CRB600H级箍筋混凝土短柱抗震性能研究

为研究高强箍筋混凝土柱抗震性能,通过对CRB600H级高强箍筋混凝土短柱低周往复加载试验展开数值模拟研究。利用OpenSEES中的Nonlinear Beam Column单元、零长度截面转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯-剪耦合效应的抗震数值分析模型。分析轴压比、剪跨比对CRB600H级箍筋柱的滞回性能、刚度退化、延性及耗能性能的影响,并以HRB400级箍筋柱进行对比分析,结果表明：轴压比越大的构件水平抗剪承载力,延性和耗能能力越差;剪跨比越大构件的水平抗剪承载力越低,延性和耗能能力越好;CRB600H级和HRB400级箍筋柱,两者承载力接近,CRB600H级箍筋柱延性和抗震性能更好。     

高强箍筋高强混凝土墩柱弯剪数值分析模型

在高强混凝土墩柱中配置高强度约束箍筋可有效提高其抗震能力,本文发展了适用于高强箍筋高强混凝土墩柱滞回性能模拟的弯剪数值分析模型。在普通钢筋混凝土墩柱弯剪数值分析模型的基础上,对22个具有典型弯剪破坏特征的高强箍筋高强混凝土柱试验结果进行分析,验证了Elwood剪切破坏面对高强箍筋高强混凝土墩柱的适用性。基于Open Sees数值分析平台建立了墩柱的弯剪数值分析模型,使用Elwood剪切破坏面监测墩柱的剪切破坏时刻。模拟了6个发生弯剪破坏的高强箍筋高强混凝土墩柱滞回曲线,并与试验结果进行对比。结果表明,模拟滞回曲线与试验结果吻合良好,数值模型对高强箍筋高强混凝土墩柱的强度、变形能力、残余位移等具有较好的模拟精度。模拟得到的弯曲、剪切及纵筋拔出等各变形成分也与试件的弯剪破坏特征吻合。     

锈蚀钢筋混凝土柱的强度-变形分析模型

对锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行了试验研究,分析锈蚀试件的破坏过程和破坏特点,重点研究了柱纵筋锈蚀率和轴压比对锈蚀钢筋混凝土柱受力性能的影响。在试验研究基础上,对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正,建立了锈蚀钢筋混凝土柱的压-剪-弯交互作用分析模型,应用改进斜压场理论、传统截面分析法对锈蚀钢筋混凝土柱的受剪机理、受弯机理进行分析,通过锈蚀压弯构件轴向应变的变形协调将受弯模型和受剪模型结合,最终计算获得锈蚀钢筋混凝土柱的承载能力和极限变形,并通过12根锈蚀钢筋混凝土柱的试验结果对建议分析模型进行了验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土柱承载能力试验值与计算值之比的平均值为1.107,方差0.010,吻合较好;锈蚀试件按建议分析模型计算得到的极限变形与试验数据接近,平均值为0.873,方差0.051。因此,建议模型可分析水平反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的极限变形和承载能力。     

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。     

钢筋混凝土柱的破坏形态及变形能力研究

对钢筋混凝土（RC）柱在地震作用下的变形性能进行量化,本文从太平洋地震研究中心柱数据库中收集到123根RC柱抗震性能试验数据,提出基于参数剪跨比和弯剪比的RC柱破坏形态判别标准;在弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏三种破坏形态下,研究了轴压比、剪跨比、配箍特征值等参数对位移角的显著性影响,通过回归分析归纳出三种破坏形态下屈服位移角和极限位移角的回归方程,回归系数显著性概率均小于0.05。结果表明:本文提出的RC柱破坏形态判别标准准确度高,适应性强;位移角线性回归方程具有合理性。     

新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算研究

提出新型截面(正向和斜向布置扩大十字型钢)型钢混凝土(SRC)柱-I字型钢SRC梁节点的构造措施。通过4个新型截面SRC柱-I字型钢SRC梁节点试件与1个普通SRC梁柱节点试件的低周反复荷载试验,研究试件的破坏特征和节点区剪力-剪切角关系,分析配钢形式、加载角度和构造措施对节点剪切变形的影响,并进一步提出实腹式SRC梁柱节点的受剪机理,结果表明,新型截面SRC梁柱节点发生核心区剪切破坏,其受力机理为斜压杆、刚框架-钢板剪力墙和约束机理的综合作用。通过对数值模拟数据的回归分析,采用叠加方法,提出考虑型钢腹板、箍筋和轴压比的新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算公式,计算值与试验结果吻合较好。     

