基于OpenSees的空心钢管混凝土柱恢复力计算公式研究

采用OpenSees建立基于纤维截面的空心钢管混凝土柱有限元模型,对空心钢管混凝土柱的滞回性能进行计算。在该有限元模型基础上,考虑轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土强度和钢材强度等因数对骨架曲线恢复力模型的影响,结合正交试验设计方法,对骨架曲线恢复力计算公式进行回归分析。研究结果表明：1数值计算结果与试验结果吻合良好;2得到的空心钢管混凝土柱骨架曲线恢复力计算公式在一定设计参数范围内具有较高的计算精度。     

钢筋混凝土柱横向抗力的理论计算方法

为了研究钢筋混凝土（RC）柱的横向抗力特性,基于RC梁面力效应的全量应变理论进行改进,考虑了柱轴向荷载和端部约束作用。通过RC柱截面应力和弯矩关系,并基于轴力平衡,建立了轴向荷载与截面中性轴的关系方程;继而基于轴向荷载中性轴关系方程、变形协调关系和虚功原理,建立了横向均布荷载作用下RC柱的抗力方程。对方程进行解析求解,最终建立了计算RC柱横向抗力特性的非线性理论方法,并得到了RC柱横向抗力和位移关系的解析表达式。将该理论方法的计算结果与有限元计算结果进行分析比较的结果表明,本文所建立的方法能够正确反映轴向和横向荷载联合作用下RC柱的横向变形与抗力的关系。该理论模型的建立可为进一步的RC柱抗爆动力分析奠定基础。     

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.     

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。     

非弹性反应谱计算的一个改进算法

本文就非弹性地震反应谱的计算问题（运动方程的形式，谱参量的选取，方程解算中恢复力模型上拐折点的处理和时间积分方法），给出了几点理论考虑，介绍了一个改进的算法。这一算法具有精度好和效率高的优点，这对做好结构抗震设计和其它地震工程问题中需要处理大量强震动数据的分析研究工作是有利的。文中还就双线型恢复力模型具体计算了2个例子（一个为屈服强化情形，另一个为理想弹塑性情形）。最后联系计算工作和计算结果，对非弹性反应谱计算中的其它有关事项做了补充讨论和说明。     

钢管混凝土框架骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础,从截面层次的恢复力模型出发,钢管混凝土柱构件选用三线型弯矩~曲率滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型;钢筋混凝土梁选用三线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序IDARC分析钢梁-钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线,程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对结构骨架曲线的影响。研究结果不仅为钢管混凝土框架结构的应用推广提供了必要的理论基础,而且对钢管混凝土抗震设计具有较好的参考价值。     

H型钢弹塑性挡块关键力学参数计算方法

混凝土挡块震害是桥梁震害的主要形式之一,型钢挡块具有塑性耗能和方便修复的特点。为便于工程设计计算,针对新型H型钢弹塑性挡块的力学性能,从H型钢截面的截面应力入手,利用应力弯矩关系,采用弯矩曲率分析方法,建立了H型钢弹塑性挡块弯矩-曲率和力-位移的计算公式,进而建立了H型钢挡块屈服前刚度、屈服荷载、屈服位移和屈服后刚度等关键力学参数的计算公式,并推导了H型钢挡块简化双线性滞回曲线。同时将上述建立的参数理论公式计算结果与有限元纤维模型法分析结果进行了对比,验证了所提出的计算方法的可靠性。     

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。     

T形截面柱的非线性分析

编制了适用于任意截面的钢筋混凝土压弯构件截面的弯矩—曲率非线性分析程序。在此基础上,计算了考虑非线性变形的异形柱弯矩—曲率关系,并研究了翼缘、轴压比等因素对异形柱强度和延性的影响,可作为异形柱研究的参考依据。     

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。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明：①荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。②随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。③有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比盼大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。④随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

高强混凝土多重复合芯柱恢复力模型研究

基于8根高强混凝土多重复合芯柱在低周往复荷载作用下的试验结果,考虑轴压比、箍筋间距、配箍率等因素,提出骨架曲线特征点理论计算模型.同时,考虑加载历程对芯柱性能退化的影响,根据试验拟合结果引入刚度退化模型,以反映各试件滞回曲线卸载刚度退化规律,给出恢复力模型滞回规则,并将滞回曲线模拟值与试验值进行对比.结果表明:骨架曲线...     

