鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地震的案例
【CAE案例】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的非線性地震分析的建模和實驗驗證
01 案例背景
為了滿足評估地震載荷對土木工程性能影響的需求，SEPTEN與EDF研發(fā)部門合作，開展了一項關(guān)于模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā)計劃。該項目的重要貢獻是開發(fā)了交替循環(huán)載荷下的兩種鋼筋混凝土模型：2D各向異性的Nada?_B模型，與3D各向同性Endo_Isot_Béton模型。
目前這些模型需要進行深入的驗證工作，除了驗證模型之外，這項工作也必須規(guī)定模型的使用規(guī)則，使得結(jié)果更具可靠性。本次驗證工作基于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震載荷下的實驗，給出了使用Nada?_B模型模擬Camus 3實驗與用Endo_Isot_Béton模型模擬樓板實驗的結(jié)果。
02 仿真過程
Camus 3模型是一個與實際建筑比例為1：3的建筑模型。如下圖所示，它是由兩個無開口承重墻組成，由6層樓板連接而成，他們被錨定在振動臺上。混凝土的力學(xué)特性是通過在一個F160*320mm的模型試件上進行相關(guān)實驗確定的。
圖1 Camus 3模型
施加的地震載荷有兩種，左圖是從PS92規(guī)則中Nice S1頻譜中推導(dǎo)出來的人工加速度圖，并將其歸一化為0.25g。右圖是Meledy Ranch的自然地震信號，相較于前者，后者的信號頻率更高，強度更強，持續(xù)時間更短。
圖2 Nice S1加速度時序譜與Meledy Ranch加速度時序譜
施加的應(yīng)力是水平的，與樓板平行。如下圖所示，模型采用局部雙軸方法建模。采用雙線性位移插值的四節(jié)點（四高斯點）薄膜單元來表示帆、梁、板、臺架接觸層和振動臺。附加質(zhì)量由相同類型的有限元建模，以考慮旋轉(zhuǎn)慣性。
平臺有四個支座，每個支座的剛度采用通過混凝土塊進行的試驗預(yù)估的剛度。采用雙節(jié)點桿式構(gòu)件表示垂直向和水平向的鋼筋。模型中沒有顯示橫向鋼筋，假定鋼筋與混凝土完美粘結(jié)。
展開 【CAE案例】地震載荷下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的行為研究
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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析單元類型和分析模型 附混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析下載
通常鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析單元分為兩個層次：桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移和轉(zhuǎn)角）之間的關(guān)系，而后者著重分析單元的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。單元類型的選取應(yīng)兼顧計算規(guī)模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結(jié)構(gòu)規(guī)模較大，可將結(jié)構(gòu)離散成桿系單元進行分析。對于復(fù)雜區(qū)域（梁柱節(jié)點）或重要的構(gòu)件等可將桿系結(jié)構(gòu)體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應(yīng)力和應(yīng)變。在結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)盡可能多地采用三維實體單元模型，力求最大程度的真實模擬實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不同于一般均質(zhì)材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構(gòu)成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結(jié)構(gòu)有限元模型需考慮這些特性。構(gòu)成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元模型主要有以下三類：
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細(xì)長材料，通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣，可以將鋼筋作為線形單元處理（如ANSYS中的link8單元）。混凝土可采用四面體單元等實體單元（如ANSYS中的solid65單元）。在該模型中，鋼筋和混凝土之間可以插入聯(lián)結(jié)單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯(lián)結(jié)，可以不考慮聯(lián)結(jié)單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發(fā)揮作用)，而開裂必然導(dǎo)致鋼筋和混凝土變形不協(xié)調(diào)，也就是說必然存在粘結(jié)失效和滑移的產(chǎn)生，因此這種模型被廣泛的應(yīng)用。單元剛度矩陣的推導(dǎo)與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設(shè)鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設(shè)混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結(jié)，認(rèn)為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。
展開 鋼筋混凝土地震的資料
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鋼筋混凝土特點及其原理 附鋼筋混凝土原理過鎮(zhèn)海文檔下載
