工程與技術科學基礎學科

工程與技術科學基礎學科

不同抗震設防RC框架結構抗倒塌能力的研究

施煒，葉列平，陸新征，等

目的：建筑結構抗地震倒塌能力是結構抗震性能的核心目標。目前我國現(xiàn)行抗震規(guī)范第二階段抗地震倒塌驗算一般僅針對少數(shù)重要建筑結構進行；而對大量一般房屋建筑，則主要依賴結構抗震概念設計和抗震構造措施，缺乏抗地震倒塌的定量計算方法和抗地震倒塌能力的定量評價指標。我國發(fā)生的多次大震中，極震區(qū)及其周邊區(qū)域的實際地震烈度往往比規(guī)定的設防烈度大得多，因此建筑結構不僅應當滿足規(guī)定烈度下的抗震要求，還需要具備足夠的抗倒塌安全儲備來抵抗可能遭遇特大震的倒塌破壞，這就要求對結構抗地震倒塌能力和抗倒塌安全儲備加以定量化評估。2008年汶川地震的震害調(diào)查結果表明，按照我國現(xiàn)行抗震規(guī)范設計的建筑結構，抗大震和特大地震倒塌的能力還有待進一步提高，為此需開展結構抗地震倒塌能力評價方法、大震抗倒塌定量設計方法以及特大地震倒塌能力的研究。方法：本文設計了一組抗震設防烈度不同而其他設計條件均相同的鋼筋混凝土框架結構，并對對中間榀框架進行設計、建模和分析。分析采用的地震波數(shù)據(jù)庫為ATC-63報告建議的22條遠場地震波，另外增加常用的El-Centro波，一共23條。以ATC-63建議的結構第一周期地震影響系數(shù)Sa（T1）作為地面運動強度指標對該組地震記錄進行歸一化處理。通過基于動力增量時程分析方法（IDA，Incremental Dynamic Analysis）的結構抗倒塌易損性分析，定量給出了結構的抗倒塌儲備系數(shù)（CMR，Collapse Margin Ratio），并對結構抗地震倒塌能力的影響因素進行了研究。其中，本文采用清華大學土木系基于MSC。MARC分析軟件開發(fā)的鋼筋混凝土桿系結構纖維模型 ThuFiber程序進行建模和分析，以倒塌的真實物理定義“結構喪失豎向承載力而不能維持保障人員安全的生存空間”作為倒塌的判據(jù)，在計算分析中，當結構構件墜落超過1/3層高，視為倒塌已經(jīng)充分發(fā)展。結果：（1）不同設防烈度框架結構在相應罕遇地震時的倒塌概率分別為0%、4%、0%、0% 和 0%；在特大地震的倒塌概率分別為 0%、65%、4%、13% 和0%；CMR分別為3.29、1.60、2.06、2.70和2.82。（2）同一結構在不同地震輸入下的倒塌失效模式存在差異。但基本變化規(guī)律是，隨著結構設防烈度的提高，結構臨界倒塌時發(fā)生屈服的塑性區(qū)越來越多，塑性變形發(fā)展程度也越來越高，即全部或大部分構件均參與抵抗地震作用，耗散地震輸入能量。（3）結構抗倒塌安全儲備指標CMR與最大設計柱軸壓比存在負相關性。各框架模型的最大設計柱軸壓比均在底層，故底層柱軸壓比對框架結構的抗倒塌安全儲備有著決定性影響。結論：（1）在大震作用下基本能夠滿足抗倒塌要求，但在遭遇特大地震時，7度（0.10 g）設防框架的抗倒塌能力明顯存在不足。（2）柱截面尺寸是影響結構抗地震倒塌能力的重要因素。設防烈度低[6度，7度（0.10 g）]的結構往往柱截面尺寸較小，柱軸壓比較大，底層柱腳缺乏足夠的變形能力，是導致結構倒塌的薄弱部位，抗地震倒塌能力和抗倒塌安全儲備相對較低。隨著設防烈度的提高，柱截面尺寸相應增大，柱軸壓比減小，底層柱腳變形能力增強，遭遇強震時結構中由更多的其它樓層構件參與抵抗地震作用、耗散地震能量的能力增大，抗地震倒塌能力的抗倒塌安全儲備相對較高。（3）建議規(guī)范可考慮更嚴格控制軸壓比，或增加底層框架柱的箍筋約束，來提高低設防烈度（尤其是7度設防）框架結構的底層柱抗震性能，提高其抗地震倒塌能力。

