基于分离式共结点模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,充分考虑钢筋和混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,运用分离式共节点模型模拟钢筋混凝土结构建筑物的爆破拆除倒塌过程.通过对倒塌过程中钢筋混凝土支撑立柱内侧和外侧的钢筋单元、混凝土单元的承载失效过程分析研究,对数值模拟效果与实际爆破效果对比分析得出:分离式共结点模型...     

预应力混凝土空间组合式滑移模型

考虑预应力钢筋和混凝土间的粘结滑移效应,结合组合式模型和分离式模型的优点,提出了一种预应力混凝土空间组合式滑移模型。通过预应力钢筋和混凝土单元交点处的虚拟结点,将模拟预应力钢筋和混凝土交界面的无厚度环形粘结单元嵌入组合单元中。粘结单元忽略预应力钢筋-混凝土间的径向相对位移,通过内、外表面的切向位移差值表征预应力钢筋的相对滑移量。基于位移有限元框架,根据预应力钢筋、混凝土、粘结单元各自的本构模型,由虚功原理推导出三者对组合单元刚度矩阵的贡献,建立了该空间组合式滑移模型的有限元平衡方程,并给出了有限元计算流程。在该模型中,预应力钢筋能以任意形式穿过混凝土单元而不需考虑其走向,网格划分灵活;对单个粘结单元而言,在平衡方程中缩减了2个虚拟结点的6个自由度,自由度数减少了8%。     

弹体高速侵彻钢筋混凝土的实验与数值模拟研究

为了得到钢筋混凝土目标在动能弹高速冲击作用下的破坏数据，基于大口径发射平台进行了100 mm口径卵形弹体高速侵彻钢筋混凝土靶体的实验，弹体质量为5.4 kg，靶体尺寸分为2 m × 2 m × 1.25 m 和 2 m × 2 m × 1.50 m两种，混凝土抗压强度为50 MPa，弹体侵彻速度为1 345～1 384 m/s，实验获得了弹体的侵彻深度及钢筋混凝土靶体的破坏数据。通过“钢筋混凝土全体单元分离式共节点建模方法”建立钢筋混凝土靶体模型，结合Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型对实验工况进行计算。数值模拟给出了侵彻过程中钢筋的拉压力变化和分布规律，很好地模拟出贴近迎弹面钢筋在弹体高速冲击作用下伴随混凝土反向飞溅而产生的反向拉伸现象及靶体背面钢筋在混凝土崩落作用下发生的拉伸现象；数值模拟得到的弹体侵深数据、现象与实验结果吻合良好，实验验证了“钢筋混凝土全体单元分离式共节点建模方法”的可靠性。     

方形钢筋混凝土板的近场抗爆性能

为了探讨钢筋混凝土板在爆炸载荷作用下的抗爆性能,对方形钢筋混凝土板在单向支撑条件下进行了近场爆炸加载实验,实验中采取TNT装药对钢筋混凝土板进行加载.并利用AUTODYN软件采用流固耦合算法,建立了混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土板的动态响应过程进行数值模拟,且考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影...     

钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。     

高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,通过比较分析塔体缺口中间有切缝与无切缝设计2种方案, 对典型高耸筒形结构冷却塔爆破拆除过程进行了三维数值模拟。对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析, 共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;采取切缝设计可减小结构倒塌过程中的下 坐与后坐倾向,促使塔体后部严重扭曲变形,使塔身解体比较完全,缩短整体倒塌时间,减小爆堆范围。     

框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对框-筒结构折叠倒塌进行了三维数值模拟,包括底部起爆和顶部起爆2种方式,并且在底部起爆方式中,采用了不同切口高度和延迟时间。对结构的倒塌过程、支撑立柱的破坏过程进行了比较分析。结果表明:采用底部起爆时,结构下部压碎程度较采用顶部起爆严重;同为底部起爆,延迟时间0.25 s的结构破碎比0.5 s严重;底层立柱采用不同的切口高度和延迟时间,结构的倒塌方向发生了改变,结构略向南倾倒;支撑柱的破坏过程不同,对结构的后坐距离产生影响,采用底部起爆时,结构的后坐距离小于顶部起爆。通过对混凝土和钢筋单元受力过程进行的分析,共节点分离式模型能够反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异。     