钢筋混凝土箱型高墩双向拟静力试验研究

随着高墩大跨桥梁的广泛应用,其抗震问题也越来越突出。本文主要考虑轴压比、长细比的影响,进行了6个钢筋混凝土薄壁箱型高墩缩尺模型的双向拟静力试验,以及反复荷载作用下的非线性分析。研究表明：①钢筋混凝土薄壁箱型高墩柱在多维荷载共同作用下,主要发生典型的弯曲破坏,但剪切作用也不容忽视;②墩枉的破坏受到不同方向耦合作用的显著影响,尤其是抗弯刚度小的一侧受到的影响更大,较早就出现开裂,提前进入塑性发展阶段;③非线性有限元计算的滞回曲线、骨架曲线等与试验结果基本吻合;④建立了考虑轴压比、长细比影响的钢筋混凝土薄壁箱型高墩的双向荷载一位移恢复力模型,该模型基本能够反映钢筋混凝土薄壁箱型高墩的抗震性能,可供钢筋混凝土箱型高墩柱及高墩桥梁结构的抗震设计和动力计算参考。     

钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出：考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

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。     

恢复力模型中求突变折点的一种新方法

在结构弹塑性动力计算中,恢复力曲线是一个重要问题。简化的折线型恢复力模型虽然应用简单,计算工作量小,但是有个突出缺点,即存在很多刚度突变点,即折点,这给计算带来麻烦。本文针对这一问题,提出了一种折点处理新方法。利用结构动力学方程和线性加速度法等推导出求解折线型恢复力模型中加载点和卸载点两类折点的计算公式。该公式基于结构动力学方程推导而来,逻辑严密,结果可信,精度有保证。此外,计算突变折点出现时刻,仅涉及结构动力特性等几个已知量,计算简单,不需迭代,计算工作量小。而且加载点与卸载点两类折点的计算公式形式简单又统一,方便编程。     

考虑双轴水平力耦合效应的RPC箱型桥墩恢复力模型试验研究

通过3个施加常轴力的RPC箱型桥墩试件的水平反复荷载试验,考虑水平荷载作用方向对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析各试件滞回特性和骨架曲线的特点,对影响RPC箱型桥墩恢复力模型的主要因素进行数值回归分析,建立了计入双轴水平力耦合效应的RPC箱型桥墩恢复力模型。利用基于平截面假定的纤维模型法编制考虑轴力二阶效应的双轴压弯构件非线性分析程序,并对RPC箱型桥墩试件的骨架曲线和滞回曲线进行数值模拟。通过与试验结果进行分析对比表明:所提出的恢复力模型具有较好的精确性,能够较好地模拟和反映RPC箱型桥墩的抗震性能。     

Hybrid simulation of steel frame structures with sectional model updating

Hybrid simulations that combine numerical computations and physical experiment represent an effective method of evaluating the dynamic response of structures. However, it is sometimes impossible to take all the uncertain or nonlinear parts of the structure as the physical substructure. Thus, the modeling errors of the numerical part can raise concerns. One method of solving this problem is to update the numerical model by estimating its parameters from experimental data online. In this paper, an online model updating method for the hybrid simulation of frame structures is proposed to reduce the errors of nonlinear modeling of numerical substructures. To obtain acceptable accuracy with acceptable extra computation efforts as a result of model parameter estimation, the sectional constitutive model is adopted, therein considering axial‐force and bending‐moment coupling; moreover, the unscented Kalman filter is used for parameter estimation of the sectional model. The effectiveness of the sectional model updating with the unscented Kalman filter is validated via numerical analyses and actual hybrid tests on a full‐scale steel frame structure, with one column as the experimental substructure loaded by three actuators to guarantee the consistency of the boundary conditions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

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。