來源出版物：工程力學, 2011, 28(3): 41-48，68

入選年份：2014

鋼-混凝土組合梁疲勞性能研究綜述

聶建國，王宇航

摘要：目的：組合梁在20世紀五六十年代開始應用于實際工程，由于使用時間不長，遠未到達其疲勞壽命，因此還沒有一起組合橋梁和組合吊車梁的疲勞破壞事故發(fā)生，疲勞荷載對組合梁造成的影響還未充分表現(xiàn)出來。隨著人們對結構疲勞問題的認識逐漸深入，組合梁的疲勞問題開始引起人們的重視。為了進一步推廣和應用具有明顯經(jīng)濟和社會效益的鋼-混凝土組合梁，對國內(nèi)外鋼-混凝土組合梁疲勞性能的研究現(xiàn)狀進行回顧和分析，以供實際工程設計參考。方法：對已有關于鋼-混凝土組合梁疲勞性能研究的文獻進行歸類總結，其中關于栓釘疲勞性能的研究內(nèi)容主要包括栓釘?shù)钠趬勖?，鋼與混凝土界面滑移和疲勞破壞形態(tài)等。對國內(nèi)外有關鋼-混凝土組合梁疲勞的試驗研究、計算方法以及相應規(guī)范進行綜述和分析評價，論述組合梁的疲勞破壞形態(tài)和影響因素，搜集國內(nèi)外大量栓釘疲勞試驗實測數(shù)據(jù)結果，分析總結各國規(guī)范，包括《歐洲規(guī)范4》、日本《鋼-混凝土組合梁橋規(guī)范》和美國《公路和橋梁設計規(guī)范》（AASHTO）等，對組合梁疲勞問題的條文規(guī)定，并在大量計算結果及分析規(guī)律的基礎上給出設計建議。結果：栓釘疲勞壽命對其所承受的剪應力幅最為敏感，當栓釘承受的應力上限接近甚至等于栓釘?shù)撵o力抗剪強度時，無論應力幅多大，栓釘都將很快發(fā)生疲勞破壞，建議用界面滑移量來評估承受低周疲勞荷載的栓釘?shù)钠趬勖?。栓釘?shù)撵o力抗剪強度與栓釘母材的強度、混凝土的強度和彈性模量有關，這三個因素對栓釘?shù)钠趬勖灿兴绊憽Ｄ壳耙延械脑囼灲Y果表明，鋼-混凝土組合梁疲勞破壞模式主要為栓釘疲勞剪切破壞和鋼梁受拉翼緣受拉破壞，而混凝土板由于基本處于受壓狀態(tài)，因此不存在疲勞破壞問題。結論大多數(shù)研究主要集中于組合梁中栓釘?shù)钠谛阅?，而組合梁中栓釘?shù)氖芰顟B(tài)與推出試驗中栓釘?shù)氖芰顟B(tài)有差別，建議進一步開展鋼-混凝土組合梁的整梁疲勞試驗，以考察實際梁中栓釘?shù)钠谛阅堋；跀嗔蚜W等理論，對栓釘疲勞性能進行理論分析，從而突破傳統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)擬合的方法。通過已有的推出試驗得到的鋼與混凝土界面的滑移規(guī)律以及鋼材和混凝土的疲勞本構，推導組合梁在疲勞荷載作用下的剛度退化規(guī)律。

來源出版物：工程力學, 2012, 29(6): 1-11

入選年份：2014

建筑隔震結構研究進展與分析

朱宏平，周方圓，袁涌

摘要：目的：基礎隔震技術在減震控制效果、防災減災以及社會經(jīng)濟效益等方面具有顯著優(yōu)勢，近幾十年在建筑結構與橋梁工程領域中取得了成功應用。本文全面綜述了國內(nèi)外學者針對建筑隔震技術方面取得的研究成果以及工程應用研究現(xiàn)狀，為建筑基礎隔震技術進一步的研究工作的制定提供參考。方法：查閱國內(nèi)外基礎隔震相關文獻，將現(xiàn)有研究成果主要分為疊層橡膠支座體系、滑動摩擦體系、組合隔震體系、以鋼筋瀝青隔震和砂墊層隔震體系為代表的新型隔震體系等幾方面進行介紹。其中，考慮到高阻尼橡膠支座因其所特有的耗能優(yōu)勢及無污染特點，目前正成為研究的熱點，本文予以重點介紹。另外，本文還對隔震技術在高層建筑領域中取得的進展及存在的問題進行了闡述，討論了我國高層建筑結構隔震技術以及層間隔震研究的下一步發(fā)展方向。結果：總結國內(nèi)外研究表明：（1）在橡膠隔震體系中，常用的橡膠支座包括天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座，其中高阻尼橡膠支座由于其較強的阻尼性能和無污染的特點，目前正成為研究熱點并逐步得到推廣應用。然而，高阻尼橡膠支座由于其材料的頻率相關性、位移相關性等復雜的力學性能，目前仍缺少較為精確的本構模型。（2）為防止支座在較大地震作用下發(fā)生永久變形，在高烈度地區(qū)，高阻尼橡膠支座常和阻尼器組合使用，其中，形狀記憶合金阻尼器因其具有超彈性特性和高阻尼特性，目前成為隔震領域里的一個研究熱點。（3）組合隔震體系由滑動摩擦隔震支座和疊層橡膠隔震支座并聯(lián)組成，基本原理是系統(tǒng)中的疊層橡膠隔震支座提供系統(tǒng)的向心恢復力，而滑動摩擦隔震支座提供滯回耗能，隔離地震。所以，這種組合隔震體系兼有疊層橡膠隔震體系和滑動摩擦隔震體系的優(yōu)點，有效避免了各自的缺點，近年來得到國內(nèi)外的廣泛應用。（4）隨著城鎮(zhèn)及經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的防災減災問題逐步引起人們的重視，開發(fā)適用于農(nóng)村地區(qū)的成本隔震系統(tǒng)也正形成新的研究熱點。（5）雖然已經(jīng)存在高層建筑隔震的實際工程應用，但是隔震技術在高層結構中的應用仍然存有疑點，有待進一步研究。（6）目前國內(nèi)外對于層間隔震體系的理論研究成果還不很充分，理論研究明顯滯后于工程應用，大多數(shù)的研究是針對某一實際結構進行的振動臺試驗和相應的動力分析。結論：目前關于高阻尼橡膠隔震支座的非線性模型的研究已經(jīng)取得了初步的進展，但由于高阻尼橡膠支座復雜的非線性應力-應變本構關系，如何提出一個合理的非線性模型來模擬高阻尼橡膠支座的動力特性仍有待進一步的完善；雖然已經(jīng)在實際工程中得到應用，高層建筑隔震仍然存在一定的疑問和缺陷；層間隔震的理論研究仍落后于工程應用；隨著研究的深入，及新材料、新工藝的進一步發(fā)展，新的隔震設計思路和新的隔震體系也會不斷出現(xiàn)。要使隔震技術更加實用，隔震的設計理論有待進一步發(fā)展，應盡快制定適合我國國情和材料性能特點的隔震設計規(guī)范。