钢筋混凝土柱破坏过程扩展有限元数值模拟

为描述钢筋混凝土柱的破坏过程,分别建立了由三维实体单元和三维杆单元构成的精细化模型以及结合纤维梁单元的纤维梁与实体单元耦合模型。耦合模型中,钢筋混凝土柱下段混凝土和钢筋分别用三维实体单元与三维杆单元建模,通过耦合连接实现精细单元与粗糙单元之间的变形协调。基于混凝土弹塑性本构关系,运用扩展有限元方法模拟钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线以及开裂过程,并进行比较。数值模拟与试验结果的比较表明,模拟得到的裂缝位置以及荷载-位移曲线与试验结果吻合较好。扩展有限元具有无需重划网格、无需预设裂纹的优点,能有效地模拟筋混凝土柱的开裂过程。耦合模型具有计算效率高的优势,且能较好地模拟构件的破坏模式。     

基于单弹簧联结单元法的钢筋混凝土梁损伤模拟

钢筋混凝土梁的损伤模拟的重难点在于描述两种材料非线性的本构关系以及钢筋混凝土粘结滑移关系非线性的描述,采用单弹簧联结单元法模拟钢筋和混凝土相互作用,结合混凝土四参数损伤模型,模拟钢筋混凝土结构多轴应力状态下从开始加载到结构破坏的全过程。数值算例不仅体现该方法的有效性,也具有重要的工程实践意义。     

受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟

采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。     

框架剪力墙结构的定向爆破倒塌过程

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分别采用整体式模型和共用节点分离式模型对某高层框架剪力墙结构的定向爆破拆除进行数值模拟.通过与实际工程的对比发现,分离式模型模拟的效果更贴近实际,模拟结果更准确;此外,待拆除结构的爆破切口适当上移,可以减少结构的倒塌范围;最后,分析了钢筋和混凝土单元的应力时程曲线,指出共用结点...     

冲击载荷作用下钢筋混凝土结构动力响应仿真

运用动态有限元技术对冲击性载荷作用下钢筋混凝土结构的动力响应进行细观结构的仿真分析，建立分离式材料模型，获得射弹在钢筋混凝土中的侵彻深度与弹坑半径，得出钢筋配筋率、配筋方式、配筋位置以及混凝土材料性质等相关因素的影响规律，并针对结果进行分析和讨论，为防护工程设计提供了参考依据。     

面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计

采用面向对象的程序设计方法，结合钢筋混凝土有限元非线性分析模型，利用MFC(Microsoft Foundation Class Library)建立了有关描述钢筋混凝土有限元非线性分析的类，包括混凝土单元类、钢筋单元类、粘结单元类、非线性计算类，并给出了这些类的描述和它的实现方法，并为钢筋混凝土有限元非线性分析程序采用更合理的面向对象的方法提供了思路。     

框支剪力墙结构在地震力作用下弹塑性分析的有限元方法

建立了框支剪力墙结构弹塑性分析的有限元模型,采用有旋转自由度的高精度平面单元分析钢筋混凝土墙体在地震力作用下混凝土开裂、屈服和钢筋屈服的破损过程,为钢筋混凝土框支剪力墙的抗震设计提供较精确的分析方法。     

