分析常规三轴受压条件下,水灰比、再生粗骨料取代率、聚丙烯纤维掺量及围压4种因素对再生混凝土强度及变形性能的影响。试验结果表明:常规三轴受压条件下,再生混凝土峰值应力与单轴受压峰值应力及围压之间存在一定的线性关系;围压对峰值应力及应变影响较为显著,水灰比影响次之,再生粗骨料取代率及聚丙烯纤维掺量影响不明显。     

应用OpenSEES模拟复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能

基于Open SEES有限元软件对复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能进行模拟。考虑到钢管对混凝土的强化作用,选用Mander混凝土本构模型作为混凝土强度依据,针对外方内圆的复式钢管高强混凝土进行建模。将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:文中Open SEES建模方式与模型参数选取合理,模拟结果与试验结果吻合较好,复式钢管高强混凝土柱的有限元分析可以参考文中的建模方式及本构模型进行。     

砂土液化大变形本构模型及在ABAQUS软件上的实现

基于Yang和E lgam al等人提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的建立过程进行了详细的推导,基于新的嵌套屈服面硬化规则,对原有模型的硬化规则的不连续性做了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序的开发,基于该计算平台和开发的本构模型,对动三轴试验体系中砂土试样的液化过程进行了数值试验分析,给出了试验过程中试样的竖向动位移、整体竖向应力应变关系滞回曲线和动孔压时程曲线的数值计算结果。文中初步验证了该模型在ABAQUS上开发的子程序的可靠性和数值计算模型的可行性,模型的可靠性及其子程序的稳定性还需通过试验结果和数值计算结果的对比分析与进一步验证。     

高强混凝土剪力墙地震损伤模型分析

在分析比较现有钢筋混凝土结构的地震损伤模型的基础上,根据高强混凝土剪力墙的滞回曲线特性及刚度退化规律,采用能量耗散系数和最大变位处的卸载刚度的退化为破坏参数,提出了适用于高强混凝土剪力墙构件的双参数地震损伤模型。依据已有的高强混凝土剪力墙构件试验研究结果,对损伤模型进行非线性回归分析,确定了相应的地震损伤模型参数,提出了高强混凝土剪力墙各性能水平的损伤指数以及相应于三水准抗震设防的损伤指数允许值。分析结果表明,按本文所提出的损伤模型计算得到的剪力墙构件最终破坏时对应的损伤指数,其平均值在合理范围内,标准差较小;损伤指数计算值对应的损伤程度基本符合试验结果,计算结果离散程度较低。     

不同应变速率CFRP约束混凝土单轴受压本构关系的试验研究

针对目前我国尚无CFRP约束混凝土方柱在不同应变率下的动态试验研究,设计了一套能够满足不同应变速率的动态单轴受压试验装置,并对83个碳纤维布约束混凝土在不同应变速率、不同包裹层数、不同混凝土强度下进行了单轴受压试验研究,得到了不同应变速率下CFRP约束混凝土的轴向应力应变关系.试验结果表明,不同应变率下其应力应变曲线的形状大致相同,随着加载速率的提高,CFRP约束混凝土的抗压强度也也随之提高.     

粉煤灰自保温空心砌块砌体受压性能研究及非线性有限元分析

粉煤灰自保温空心砌块是一种新型非承重墙体材料,为研究这种新型材料的受压性能,本文进行了空心砌块砌体抗压强度试验,根据试验结果分析得到了砌体泊松比、抗压强度和弹性模量计算公式,提出了能描述砌体受压应力-应变全过程的6次多项式表达的空心砌块砌体受压本构关系,计算值与试验值吻合较好。最后,基于ABAQUS进行了单调水平加载下空心砌块墙体非线性有限元分析,并与墙体试验数据进行了对比,有限元分析结果进一步验证了空心砌块砌体受压性能研究结果的可靠性。     

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。     

精细化纤维梁柱单元模拟分析平台FENAP的开发

为精细化模拟桥梁结构的非线性行为,在深入分析纤维梁柱单元模型原理的基础上,本文基于ABAQUS建立了钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模拟平台FENAP,开发了与其相适应的材料模型库FENAP/MAT,涵盖了多种材料本构模型,能够有效考虑构件的刚度退化和强度退化等损伤效应,以及模拟轴力和弯矩的多维耦合效应等复杂非线性动力行为,且可考虑箍筋对混凝土的约束作用等。利用该FENAP平台数值模拟了一个钢筋混凝土矩形截面悬臂梁,进行了Pushover分析,考虑了箍筋对核心混凝土约束效应的影响,并与OpenSEES的计算结果进行对比。结果表明:FENAP平台可有效模拟桥梁构件的多种复杂非线性行为,且具有很好的计算效率和求解精度。     

型钢混凝土压弯构件受力性能数值模拟及影响参数分析

准确地预测地震荷载作用下型钢混凝土压弯构件的受力性能,对评估带有该类构件的超高层建筑结构的震害程度和分析其地震安全性具有重要意义。因型钢混凝土压弯构件复杂的材料特性和受力行为,在反复荷载作用下其受力性能的数值模拟尚存欠缺。本文采用开源有限元结构分析软件Open Sees,基于柔度法纤维模型,将型钢混凝土压弯构件中的混凝土按受约束情况,划分为3部分:箍筋以外的无约束混凝土,受型钢翼缘约束的强约束混凝土,位于上述两者之间的弱约束混凝土,并确定了相应的钢和混凝土材料本构模型,给出了型钢混凝土压弯构件数值模拟方法。采用该方法对低周反复荷载作用下9个不同轴压比的型钢混凝土压弯试验构件进行了全过程有限元数值模拟。得到的数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明本文所建立的型钢混凝土压弯构件的数值模拟模型和方法是合理、可行的,达到了精度和效率的统一,可进一步推广应用到带有该类构件的大型复杂超高层建筑结构的动力非线性分析中。采用本文模型和方法还分析了轴压比、混凝土强度等级、型钢强度等级和含钢率等对构件骨架曲线的影响,结果表明这些参数均对型钢混凝土构件的刚度、强度和延性有不同程度的影响。