鋼筋混凝土是當(dāng)下最流行的建筑結(jié)構(gòu)，無論是我們的房屋現(xiàn)澆鋼筋混凝土，還是大型建筑物，接下來我們就通過下面的內(nèi)容，來看看鋼筋混凝土的相關(guān)內(nèi)容介紹。
鋼筋
混凝土怎么樣
鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少，從占構(gòu)件截面面積的1%（多見于梁板）至6%（多見于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英尺，每級1/8英尺遞增；在歐洲從8至30毫米，每級2毫米遞增；在中國大陸從3至40毫米，共分為19等。
在美國，根據(jù)鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環(huán)境中，電鍍、外涂環(huán)氧樹脂、和不銹鋼材質(zhì)的鋼筋亦有使用。
鋼筋
混凝土特點
混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當(dāng)加入一定量水分的時候，水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構(gòu)從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構(gòu)。通常混凝土結(jié)構(gòu)擁有較強的抗壓強度（大約3，000磅/平方英寸，35MPa）。
但是混凝土的抗拉強度較低，通常只有抗壓強度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結(jié)構(gòu)開裂和分離從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部都有受拉應(yīng)力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨使用于工程。
鋼筋
混凝土原理
鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質(zhì)決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數(shù)，不會由環(huán)境不同產(chǎn)生過大的應(yīng)力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力，有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合，當(dāng)此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時，通常將鋼筋的端部彎起180 度彎鉤。
展開 利用HyperWorks進行地震區(qū)混凝土殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計
挑戰(zhàn)
新聞報道中倒塌的建筑物、破壞的道路和撕裂的城市形象，時時提醒著我 們地震的破壞力。通過幾十年對這些災(zāi)難性事件的研究，我們已經(jīng)有了很大的 改善，建筑專業(yè)人士和研究人員不斷努力采用最先進的數(shù)值方法提高建筑的抗 震能力，保護居住者的安全。 普林斯頓大學(xué)構(gòu)形實驗室的研究人員正在探索一種能安全地應(yīng)用于地震地 區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，比如說，這是一種很有應(yīng)用性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。他們專注于殼結(jié)構(gòu)， 這是非常薄且彎曲的，通常大跨度結(jié)構(gòu)，材料范圍很廣泛：從鋼和玻璃、混凝 土，甚至磚塊或泥漿。這些殼結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)卓越，例如備受贊譽的殼結(jié) 構(gòu) Félix Candela 在 1985 大墨西哥市地震期間結(jié)構(gòu)完好，保護了生命。分析這 些結(jié)構(gòu)在地震作用下的行為是需要功能強大的計算工具的。
“Altair 團隊優(yōu)化專家的支持，HyperWorks 套件仿真的通用性，都證明了是本項研 究的堅強后盾。該軟件的計算效率允許進行大規(guī)模的模擬運算，同時內(nèi)置的優(yōu)化方法被 證明是用于探索結(jié)構(gòu)行為強大的工具。”
Tim L.
展開 鋼筋混凝土三維框架結(jié)構(gòu)案例
鋼筋混凝土三維框架結(jié)構(gòu)案例
基于ABAQUS的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析
1 鋼筋混凝土梁的試件尺寸及配筋圖
試件特征：根據(jù)試驗要求，試驗梁的混凝土強度等級為C30，混凝土保護層厚度為25mm。
適筋梁：①為 2φ18。梁的中間 400mm區(qū)段內(nèi)無腹筋，其余區(qū)域配有 6@100 的箍筋，
以保證不發(fā)生斜截面破壞。梁的受壓區(qū)配有兩根架立筋，通過箍筋與受力筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置。
2 基于實體單元模型的建立
根據(jù)原始構(gòu)件尺寸及配筋圖通過創(chuàng)建鋼筋、混凝土實體以及將實體裝配等過程進行鋼筋混凝土梁的建立，并給鋼筋混凝土梁施加位移條件和邊界條件。
3 基于實體單元的模擬
3.1 單元類型選擇
ABAQUS 軟件中實體單元類型種類居多，功能多樣，應(yīng)用廣泛。本文根據(jù)模型的受力特點，混凝土采用三維二節(jié)點實體縮減積分單元 (C3D8R) , 即滿足精度又可以減小計算量。鋼筋采用三維二節(jié)點桁架單元 (T3D2)
[1] 。
3.2 混凝土本構(gòu)模型
本文在進行實體單元模擬時，混凝土本構(gòu)模型選取混凝土塑性損傷(CDP)模型。根據(jù)我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2002)給出的混凝土單軸受壓和受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線
方程進行計算。受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖 3 所示，計算公式見式(1)—式(4)。