來源出版物：工程力學, 2014, 31(3): 1-10

入選年份：2014

基于OpenSees的RC框架-核心筒超高層建筑抗震彈塑性分析

解琳琳，黃羽立，陸新征，等

摘要：目的：近年來世界范圍內(nèi)地震頻發(fā)，使得高層和超高層建筑結構的抗震性能研究成為一個熱點問題。大量研究表明，數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究高層和超高層結構抗震性能的一個有效手段，其中OpenSees（Open System for Earthquake Engineering Simulation）作為一款開源的有限元軟件已經(jīng)逐漸發(fā)展成為地震工程領域最具影響力的開放科研平臺之一。但是目前OpenSees主要用于構件和較小規(guī)模結構的抗震性能研究，基于OpenSees的復雜結構抗震性能研究尚未見報道。這主要是因為OpenSees的單元以纖維梁柱模型為主，該模型不能方便準確的考慮多種剪力墻（包括開洞剪力墻、帶翼緣剪力墻和筒體）的復雜受力特性，從而阻礙了基于OpenSees的超高層地震災變研究的開展。本研究的目的：是在OpenSees中開發(fā)可以考慮剪力墻復雜受力特性的分層殼模型和相應的多維材料本構模型，并通過對一系列剪力墻算例和一框架－核心筒超高層建筑結構的數(shù)值分析，驗證開發(fā)的剪力墻模型的合理性和準確性，為進一步發(fā)展基于OpenSees的超高層建筑結構抗震性能分析提供參考。方法：在分層殼單元中，混凝土處于二維受力狀態(tài)，需要開發(fā)合適、可靠且魯棒性的混凝土二維本構模型。本研究提出采用基于損傷力學和彌散裂縫模型來模擬分層殼單元中混凝土的二維受力行為。受壓損傷參考 L?land建議的受壓損傷演化曲線，受拉損傷參考 Mazars建議的受拉損傷演化曲線。對于剪力墻內(nèi)的分布鋼筋，本研究基于OpenSees中現(xiàn)有的單軸鋼筋模型開發(fā)了相應的多維鋼筋模型。本研究對大量剪力墻構件算例分別采用纖維梁模型和分層殼模型進行模擬，并與試驗結果進行對比分析，以驗證所建立的分層殼單元的合理性、準確性和通用性。基于此，本研究采用纖維模型（模擬梁柱）和分層殼模型（模擬剪力墻），對一42層 141.8 m的 RC框架-核心筒超高層結構進行了模態(tài)分析、推覆分析和動力時程分析，并將計算結果與相應的MSC。Marc模型計算結果進行對比，以驗證該模型進行超高層結構彈塑性分析的合理性和可靠性。結果：（1）對于剪跨比較大且配有足夠水平抗剪鋼筋的矩形剪力墻構件和帶翼緣剪力墻構件，由于其基本受彎曲破壞控制，所以本研究提出的分層殼模型和纖維模型的模擬結果與試驗結果均吻合良好。（2）對于剪跨比較小的剪力墻構件，由于其主要受剪切破壞控制，纖維模型模擬結果相對較差，而分層殼模型則能較好的反映彎剪耦合受力特性；對于聯(lián)肢剪力墻，纖維模型建模繁瑣且不能很好的考慮剪跨比比較小的墻肢和跨高比較小的連梁的剪切破壞，因此不適用于該類構件，而分層殼模型則能很好的反應其復雜受力特性。（3）對框架-核心筒超高層結構分別采用OpenSees 和MSC。Marc進行分析，兩者模態(tài)分析結果吻合良好；推覆分析結果整體吻合良好，局部略有差異，但可以滿足相關研究需求；110 gal、300 gal、510 gal和1000 gal下兩者頂點位移時程曲線基本一致，各層層間側(cè)移角包絡也基本吻合。結論：（1）本研究在OpenSees中開發(fā)并集成了分層殼模型用于模擬超高層結構中的剪力墻，并通過對一系列剪力墻構件進行模擬驗證了本研究該模型的可靠性、合理性和通用性。（2）本研究建立了基于OpenSees的RC框架核心筒超高層結構彈塑性分析的體系，將分析結果與MSC。Marc的計算結果進行對比分析，兩者吻合良好，進一步驗證了本文提出的單元的合理性和可靠性，為進一步基于OpenSees開展超高層建筑結構的地震災變行為研究提供參考。

