基于OpenSEES的框架柱抗震性能非线性分析

发布时间：2017-05-17 21:09

  本文关键词：基于OpenSEES的框架柱抗震性能非线性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：框架柱具备足够的承载力和延性是保证建筑物在遭受地震作用时不致倒塌的关键。因此,研究框架柱在往复荷载作用下的受力性能对于结构抗震有重要意义。然而单纯的试验会耗费大量的人力、物力等资源,采用数值模拟的方法可以较全面地揭示框架结构的受力性能,为试验和工程应用提供充分的依据。本文基于有限元OpenSEES主要进行了以下几个方面的工作:(1)基于OpenSEES对RC柱的抗震试验进行非线性分析,并与试验结果进行对比分析:采用Concrete02和Steel02以及Saatcioglu箍筋约束混凝土本构关系,建立钢筋混凝土柱纤维模型能较好地模拟RC柱的滞回性能,其计算结果与试验结果具有较高的吻合度;在采用OpenSEES进行数值模拟时要考虑P-Δ效应对加载后期刚度退化的影响,并且计算中积分点数量宜取为3。(2)基于OpenSEES对钢纤维超高强混凝土短柱和PVA纤维超高强混凝土短柱进行数值模拟,与试验结果对比后可知:数值模拟计算得到的恢复力曲线、位移延性系数、等效粘滞阻尼系数的误差值均在较小的范围内,表明OpenSEES能够进行纤维混凝土构件抗震试验的非线性分析;钢纤维、PVA纤维的掺入能够改善普通柱的延性,使其位移延性系数、极限位移角满足一定的抗震要求,并且随着纤维含量的增加,其塑性变形和耗能能力也相应提高。(3)基于OpenSEES对UHTCC增强框架柱进行数值模拟,研究其滞回特性、延性和耗能的性能,发现UHTCC增强框架柱的延性性能和耗能能力明显增大,可使剪切脆性破坏变成延性较好的塑性破坏形态。在此基础上,将模拟值与理论计算值进行对比分析,验证OpenSEES模拟UHTCC材料抗震性能的合理性,并且进一步探讨了含箍特征值、配筋率、轴压比等因素对UHTCC增强框架柱抗震性能的影响,提出UHTCC柱的轴压比限值可为0.8;在塑性铰区域采用UHTCC材料能够减少约束箍筋和抗剪箍筋的用量。
【关键词】：框架柱 OpenSEES 超高韧性水泥基材料 非线性分析 抗震性能
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 RC柱抗震性能的研究现状11-16
• 1.2.1 RC柱抗震性能试验研究12-13
• 1.2.2 纤维混凝土柱抗震性能试验研究13-14
• 1.2.3 OpenSEES在混凝土柱抗震分析中的应用14-16
• 1.3 UHTCC增强框架节点的试验与数值模拟对比分析16-17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 第2章 基于OpenSEES的RC柱非线性有限元分析19-34
• 2.1 OPENSEES建模19-21
• 2.1.1 OpenSEES简介19-20
• 2.1.2 建立OpenSEES纤维模型20-21
• 2.1.3 加载制度21
• 2.2 材料本构关系21-27
• 2.2.1 钢筋本构模型21-22
• 2.2.2 混凝土本构模型22-24
• 2.2.3 箍筋约束混凝土本构模型24-25
• 2.2.4 基于不同本构模型的混凝土柱RC-1 数值计算25-27
• 2.3 基于OPENSEES的RC柱试件计算结果分析27-31
• 2.3.1 滞回曲线27-28
• 2.3.2 骨架曲线28-30
• 2.3.3 误差分析30-31
• 2.4 数值模拟影响因素分析31-33
• 2.4.1 P-Δ效应31-32
• 2.4.2 积分点数量32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 OpenSEES在纤维高强混凝土框架柱抗震性能中的应用34-49
• 3.1 引言34-35
• 3.2 OPENSEES建模35-36
• 3.2.1 试件概况35
• 3.2.2 边界条件35
• 3.2.3 模型简化与加载制度35-36
• 3.3 钢纤维超高强混凝土短柱数值模拟36-43
• 3.3.1 试验参数36-37
• 3.3.2 滞回特性37-39
• 3.3.3 延性分析39-41
• 3.3.4 耗能能力41-43
• 3.4 高弹模PVA纤维超高强混凝土短柱数值模拟43-48
• 3.4.1 试验参数43-44
• 3.4.2 滞回特性44-46
• 3.4.3 延性分析46-47
• 3.4.4 耗能能力47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 UHTCC增强框架柱抗震性能影响因素分析49-69
• 4.1 UHTCC材料性能49-52
• 4.2 基于OPENSEES的UHTCC增强框架柱的数值模拟52-57
• 4.2.1 试件设计52
• 4.2.2 材料参数52-53
• 4.2.3 本构关系53-54
• 4.2.4 滞回特性54-56
• 4.2.5 延性与耗能分析56-57
• 4.3 UHTCC增强框架柱理论值与模拟值的对比57-59
• 4.4 含箍特征值的影响59-61
• 4.4.1 材料参数59-60
• 4.4.2 低周往复分析60-61
• 4.4.3 推覆分析61
• 4.5 配筋率的影响61-63
• 4.5.1 材料参数62
• 4.5.2 低周往复分析62-63
• 4.5.3 推覆分析63
• 4.6 轴压比的影响63-65
• 4.6.1 材料参数64
• 4.6.2 推覆分析64-65
• 4.7 塑性铰区域采用UHTCC增强框架柱的数值模拟65-67
• 4.7.1 塑性铰区域的长度66
• 4.7.2 材料参数66
• 4.7.3 推覆分析66-67
• 4.8 本章小结67-69
• 第5章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 附录1：攻读硕士学位期间发表的论文77

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