式中:αa、αd為混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段和下降段的參數(shù)值,按規(guī)范要求取
值；f *c 為混凝土單軸抗壓強度；εc 為與 f *c相對應(yīng)的混凝土峰值壓應(yīng)變。
混凝土單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖 4 所示,計算公式見式(4)—式(8)。
式中，αt為混凝土單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段的參數(shù)值,按規(guī)范要求取值;f *t 為混凝
土單軸抗拉強度；εt為與 f *t相對應(yīng)的混凝土峰值拉應(yīng)變[2]。
展開 ANSYS鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂計算介紹
ANSYS＋CivilFEM提供了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂計算功能，其中土木專用模塊CivilFEM提供的非線性混凝土計算適用于混凝土梁結(jié)構(gòu)的非線性計算（包括開裂），可以直接通過截面定義鋼筋，從而模擬鋼筋混凝土梁。
但對于更一般的結(jié)構(gòu)，用梁單元來模擬不一定合適，需要采用更一般的單元，ANSYS提供了專用的鋼筋混凝土實體單元SOLID65來模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該單元材料采用混凝土材料模型，可定義混凝土的開裂、壓碎準(zhǔn)則。
另外可以定義鋼筋方向和體積率，可用來模擬鋼筋混凝土的破壞。本文將通過算例對ANSYS＋CivilFEM開裂計算的效果進行探討，并針對一些計算難點提出初步的解決方案。
2．CivilFEM開裂計算
CivilFEM適合于梁結(jié)構(gòu)開裂分析，另外為了與后面SOLID65單元開裂計算結(jié)果進行比較，先探討了CivilFEM的開裂計算。
CivilFEM開裂計算需要考慮的要點：
1、激活CivilFEM非線性模塊（~CFACTIV,NLC,Y），這是CivilFEM非線性計算的前提。
2、即使事實上為小變形，也必須打開幾何非線性效應(yīng)（NLGEOM,ON），否則無法激活非線性迭代。
3、通常應(yīng)該關(guān)閉求解控制（SOLCONTROL,OFF），由于CivilFEM非線性計算通過修改實常數(shù)的等效方法，自動求解控制反而可能導(dǎo)致發(fā)散。
4、在收斂不好的情況下，可以增加子步數(shù)、打開自動步長（AUTOTS,ON）或可以給定一個比較大的迭代數(shù)（NEQIT,NUM）,以改善收斂，線性搜索有時也可以改善收斂（LNSRCH,ON）。
展開 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圖紙怎么畫？
一、基本知識
在混凝土中，按照結(jié)構(gòu)受力要求，配置一定數(shù)量的鋼筋以增強其抗拉能力，這種由混凝土和鋼筋兩促材料制成的構(gòu)件稱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。用來表示這類結(jié)構(gòu)的外部形狀和內(nèi)部鋼筋配置情況的圖樣，稱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圖，簡稱鋼筋圖。
（一） 鋼筋分類
（1）受力筋：主要受拉的鋼筋稱為受力筋。用于梁、板、柱等各種鋼筋混凝土構(gòu)件。
（2）鋼箍（箍筋）：用以固定受力鋼筋的位置，并承受一部分斜拉應(yīng)力，常用于梁和柱內(nèi)。
（3）架立筋：用以固定鋼箍和受力鋼筋的位置，一般用于鋼筋混凝土梁中。
（4）分布筋：用以固定受力鋼筋的位置，并將構(gòu)件所受外力均勻傳遞給受力鋼筋，以改善受力情況，常與受力鋼筋垂直布置。此種鋼筋常用于鋼筋混凝土板中。
（5） 構(gòu)造鋼筋：因構(gòu)造要求或者施工安裝需要而配置的鋼筋，如吊環(huán)等。
圖10-26 鋼筋種類
（二） 鋼筋的等級
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，對國產(chǎn)建筑用鋼筋，按其產(chǎn)品強度等級不同，分別給予不同代號，以便標(biāo)注及識別。鋼筋共分五級詳見表10-1。
表10-1 鋼筋等級和符號
（三） 鋼筋的彎鉤
光面鋼筋為了加強其與混凝土的凝結(jié)力，一般在鋼筋兩端做成彎鉤，避免鋼筋在受拉時滑動。彎鉤的覺形式及畫法如圖所示。
圖10-27 鋼筋的彎鉤
（四） 鋼筋的保護層
由鋼筋邊緣到構(gòu)件表面這一層混凝土叫保護層，用于保護鋼筋不受腐蝕。保護層的厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)薄厚不同而不等，一般在20～50mm之間，具體數(shù)值可查《鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范》確定。
二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圖
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圖是加工鋼筋和澆筑鋼筋混凝土構(gòu)件施工的依據(jù)。其圖樣包括鋼筋布置圖、鋼筋成型圖和鋼筋明細(xì)表等。
展開 Ls-Dyna對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗爆模擬
計算結(jié)果：
計算文件請?zhí)砑觪群（cae技術(shù)聊）：551922835獲取
鋼筋混凝土網(wǎng)格處理見博主課程：基于HyperMesh工具的鋼筋混凝土網(wǎng)格處理方法
新手學(xué)習(xí)Absys-LS鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)撞擊
我是一個新手，因為論文課題要模擬鋼筋混凝土柱撞擊實驗，選用ansys-ls，現(xiàn)在想用整體式建模方法，找了很多相關(guān)的資料，都沒有涉及到這方面的內(nèi)容，想請各位大神幫幫忙，或者提供一些參考！一直像個無頭蒼蠅一樣亂轉(zhuǎn)....麻煩了！
【JY】建筑結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土承重墻拆除模擬