來源出版物：工程力學, 2014, 31(1): 64-71

入選年份：2014

鋼筋混凝土纖維梁柱單元實用模擬平臺

禚一，李忠獻

摘要：目的：地震作用下鋼筋混凝土長大橋梁結構往往進入非線性損傷破壞階段，而精細化結構地震模擬方法對準確分析結構的非線性地震響應尤為重要。為精細化模擬鋼筋混凝土結構的非線性滯回性能，本文建立一種實用模擬平臺用于結構地震災變過程的模擬與分析。方法：利用纖維單元模型的基本原理編制纖維梁柱單元模型，結合ABAQUS求解器建立纖維梁柱單元的實用模擬平臺FENAP，并開發(fā)與平臺相適應的鋼和混凝土單軸材料庫。其實現(xiàn)過程如下：（1）開發(fā)纖維梁柱單元模型。按照“先離散，后綜合”的思想，通過結構、單元、截面、纖維和材料5個計算層次進行逐次離散，然后通過材料層次計算的纖維應力和切線模量結果原路返回求解結構的地震響應。結構的非線性計算可多次重復上述過程，最終得到結構的響應。（2）開發(fā)鋼和混凝土材料本構模型。根據(jù)彈塑性力學基本原理開發(fā)包括理想彈塑性本構模型和雙線性等向強化本構模型的鋼材本構模型；根據(jù) Yassin提出的混凝土損傷本構模型基本原理開發(fā)混凝土本構模型。（3）建立 FENAP模擬平臺。通過與ABAQUS前處理模塊相結合開發(fā)的FENAP/Fiber_BC Element，ABAQUS/Standard求解器以及與ABAQUS后處理模塊相結合開發(fā)的 FENAP/Posts三部分組建完整的鋼筋混凝土纖維梁柱單元實用FENAP模擬平臺。結果：通過采用FENAP平臺模擬分析鋼圓形截面墩柱的滯回性能和鋼筋混凝土矩形截面懸臂梁的滯回性能驗證FENAP模擬平臺的準確性及高效性。對鋼圓形截面墩柱進行模擬分析可以看出：1FENAP計算得到結構層次上的鋼圓形截面墩柱的墩頂力-位移關系曲線與Opensees所得結果基本一致，曲線吻合較好，滿足精度要求。2FENAP平臺計算過程中僅花費了53 s，且在每個單元中僅使用2個積分點就能夠達到Opensees采用5個積分點得到的結果精度。對矩形截面懸臂梁進行模擬分析可以看出：（1）采用FENAP平臺計算的結果與 Opensees相比，梁端力-位移和截面彎矩-曲率關系曲線均吻合較好，均具有較好的計算精度。在每級反復三次的加卸載過程中，F(xiàn)ENAP平臺能很好的描述構件的剛度退化、強度退化效應。（2）計算得到的混凝土纖維應力-應變關系曲線表明該平臺能較好的模擬混凝土材料在受壓和受拉方向的剛度退化及受拉剛化效應，可有效模擬混凝土在反復加載過程中的損傷行為。（3）FENAP平臺在計算過程中僅耗費589 s。結論：本文建立了一種基于ABAQUS的鋼筋混凝土精細化纖維梁柱單元的模擬平臺 FENAP，該平臺界面友好，方便實用，能有效模擬構件的剛度退化、強度退化等損傷效應以及軸力和彎矩的多維耦合效應等復雜非線性動力行為；在FENAP平臺中建立了獨立的單軸材料庫，添加了多種材料本構模型，能模擬鋼和混凝土材料的多種非線性行為，且設定了可擴展的材料庫接口，方便后期添加更多的用戶材料本構模型；FENAP平臺可有效模擬橋梁構件的多種復雜非線性行為，且計算效率和求解精度高，為長大橋梁地震災變過程模擬提供了一種實用分析手段。