碳纤维布加固钢筋混凝土柱的剪力-位移关系及其破坏位移增大系数分析

编制了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的剪力-位移关系全过程分析程序,通过对多种工况下碳纤维布加固钢筋混凝土柱的剪力-位移关系进行大量计算分析,较全面地探讨了碳纤维布配箍特征值、轴压比、剪跨比、箍筋配箍特征值、纵筋配筋率、混凝土强度等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土柱的剪力-位移关系及其破坏位移增大系数的影响。在此基础上,给出了碳纤维布加固钢筋混凝土柱破坏位移增大系数的回归计算公式,统计建立了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的剪力-位移关系三折线模型中各无量纲特征参数的确定方法。     

基于等效框架模型的砌体结构抗震模拟及验证

等效框架模型采用宏观模型来模拟砌体墙在平面内的抗震性能。砌体墙的墙柱和墙梁采用同时考虑轴向弯曲和剪切变形的基于力法的纤维截面进行模拟,且两者的连接视为刚性区域。轴向压缩及弯曲效应在截面纤维模型中考虑,而剪切效应由V-γ剪切恢复力模型表达,弯曲和剪切在单元层面进行耦合。通过统计和分析,确定骨架曲线的计算方法,并基于Ibarra-Krawinkler模型提出剪切恢复力模型。通过算例得出:该模型在单调加载和循环加载下的数值计算结果与试验结果均吻合较好。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

有限单元柔度法考虑剪切变形的纤维单元模型

基于有限单元柔度法的梁柱单元模型,以单元力的形函数为出发点,其优点是单元内部截面力场的分布总能满足平衡条件。但目前国内外学者提出的梁柱单元模型,还不能考虑剪切变形对构件刚度的影响。建立了基于有限单元柔度法的弹塑性纤维单元模型,考虑了剪切变形和几何非线性的影响,适用于钢筋混凝土短柱、剪力墙等较大截面杆件的分析研究。依据单元模型编制了非线性有限元分析程序,进行了低周反复荷载试验的数值模拟。模拟分析结果反映了结构构件的主要受力特征,并与实验结果具有良好的一致性。     

基于纤维梁柱单元的桥梁墩柱地震反应模拟方法研究

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单元数量,分析了基于力的纤维梁柱单元和基于位移的纤维梁柱单元对桥墩地震反应的模拟精度。结果表明:对悬臂式单柱墩的拟静力和振动台试验,可沿墩高仅建立1个基于力的纤维梁柱单元,并在墩底串联1个考虑纵筋塑性渗透和粘结滑移的转动弹簧单元,即可获得很好的模拟结果。当采用基于位移的纤维梁柱单元时,应沿墩高至少建立2个单元,且塑性铰区至少有1个,才能保证获得较高的模拟精度。对双柱墩拟静力试验,采用基于力的纤维梁柱单元建模,沿每个墩高建立2个单元即可;以基于位移的纤维梁柱单元建模,建议沿每个墩高建立3个单元,且其中2个单元布置在塑性铰区。当数值模型可对静力滞回曲线取得很好的模拟结果后,该模型一般可对动力作用下墩顶最大位移和墩底最大剪力进行较为准确的模拟,但对墩顶残余位移的模拟精度无法保证。     

冲击荷载作用下RC框架梁剪切破坏试验研究

通过对2个钢筋混凝土框架梁节点试件进行冲击荷载试验,研究了钢筋混凝土框架柱下支撑移去后框架梁的剪切破坏机理。试验中在两端固定的钢筋混凝土梁的1/4跨、1/2跨、3/4跨位置,通过施加荷载的方式来模拟次梁和现浇板传来的荷载,梁跨中通过自制的自动脱钩器移去等效柱来模拟结构在失去边跨中柱,框架梁跨度成倍增长时力学性能的变化。研究结果表明:当梁发生剪切破坏时,拱效应不能充分发挥,使得梁的极限承载力降低,所以在建筑结构抗倒塌设计时必须按照"强剪弱弯"的原则进行抗剪设计。     

