基于OpenSEES的低配筋率板柱节点极限冲切承载力与破坏准则分析

为研究低配筋率与不同尺度钢筋混凝土板柱节点的极限冲切承载力及破坏准则,基于Open SEES计算平台对3组不同尺寸(足尺、缩尺和2倍尺寸)的低配筋率板柱节点试件进行网格梁模型建模及参数分析,计算结果和试验结果吻合较好,表明该网格梁模型对低配筋率和不同尺度的板柱节点抗冲切性能模拟的适用性。将利用Muttoni的破坏准则、中国规范的极限承载力计算结果及试验数据进行对比分析。研究表明:破坏准则和中国规范在低配筋时计算结果与试验结果均存在显著差异,但中高配筋率破坏准则表现较好的适应性,建议我国规范修订中适当参考Muttoni所提出的破坏准则。当低配筋率时,由于尺寸效应造成板柱节点的抗冲切承载力和延性随着板厚的增加而降低。     

不平衡弯矩作用下板柱节点抗冲切性能非线性分析

通过研究不平衡弯矩作用下板柱节点变参数、刚度变化等受力性能的特点和规律,为弥补试验研究的局限性,全面认识板柱节点的受力特征、内力分布规律提供新的研究途径,同时也为工程设计与实践提供理论指导.应用OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)有限元计算平台建立了与试验相同的三维网格梁数值模型,通过数值模拟结果与试验结果的对比分析,验证了有限元分析模型的可行性.对不同的板厚,以不平衡弯矩水平、配筋率及混凝土强度为变参数分别进行了数值模拟.结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,不同的不平衡弯矩水平对节点抗冲切性能影响显著,配筋率的变化对构件开裂荷载、极限承载力以及延性影响显著.因此,合理地建立有限元模型可较好地模拟不平衡弯矩作用下板柱节点的受力性能;随着不平衡弯矩水平的增大,极限承载力显著降低,随着配筋率的增大,极限承载力显著增大、延性降低.     

基于临界剪切裂缝理论的钢筋混凝土板冲切破坏准则及验证

各国规范针对板柱节点抗冲切计算时采用的力学模型不尽相同,导致各国关于冲切承载力计算公式并不统一。瑞士混凝土结构规范SIA 262以及规范MC 2010针对冲切承载力所应用的物理模型为临界剪切裂缝理论,经大量试验验证临界剪切裂缝理论形式简单且具有较好的精度。鉴于我国对临界剪切裂缝理论研究的匮乏,针对临界剪切裂缝理论发展及原理进行了概述,并深入研究基于临界剪切裂缝下的破坏准则及验证分析。将中国规范计算公式与破坏准则进行对比分析,建议我国规范修订时参考基于临界剪切裂缝理论下的破坏准则。     

板柱结构中柱节点抗震性能的试验研究

通过5个板柱结构中柱节点的水平低周反复荷载试验,研究了中柱节点的延性、滞回特性、耗能能力和破坏形态。实验结果表明,水平荷载作用下中柱节点主要有弯曲破坏和冲切破坏2种破坏形态,板中钢筋的配筋率是影响节点破坏形态的主要因素之一,板柱结构中柱节点的抗震性能要比框架结构的梁柱节点差。     

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。     

钢筋混凝土梁柱边节点抗震性能参数分析

通过2个钢筋混凝土梁柱边节点的低周反复荷载试验,从骨架曲线、变形能力和耗能等方面对边节点的抗震性能进行了研究,进一步应用有限元程序ABAQUS对梁柱边节点进行有限元参数分析,研究轴压比和配筋率对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着柱端弯矩增大系数的提高,边节点试件的破坏模式从柱端混凝土压溃破坏转变成梁端塑性铰破坏,现行规范规定柱端弯矩增大系数有效实现了"强柱弱梁"预期设计目标;若边节点试件发生梁端破坏,柱轴压比变化对钢筋混凝土节点承载力和抗震性能影响甚微;随着柱配筋率逐步提高,框架梁梁端出现了塑性铰,显著提高了节点的承载力和抗震性能。     

圆钢管约束灌浆料抗局部冲切承载力影响因素分析

基于圆钢管约束灌浆料抗局部冲切试验研究,分析了约束作用下灌浆料抗冲切承载力及破坏形态的影响因素及程度。主要考察因素有灌浆料强度、冲切角、弹簧环、圆钢管高度及壁厚等因素。结果表明,冲切角和钢管高径比对抗冲切承载力及破坏形态影响显著,弹簧环数量对提高承载力影响较小,通过分析为高强灌浆料的推广应用及承载力验算提供理论参考。     

预制混凝土梁-柱-叠合楼板节点抗震性能数值模拟分析

梁-柱-叠合板节点是装配整体式混凝土框架结构的研究重点。文中对装配式混凝土框架梁-柱-叠合板边节点和中节点进行了精细化的有限元建模和分析。数值模型中使用了弹簧失效准则的方法模拟预制构件与后浇混凝土之间的界面,考虑了预制梁上下部钢筋的滑移、预制柱内纵筋的受力状态、预制梁端面键槽的设置。为了验证数值模型的准确性,将与试验进行对比分析,结果表明：数值模拟得到的试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和性能参数与试验结果吻合较好。在验证模型有效的基础上,研究了不同楼板宽度、轴压比、梁板混凝土强度对边节点和中节点抗震性能的影响,为此类装配整体式混凝土结构和工程应用提供参考。     