來源出版物：工程力學, 2011, 28(4): 102-108，127

入選年份：2015

混凝土框架結構火災連續(xù)倒塌數(shù)值分析模型

李易，陸新征，葉列平，等

摘要：目的：在運用有限元程序?qū)︿摻罨炷两Y構及鋼-混凝土組合結構體系進行彈塑性分析時，材料本構關系是決定結構體系的有限元模擬結果能否反映結構體系真實抗震反應的關鍵所在。鋼材為各向同性的金屬材料，國內(nèi)外學者已經(jīng)提出了各種成熟的本構關系，能夠考慮鋼材的彈性、彈塑性、強化、斷裂以及包興格效應等，并且得到了充分的試驗驗證，因此目前鋼材的本構模型已經(jīng)較為成熟。而混凝土材料本質(zhì)上是一種混合材料，在拉、壓方向上具有不同的力學性能，并且存在強化、軟化、開裂以及損傷等復雜受力行為，精確的本構模型不易建立。因此需要調(diào)查研究通用有限元程序中的混凝土材料的本構關系，保證結構體系彈塑性分析結果的準確性。方法：詳細介紹ABAQUS所提供的混凝土彌散開裂模型和塑性損傷模型兩種材料本構模型的基礎理論，然后結合已有的結構構件試驗結果進行對比計算分析，重點關注于混凝土本構模型中的關鍵參數(shù)對于混凝土結構構件及組合結構構件滯回特性的影響，并指出分析實際結構構件時不同的混凝土材料模型的適用范圍。結果：對于單調(diào)荷載作用下的受彎構件，采用彌散開裂模型和塑性損傷模型均能對混凝土構件或組合構件的宏觀反應進行準確的模擬，且兩者的計算結果比較接近。彌散開裂模型對于混凝土裂面行為的模擬較為準確，適用于分析混凝土開裂后應力-應變空間不斷變化的受力情況，但混凝土的剪力傳遞系數(shù)需要進行仔細的調(diào)整，才能得到較為滿意的結果。彌散開裂模型的滯回規(guī)則與混凝土材料的實際受力行為相差較大且不能進行調(diào)整，而塑性損傷模型的滯回規(guī)則較為符合實際。因此在相關參數(shù)設置合理的前提下，塑性損傷模型可用于混凝土結構或組合結構在往復荷載作用下的受力行為模擬，而彌散開裂模型只適用于結構在單調(diào)荷載作用下的力學行為分析。結論彌散開裂模型未考慮混凝土在承受拉-壓雙向應力狀態(tài)時的受壓“軟化現(xiàn)象”，而塑性損傷模型雖然在一定程度已經(jīng)考慮了二維拉-壓軟化效應，但與混凝土的實際行為仍然有較大差異。因此兩種模型對混凝土的在二維或三維應力狀態(tài)時的全過程受力行為無法準確的模擬，需要基于已有的成熟的混凝土多維本構理論模型以及ABAQUS提供的用戶子程序進行二次開發(fā)。

來源出版物：工程力學, 2012, 29(4): 96-103

入選年份：2015

基于性能的鋼筋混凝土框架結構地震易損性分析

吳巧云，朱宏平，樊劍

摘要：目的：鋼筋混凝土建筑作為城市建筑的主體，估計這些建筑在地震中出現(xiàn)的各種破壞狀態(tài)的分布概率，對地震防災規(guī)劃和地震災害應急具有重要的價值。本文綜合考慮地震動峰值加速度及阻尼比為5%的譜加速度，考慮近場及遠場地震的不同性質(zhì)，對一鋼筋混凝土框架房屋進行地震易損性分析。方法：采用非線性靜態(tài)分析（Pushover）進行性能水平的定義、采用非線性動態(tài)分析（IDA）得到結構的易損性曲線。首先，采用PKPM 軟件設計一符合規(guī)范要求的鋼筋混凝土框架結構模型；基于一階模態(tài)的倒三角形側(cè)向力分布形式對該結構進行Pushover分析，根據(jù)本文定義的極限破壞狀態(tài)確定相應不同性能水平的量化指標限值。其次，采用美國PEER理論對該結構模型進行近、遠場地震作用下的地震危險性分析；通過地震危險性分析得到性能估計中需要的兩個地震動參數(shù)：結構的譜加速度對應的地震動密度、在期望的危險性水平下危險性曲線的對數(shù)斜率k，即可進行概率地震需求分析；分別選用阻尼比5%的結構基本周期對應的加速度譜值 Sa（T1，5%）及地面峰值加速度 PGA作為地震動強度參數(shù)（IM），選用頂點位移作為損傷參數(shù)（DM）進行增量動力分析（IDA）；采用矩估計方法，利用Matlab程序?qū)DA曲線的數(shù)據(jù)進行后處理編程，得到每一im水平下lnEDP的均值作為樣本均值，記為，其方差作為樣本方差，記為，則工程需求參數(shù)（EDP）在給定地震動強度IM＝im水平下超越某一值y的概率可用解析表達式求出，即為結構的地震易損性。結果：采用“中震”和“大震”的地震動參數(shù)來計算場地危險性曲線參數(shù)，對于近場地震需考慮近場因子的影響：k＝2.3814、k0＝0.00011463；遠場地震：k＝2.3814、k0＝0.00043646。則近場及遠場地震的危險性曲線的表達式分別為：HSa（Sa）＝P[Sa≥x]＝k0*x-k＝0.00011463*Sa-2.3814HSa（Sa）＝P[Sa≥x]＝k0*x-k＝0.00043646*Sa-2.3814基于上述地震危險性分析對本文結構模型進行結構反應分析，可以看出，對于本文模型選取的20條近斷層地震記錄，以Sa（T1，5%）作為IM參數(shù)時，IDA曲線收斂性較好，而以PGA作為IM參數(shù)時IDA曲線存在較大的離散性。結構頂點位移在達到0.1 m之前，所需的近場地震和遠場地震的加速度譜值基本相同。當結構頂點位移超過0.1 m之后，相同的譜加速度下，近場地震產(chǎn)生的結構頂點位移要大于遠場地震產(chǎn)生的頂點位移，當Sa（T1，5%）為0.3 g時，無論是近場地震亦或是遠場地震，結構的地震反應大都集中在頂點位移 0.07～0.17 m之間，即極限狀態(tài) LS1至極限狀態(tài) LS2之間，結構基本處于輕微破壞的狀態(tài)，發(fā)生嚴重破壞和倒塌的概率很低，且遠場地震的概率密度大于近場地震；當Sa（T1，5%）為0.6 g時，對于近場地震和遠場地震，二者的結構地震反應主要集中在頂點位移0.15～0.3 m之間，即極限狀態(tài)LS2至極限狀態(tài)LS3之間，結構發(fā)生中等破壞的概率最高，發(fā)生嚴重破壞的概率次之，發(fā)生倒塌的概率要比基本完好的概率大，且近場和遠場地震的概率密度差異不是很明顯。從結構的地震易損性分析可以看出，隨著結構從基本完好發(fā)展到倒塌狀態(tài)，結構的易損性曲線逐漸變的扁平，即超越概率變的越來越小。采用不同的IM參數(shù)對結構地震易損性曲線的形狀影響較大。采用PGA作為IM參數(shù)時，結構在不同性能水平下的超越概率總體上大于采用Sa（T1，5%）作為IM參數(shù)時的超越概率。遠場地震作用下結構在不同性能水平下的超越概率總體上小于近場地震作用下的超越概率，且隨著結構從基本完好直至倒塌的過程二者之間的超越概率差值減小。結論：基于結構的地震易損性曲線，可以給出該類結構在給定地震作用下結構破壞概率，為地震災害損失評估提供依據(jù)。IM參數(shù)的選擇對結構的抗震性能評估有很大影響，為確保IM的有效性，應選用 IDA曲線差異較小時的分析結果進行概率地震需求分析。遠場地震作用下結構在不同性能水平下的超越概率總體上小于近場地震作用下的超越概率，且隨著結構從基本完好直至倒塌的過程二者之間的超越概率差值減小，這說明在結構發(fā)生中等破壞之后將不易受地震波特性的影響。