不同加载路径对钢筋混凝土L形柱抗震性能的影响

为了进一步探讨复杂加载路径下钢筋混凝土L形柱的受力性能,采用基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元,对忽略剪切和扭转影响的钢筋混凝土L形柱在不同加载路径下的抗震性能进行了计算机模拟分析,研究了不同加载路径对钢筋混凝土L形柱承载力、延性、累积滞回耗能等的影响。结果表明,现有钢筋混凝土L形柱抗震性能评定方法应作适当调整,以考虑加载路径对评定结果的影响。     

基于FENAP平台的RC高桥墩破坏过程模拟及分析

为精细模拟钢筋混凝土高桥墩在静力推覆荷载作用下的破坏过程,本文基于钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模型分析平台FENAP,对一实际的西部山区空心截面高桥墩进行了Pushover分析,通过对构件、截面和纤维层次的力-位移关系曲线分析,模拟了桥墩从墩底混凝土开裂、纵筋屈服到受压区混凝土压碎的完整破坏过程。并将FENAP平台与OpenSees计算结果进行对比,结果表明,FE-NAP平台可有效地模拟高墩在静力推覆荷载下的破坏过程和软化行为,具有较高的求解精度。进一步比较了不同轴压比、是否考虑约束混凝土效应及纵筋屈曲效应等因素对分析结果的影响,得出结论,轴压比和约束混凝土效应对高桥墩的破坏过程发展有较大影响,而纵筋屈曲效应影响较小,可忽略不计。     

仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点抗剪承载力研究

为了研究仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点的抗震性能以及轴压比和节点约束效应对节点核心区抗剪承载力的影响,对4个全焊双梁-柱节点进行了水平低周反复加载试验。将节点域分为上、中、下3个小核心区,通过观测试件在侧向力作用下的破坏形态,研究双梁-柱节点的受力机理,得到节点域下核心区的剪力-剪切变形滞回曲线。从试验的滞回曲线可以看出,节点下核心区最先屈服且下核心区剪切角最大,上核心区次之,剪切变形发展均较为充分。试验结果表明,仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点破坏形式主要为沿节点下核心区对角线的剪切破坏。根据试验和理论分析结果,提出一种考虑轴压比和约束效应影响的双梁-柱节点的抗剪承载力计算公式。     

不同延性条件下框架柱塑性铰区箍筋抗剪能力试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,明确了加载全过程骶架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例,分析了框架柱塑性铰区抗剪机理,为框架柱基于延性的抗震设计提供了试验依据。     

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。     

地震区混凝土框架柱塑性铰区剪切抗力延性设计试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,明确了加载全过程框架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例,并根据相关试验资料,提出了反复荷载下框架柱抗剪承载力随构件延性系数的变化关系,并提出了框架柱塑性铰区抗震剪切承载力延性计算公式,部分成果已为修订《混凝土结构设计规范》采用。     

考虑锈蚀损伤的黏结滑移本构模型

为合理反映钢筋锈蚀后黏结滑移性能劣化对钢筋混凝土(RC)结构抗震性能的影响,在既有黏结应力分布模式的基础上,推导得到钢筋应力-滑移关系,进而通过分析锈蚀对混凝土与钢筋界面黏结滑移机理的影响,建立考虑钢筋锈蚀损伤的黏结滑移本构模型。基于已有拉拔试验结果,与仅考虑纵筋锈蚀率影响的Cheng模型进行对比,验证所建模型的合理性与准确性。基于OpenSees有限元平台,采用纤维梁柱单元和零长度截面单元串联的方式,将所建钢筋黏结滑移模型嵌套于零长度截面单元的钢筋本构中,建立可考虑黏黏结滑移的锈蚀损伤纤维梁柱模型,并通过6根锈蚀RC柱拟静力试验结果验证模型的准确性,结果发现所提考虑黏结滑移的锈蚀RC纤维梁柱模型计算所得滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,累计耗能最大误差不超过15%。此外,通过参数分析研究影响锈蚀钢筋滑移量的因素,结果表明屈服滑移量与极限滑移量随体积配箍率的增大而明显减小,随混凝土保护层与钢筋直径之比(c/d)增大而变化的幅度较小。     

型钢高强混凝土柱抗震性能的试验研究

通过14根型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验，得到了型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的主要破坏形态，并探讨了剪跨比、配箍率、混凝土强度对型钢高强混凝土柱滞回曲线、耗能能力以及延性的影响。试验结果表明，型钢高强混凝土柱具有抵御二次地震作用的能力，其抗震性能优于钢筋混凝土柱。