從網(wǎng)傳視頻看，該房間中鋼筋混凝土的承重墻大面積被砸掉，只剩下鋼筋，房間中還留有鉤機、推土機等大型設(shè)備。據(jù)小區(qū)業(yè)主表示，當(dāng)晚這棟共31層高的大樓，就開裂到了15層，第二天下午裂到21層，導(dǎo)致樓房無法正常使用。
涉事樓層裝修時砸掉的墻體
眾所周知，建筑物的承重墻等結(jié)構(gòu)不能擅自改動，否則會產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題。2020年，福建泉州造成29人死亡、50人受傷的重大塌樓事故，就是因為違規(guī)野蠻裝修所造成的。作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，為了闡述鋼筋混凝土承重墻拆除后，對整體結(jié)構(gòu)的受力機理的影響。
筆者擬用SAP2000軟件對該行為進行仿真模擬分析
。希望能引發(fā)大家的共鳴，如有不當(dāng)，歡迎專家學(xué)者批評，共同進步。
一、仿真分析概述
對于倒塌仿真分析，工況步驟為：
初始重力工況→抗倒塌工況（需要采用非線性直接積分法！）
對于模型分析需要滿足以下的關(guān)鍵點：
?建立考慮材料非線性的構(gòu)件-變形骨架關(guān)系；
?計入P-Δ效應(yīng)的影響；
?采用剩余結(jié)構(gòu)的阻尼（如Rayleigh阻尼）；
?時程分析時步長不宜大于0.005s。
且在實際工程應(yīng)用分析時，需要三維計算模型全面考慮。由于本文僅對該現(xiàn)象進行拋磚引玉的剖析，僅建立2D平面框剪模型進行分析，如下圖所示。
二、仿真機理
?整體拆除機理
對該行為的仿真通常采用構(gòu)件拆除法，和抗倒塌分析的步驟一致，將拆除失效的構(gòu)件，通過等效為該失效構(gòu)件所產(chǎn)生的力（M、V、N），并根據(jù)拆除方式，令失效構(gòu)件所產(chǎn)生的力變?yōu)?，如下圖所示。
?梁柱構(gòu)件機理
由于該分析涉及構(gòu)件彈塑性狀態(tài)的分析，需要對梁柱和墻體做彈塑性定義。
展開 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計: 第二章(極限狀態(tài)設(shè)計)
作用組合是在不同作用的同時影響下，為保證某一極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)具有必要的可靠性而采用的一組作用設(shè)計值。作用最不利組合是指所有可能的作用組合中對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利的一組作用組合。
25. 承載能力極限狀態(tài)計算時作用組合. 對持久狀況和短暫狀況設(shè)計，采用作用基本組合；對偶然狀況設(shè)計，采用作用偶然組合；對地震狀況設(shè)計，采用作用的地震組合。作用基本組合是永久作用設(shè)計值與可變作用設(shè)計值的組合。
26. 材料強度標(biāo)準(zhǔn)值是材料強度的一種特征值，也是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計時采用的材料強度的基本代表值。材料的強度標(biāo)準(zhǔn)值是由標(biāo)準(zhǔn)試件按標(biāo)準(zhǔn)試驗方法經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計以概率分布的0.05分位值確定強度值。
27. 材料強度設(shè)計值是材料強度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項系數(shù)γf后的值.
28. 混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k. 按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度稱為混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值。《公路橋規(guī)》根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值進行強度等級的劃分，稱為混凝土強度等級并冠以符號C 來表示。C50表示混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為fcu,k=50MPa。
29. 正常使用極限狀態(tài)的計算，是以彈性理論或塑性理論為基礎(chǔ)，主要進行以下三個方面的驗算：應(yīng)力計算、裂縫寬度驗算和變形驗算。
30. 公路橋涵設(shè)計中所采用的荷載有如下幾類：永久荷載、可變荷載和偶然荷載。
31. 結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性通稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。
32. 《公路橋規(guī)》規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C25, 用強度標(biāo)準(zhǔn)值400MPa及以上鋼筋配筋時,不應(yīng)低于C30.
展開 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計: 第一章(概念及材料性能)
試驗結(jié)果表明, 螺紋鋼筋的粘結(jié)強度為2.5~6.0MPa, 光圓鋼筋的粘結(jié)強度為1.5~3.5MPa.
26. 《公路橋規(guī)》規(guī)定公路橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用的熱軋鋼筋牌號為HPB300、HRB400、HBRF400、RRB400和HRB500。當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件處于受侵蝕物質(zhì)等影響的環(huán)境中時，《公路橋規(guī)》建議可以采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋。
相關(guān)參考:
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能(1)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能(2)
混凝土的抗拉強度(Tensile Strength of Concrete)
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