來源出版物：工程力學, 2012, 29(9): 117-124

入選年份：2015

ABAQUS中混凝土本構模型用于模擬結構靜力行為的比較研究

聶建國，王宇航

摘要：目的：在運用有限元程序?qū)︿摻罨炷两Y構及鋼-混凝土組合結構體系進行彈塑性分析時，材料本構關系是決定結構體系的有限元模擬結果能否反映結構體系真實抗震反應的關鍵所在。鋼材為各向同性的金屬材料，國內(nèi)外學者已經(jīng)提出了各種成熟的本構關系，能夠考慮鋼材的彈性、彈塑性、強化、斷裂以及包興格效應等，并且得到了充分的試驗驗證，因此目前鋼材的本構模型已經(jīng)較為成熟。而混凝土材料本質(zhì)上是一種混合材料，在拉、壓方向上具有不同的力學性能，并且存在強化、軟化、開裂以及損傷等復雜受力行為，精確的本構模型不易建立。因此需要調(diào)查研究通用有限元程序中的混凝土材料的本構關系，保證結構體系彈塑性分析結果的準確性。方法：詳細介紹ABAQUS所提供的混凝土彌散開裂模型和塑性損傷模型兩種材料本構模型的基礎理論，然后結合已有的結構構件試驗結果進行對比計算分析，重點關注于混凝土本構模型中的關鍵參數(shù)對于混凝土結構構件及組合結構構件滯回特性的影響，并指出分析實際結構構件時不同的混凝土材料模型的適用范圍。結果：對于單調(diào)荷載作用下的受彎構件，采用彌散開裂模型和塑性損傷模型均能對混凝土構件或組合構件的宏觀反應進行準確的模擬，且兩者的計算結果比較接近。彌散開裂模型對于混凝土裂面行為的模擬較為準確，適用于分析混凝土開裂后應力-應變空間不斷變化的受力情況，但混凝土的剪力傳遞系數(shù)需要進行仔細的調(diào)整，才能得到較為滿意的結果。彌散開裂模型的滯回規(guī)則與混凝土材料的實際受力行為相差較大且不能進行調(diào)整，而塑性損傷模型的滯回規(guī)則較為符合實際。因此在相關參數(shù)設置合理的前提下，塑性損傷模型可用于混凝土結構或組合結構在往復荷載作用下的受力行為模擬，而彌散開裂模型只適用于結構在單調(diào)荷載作用下的力學行為分析。結論：彌散開裂模型未考慮混凝土在承受拉-壓雙向應力狀態(tài)時的受壓“軟化現(xiàn)象”，而塑性損傷模型雖然在一定程度已經(jīng)考慮了二維拉-壓軟化效應，但與混凝土的實際行為仍然有較大差異。因此兩種模型對混凝土的在二維或三維應力狀態(tài)時的全過程受力行為無法準確的模擬，需要基于已有的成熟的混凝土多維本構理論模型以及ABAQUS提供的用戶子程序進行二次開發(fā)。