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。     

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。     

CFRP布约束增强高强混凝土柱抗震性能数值分析

采用地震工程开源模拟软件OpenSees（Open System for Earthquake Engineering Simulation）对CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料）布加固高强钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了数值分析。采用Steel02Material和Concrete02Material材料本构模型模拟了CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能;在此基础上,进一步研究了轴压比和剪跨比这2个因素对试件抗震性能的影响。将所得数值分析结果与相同条件下的试验结果对比后发现：基于Steel02 Material和Concrete02 Material材料本构,利用OpenSees,可以较好地模拟CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能,并且与试验结果（滞回曲线、骨架曲线、水平承载力和位移延性系数）能够较好地吻合,从而说明该数值分析方法还可以准确地反映出轴压比和剪跨比对高强混凝土柱抗震性能的影响规律。     

抗拔钢筋对提高混凝土承台-钢柱脚锚固承载力的研究

在试验研究基础上,采用ANSYS有限元分析程序,对不同抗拔钢筋配筋率的混凝土承台-钢柱脚在单向加载下的性能进行了弹塑性计算分析。结果表明,随着抗拔钢筋配筋率提高,其抗拔承载力、后期刚度、耗能能力均比未配抗拔钢筋的混凝土承台-钢柱脚逐步提高,但其提高的比例逐渐趋慢。用承载力桁架模型对各混凝土承台-钢柱脚承载力进行了计算,结果与有限元计算结果符合较好。     

Seismic performance of precast shear wall-slab connection under cyclic loading: experimental test vs. numerical analysis

The structural behaviour of precast shear wall-diaphragm connection was compared with the monolithic connection under seismic loading. The monolithic connection was made by using U-bars connecting shear wall and slab, and the precast connection was made by using dowel bars in two steps. Firstly, U-shaped dowel bars from the precast shear wall lower panel and precast slab were connected by the longitudinal reinforcement, and screed concreting was done above the precast slab. Secondly, the shear wall upper panel was connected using the dowel bar protruding from the shear wall lower panel. The gap between the dowel bars and the duct was filled with non-shrink grout. The specimens were subjected to reverse cyclic loading at the ends of the slab. This study also aimed to develop a 3-D numerical model using ABAQUS software. The non-linear properties of concrete were defined by using the concrete damaged plasticity(CDP) model to analyse the response of the structure. The precast dowel connection between the shear wall and slab showed superior performance concerning ductility, strength, stiffness and energy dissipation. The developed finite element model exactly predicted the behaviour of connections as similar to that of experimental testing in the laboratory. The average difference between the results from finite element analysis and experimental testing was less than 20%. The results point to the conclusion that the shear resistance is provided by the dowel bars and the stiffness of the precast specimen is due to the diaphragm action of the precast slab. The damage parameter and the interaction between structural members play a crucial role in the modelling of precast connections.     

板柱节点在剪力和反复荷载作用下的非线性有限元分析

本文对板采用四结点分层板弯曲单元,对柱采用八结六面体等参单元,建立了钢筋混凝土板柱节点有限元非线性计算模型,编制了反复荷载下钢筋混凝土非线性有限元计算程序。文中介绍了作者进行的板柱节点在反复荷载作用下的试验结果,用试验数据合流验证了所建立的有限元程序的可靠性。文反柱中节点和边节 竖向剪力和低周反复水平茶叶工共同作用下的受力性能进行了全过程计算分析。     

Numerical models of RC elements and their impacts on seismic performance assessment

This paper aims to provide a guideline for numerical modeling of reinforced concrete (RC) frame elements for the seismic performance assessment of a structure. Several types of numerical models of RC frame elements are available in nonlinear structural analysis packages. Because the numerical models are formulated based on different assumptions and theories, the models' accuracy, computing time, and applicability vary, which poses a great difficulty to practicing engineers and limits their confidence in the analysis results. In this study, the applicability of five representative numerical models of RC frame elements is evaluated through comparison with 320 experimental results available from the Pacific Earthquake Engineering Research column database. The accuracy of a numerical model is evaluated according to its initial stiffness, peak strength, and energy dissipation capacity of the global responses. In addition, a parametric study of a cantilever RC column subjected to earthquake excitation is carried out to systematically evaluate the consequence of the adopted numerical models on the maximum inelastic structural responses. It is found from this study that the accuracy of the numerical models is sensitive to shear force demand–capacity ratio. If a structural period is short and the structure is shear critical, the use of numerical models that can explicitly capture the shear deformation and failure is suggested. If the structural period is long, the selection of a numerical model does not greatly influence the global response of the structure. The paper also presents statistical parameters of each numerical model, which can be used for probabilistic seismic performance assessment. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

循环荷载作用下SMA-PSRCW结构力学性能影响因素分析

为了研究形状记忆合金(SMA)连接件对半刚接钢框架内填钢筋混凝土墙结构(PSRCW结构)受力性能的影响情况,在已有试验研究的基础上,建立了SMA-PSRCW结构的计算模型,对结构在循环荷载作用下的整体受力性能进行了数值模拟研究,考虑了配筋率、混凝土强度、内填墙厚度以及连接件布置位置和数量等因素对结构的滞回性能、骨架曲线...     

剪跨比和箍筋率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响效应

基于通用有限元软件ABAQUS,分别在准静态和动态加载条件下,对不同剪跨比和箍筋率的钢筋混凝土柱进行了数值模拟。对比现有试验结果发现,ABAQUS的模拟效果与试验结果吻合较好;加载速率的影响随着剪跨比和箍筋率的增大而降低;钢筋混凝土柱的峰值承载力随着加载速率增大而增大的趋势明显,刚度无明显变化,延性比趋于稳定。因此,在进行地震作用下钢筋混凝土结构的抗震分析时,对加载速率的影响效应要给予足够的考虑。