用外包钢筋混凝土法加固RC柱的非线性有限元分析

当今国内外建筑物加固改造业发展非常迅速,建筑业重心也正发生着转变,外包钢筋混凝土加固法是一种广泛应用且经济有效的外固方法,本文结合试验手段。利用非线性有限元方法对用外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力进行了分析,分析过程中,采用混凝土Chen-Chen三参数模型和均匀硬化法则,采用了八节点等参混凝土单元,三节点等参钢筋单元,引入了双弹簧联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移,基于大量试验资料,认为新旧混凝土之间具有有效粘结,可以共同工作,编制了加固柱分析有限元程序,计算结果与试验结果符合较好,并初步探讨了国固时核心柱应力水平,外包混凝土的强度比和厚度比等因素对加固柱承载力的影响,为加固柱研究提供了参考。     

有限弹簧法在钢筋混凝土细观断裂分析中的应用

叙述了依据计算几何学的分割理论划分多边形单元的计算前处理系统，及其有限弹簧法在钢筋混凝土构件细观断裂数值模拟中的应用。该模拟系统的主要特色为：一是利用有限弹簧法的单元形状任意性来考虑混凝土断裂模拟时单元形状的影响；二是利用其变位不连续性模拟构件从微细裂缝到断裂的全过程；三是把钢筋和混凝土分别看成具有不同性质的微小构造单元来考虑其界面性质。数值模拟钢筋混凝土构件在拉伸作用下的断裂全过程，考察钢筋的螺纹抵抗作用及其保护层的约束机理。     

强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究

基于复合材料细观思想,通过研究钢筋混凝土代表性体积单元,提出了理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋材料特性的常量G的乘积确定的思想;假设损伤只发生在混凝土材料内部,并给出了一般的损伤演化方程．由此得到了单向加筋、正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤型动态本构关系．数值拟合表明,理论预示曲线与试验结果曲线吻合良好．     

钢筋混凝土平面框架节点单元BCJ⁃5N

本文基于四根刚臂梁结合12个外接一维单元建立了钢筋混凝土框架节点单元，单元具有5个节点15个 自由度，称之为“BCJ-5N”单元．每个节点具有3个自由度，与普通梁单元一致，从而确保本单元适合于同普 通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析．单元考虑了梁受力钢筋在框架节点内的黏结滑移作 用，并通过钢筋混凝土梁正截面强度设计建立了梁端弯矩与截面转角关系的骨架曲线，结合Lowes加载卸载模 型，组成了完整的静力、动力分析的框架节点单元，并将其移植到 ABAQUS通用分析平台上，通过对两跨三 层钢筋混凝土框架结构的滞回分析和三跨三层钢筋混凝土框架结构的动力分析两个算例，验证了本模型适合于 进行循环荷载和动力荷载作用下平面框架结构非线性响应分析．     

火灾下混凝土结构破坏模拟的纤维梁单元模型

为分析和模拟结构构件在火灾下的失效破坏过程,本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元模型,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型.此模型将构件截面划分成多个纤维,从而可以模拟构件截面的不均匀温度场分布以及高温下混凝土材料的开裂、压碎和钢筋屈服等行为.并根据全拉格朗日描述方法,推导了纤维梁单元的切线刚度矩阵,建立了纤维梁单元的增量求解方程.最后,将本文模型的模拟结果和多个具体试验结果进行了分析比较,进一步验证了模型的可靠性.     

基于离散模型的混凝土构件破坏过程研究

刚体-弹簧元模型是一种离散化分析模型,可以反映连续体从开裂到破坏不连续过程的真实裂缝形态。本文在总结既有相关研究的基础上,引入并程序化刚体-弹簧元模型用于混凝土构件开裂破坏行为研究,特别是有关混凝土构件开裂后直至破坏的裂缝真实形态研究。首先确定了三维刚体-弹簧元模型中刚体单元的划分、弹簧元的特性（混凝土材料本构关系施加于弹簧元）、刚体单元与弹簧元装配方式、钢筋本构关系及其与混凝土相互作用,然后实现了刚体-弹簧元模型用于混凝土构件开裂破坏行为研究的程序化,并以剪切破坏的钢筋混凝土构件进行实例验证。结果表明,基于刚体-弹簧元模型的程序可以较为准确地反映该钢筋混凝土构件从开裂到破坏真实裂缝形态。