來源出版物：工程力學, 2013, 30(4): 59-67，82

入選年份：2015

高強度鋼材鋼結構研究進展綜述

施剛，班慧勇，石永久，等

摘要：目的：高強度結構鋼材是指采用微合金化和熱機械軋制技術生產(chǎn)出的具有高強度（強度等級≥460 MPa）、良好延性、韌性以及加工性能的結構鋼材。國內(nèi)外多個鋼結構工程已經(jīng)成功應用了高強度結構鋼材，并且取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。相比普通強度鋼材，高強度鋼材鋼結構的受力性能發(fā)生了變化，但目前我國鋼結構設計規(guī)范并沒有相應的設計條文和設計方法。為深入理解高強度鋼材鋼結構在材料、構件、連接等層面的受力特征，完善現(xiàn)行設計規(guī)范和設計理論，并進一步促進高強度鋼材在我國的工程應用，本文全面綜述了國內(nèi)外的相關研究進展和成果。方法：目前針對高強度鋼材鋼結構的研究主要以試驗研究為主，具體研究對象集中在高強度鋼材材料的基本力學性能、構件的截面殘余應力分布、受壓構件、受彎構件以及連接節(jié)點的受力性能。材料力學性能試驗研究包括常溫下的標準拉伸試驗、低溫下的拉伸試驗和斷裂韌性試驗以及夏比沖擊試驗、高周疲勞試驗和低周往復荷載試驗；構件截面的殘余應力試驗主要采用分割法，研究對象以焊接截面為主，包括焊接工字形、箱形以及十字形截面，也有少量研究涵蓋熱軋截面；受壓構件的試驗研究包括整體穩(wěn)定性能試驗、局部穩(wěn)定性能試驗以及壓彎構件的滯回性能試驗；受彎構件試驗研究包括簡支梁四點彎靜力試驗和懸臂梁的滯回試驗；連接節(jié)點試驗研究包括焊縫連接、螺栓連接以及梁柱連接節(jié)點的靜力試驗。結果：試驗結果表明，國產(chǎn)Q460高強度鋼材的屈強比一般在0.78左右，斷后伸長率通常在 25%左右甚至更高；690 MPa以上高強鋼的屈強比一般在0.90～0.95范圍內(nèi)，斷后伸長率有所降低。試驗所研究的國產(chǎn)Q460C高強度鋼材的沖擊韌性遠高于普通強度鋼材的一般指標。同時，基于試驗結果，擬合了高強鋼的 S-N疲勞曲線以及循環(huán)本構模型參數(shù)。高強鋼焊接殘余應力分布與普通強度鋼材無明顯區(qū)別，焊縫處最大殘余拉應力通常小于鋼材屈服強度，殘余壓應力與截面尺寸相關。現(xiàn)有規(guī)范針對受壓構件的整體穩(wěn)定承載力計算和板件寬厚比限值對于高強鋼均較保守，基于相關的試驗研究，針對受壓構件和受彎構件提出了建議的計算公式。提出了高強鋼焊縫連接節(jié)點的 S-N曲線和循環(huán)本構模型，并給出了螺栓連接承壓強度計算公式以及抗滑移摩擦系數(shù)取值。結論：高強度鋼材鋼結構在受力性能方面普遍具有更顯著的優(yōu)勢：（1）國產(chǎn)高強度鋼材特別是Q460鋼材的各項力學性能滿足我國規(guī)范的相關規(guī)定，具有良好的塑性、韌性以及耗能能力；但規(guī)范的限值規(guī)定限制了更高強度結構鋼材的應用；（2）高強度鋼材截面的殘余應力數(shù)值與鋼材強度比值明顯降低，有利于受壓構件穩(wěn)定性能的提高；（3）高強度鋼材受壓構件的整體穩(wěn)定性能明顯提高，應提高相應的設計柱子曲線類型；現(xiàn)有規(guī)范的短柱局部穩(wěn)定設計公式不再適用于高強度鋼材；高強鋼柱的抗震滯回性能良好；受彎構件研究很少；（4）高強度鋼材焊接連接節(jié)點的各項力學性能包括延性、韌性以及疲勞性能優(yōu)良，滿足規(guī)范要求；（5）高強度鋼板螺栓連接的孔壁承壓性能提高，抗滑移系數(shù)小于我國規(guī)范的規(guī)定。因此，高強度鋼材鋼結構受力性能具有新的特點，現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范的很多條文不再適用于高強度鋼材鋼結構，不利于其優(yōu)勢的發(fā)揮，因此亟需對現(xiàn)行設計規(guī)范進行相應的完善和修訂。

來源出版物：工程力學, 2013, 30(1): 42748

入選年份：2015

鋼管再生混凝土長柱偏壓性能研究

張向?qū)?，陳宗平，王講美，等

摘要：目的：隨著土木工程領域的快速發(fā)展，為了滿足現(xiàn)代工程結構向“建筑高度更高、結構跨度更大、承載荷載更重、并且更加節(jié)能環(huán)保”的發(fā)展需求，研究性能更加優(yōu)越的現(xiàn)代型鋼混凝土組合結構亟為必需，研究力學性能好和節(jié)能環(huán)保的鋼管再生混凝土結構已經(jīng)成為了時代發(fā)展的必然。為了揭示鋼管再生混凝土長柱在偏心受壓情況下的受力破壞機理及其影響因素，提出其合理設計方法，供科學研究和工程應用參考，本文對此進行了深入研究。方法：以再生粗骨料取代率、長細比為主要變化參數(shù)，設計和制作了10個圓鋼管再生混凝土長柱試件和10個方鋼管再生混凝土長柱試件，對他們進行不同偏心距作用下的靜力單調(diào)加載試驗。觀察其受力破壞全過程及破壞形態(tài)，測試其截面不同位置的應力應變分布情況、不同柱高位置的應力應變分布，以及不同柱高的平面外撓度變化情況等，獲取其軸向荷載-軸向變形全過程曲線，軸向荷載-跨中側(cè)向撓度曲線，荷載-軸向應變曲線，以及荷載-環(huán)向應變曲線。得到了各試件的初始彈性剛度、峰值荷載、峰值撓度、位移延性、破壞全過程能量耗散能力等特征點參數(shù)。并詳細分析了不同再生骨料取代率（γ＝0%，50%，100%）下各種方鋼管和圓鋼管再生混凝土長柱的力學性能指標；分析了各種長細比（λ＝31.3、38.3和 52.2）方鋼管和圓鋼管再生混凝土柱的受力破壞形態(tài)及其力學性能，分析了不同偏心距（e＝0 mm、15 mm、30 mm）下方鋼管和圓鋼管再生混凝土柱的力學性能指標變化規(guī)律?；谠囼瀸崪y數(shù)據(jù)和影響因素分析結果，分別采用中國、美國、英國和日本等多個國家的相關設計規(guī)范方法[中國CECS28：99，DBJ 13-51—2003，DL/T 5085—1999；CECS159：2004，GJB4 142—2000，美國AISC-LRFD（1999），英國BS5400 （2005）和日本AIJ1997等]對方鋼管和圓鋼管再生混凝土長柱的偏心受壓極限承載力進行了計算和對比分析，并提出其使用設計方法。結果：圓鋼管再生混凝土和方鋼管再生混凝土偏壓長柱的受力破壞過程和形態(tài)相似，均經(jīng)歷了彈性階段、屈服階段和破壞階段，破壞形態(tài)均表現(xiàn)為彈塑性失穩(wěn)破壞。再生混凝土取代率的變化對圓鋼管和方鋼管再生混凝土偏壓長柱的極限承載力影響不大，再生混凝土部分或全部取代普通混凝土，用于鋼管混凝土結構之中是可行的。隨著偏心距和長細比的增大，圓鋼管和方鋼管再生混凝土柱的極限承載力顯著降低，工程設計時需要嚴格控制。通過理論分析發(fā)現(xiàn)采用DL/T5085—1999和 DBJ13-51—2003規(guī)范方法進行圓鋼管再生混凝土長柱的設計比較合理，而方鋼管再生混凝土長柱則是采用CECS 159：2004、D BJ13-51—2003規(guī)范方法更好。結論：圓鋼管和方鋼管再生混凝土長柱的承載能力和變形性能與普通的鋼管混凝土長柱相似，依舊具有良好的力學性能；再生粗骨料取代率的變化對其力學性能影響不大；鋼管再生混凝土柱可以應用于實際工程結構中，從節(jié)能環(huán)保的角度，建議優(yōu)先采用全再生混凝土的鋼管再生混凝土柱。

來源出版物：工程力學, 2013, 30(3): 331-340

入選年份：2015

二維自由振動的有限元線法自適應分析新進展

袁駟，王永亮，徐俊杰

摘要：目的：在結構工程領域中廣泛存在的自由振動問題，都論：本文成功將基于EEP法的FEMOL自適應求解技術由二維線性問題推廣至自由振動問題，形成了一套高效、穩(wěn)定、通用、可靠的自適應求解算法，該算法對具有重頻、復雜求解區(qū)域甚至具有奇異性的求解區(qū)域上的自由振動問題均可求解得到數(shù)值精確解。以本文自適應求解策略為基礎，只要成功建立各類線性問題的 EEP超收斂算法，本法便可以進一步求解彈性力學平面問題、中厚扁殼、空間軸對稱問題的自由振動等特征值問題。

來源出版物：工程力學, 2015, 31(1): 15-22

入選年份：2015

混凝土材料與結構破壞過程模擬分析

顧祥林，付武榮，汪小林，等

摘要：目的：基于離散單元法分別在細觀和宏觀尺度上建立力學模型對混凝土材料、混凝土構件及結構破壞過程進行計算機模擬分析。方法：在細觀尺度上將混凝土材料視為粗骨料、水泥砂漿及界面層的組合體，建立了基于離散元法的混凝土材料二維細觀力學模型。其中骨料形狀為圓形或多邊形，砂漿單元為Voronoi任意多邊形。單元之間由彈簧組（法向彈簧和切向彈簧）連結。在材料沒有發(fā)生破壞時，單元的變形由剛性單元之間的連接彈簧考慮。當細觀單元之間連接彈簧破壞后，單元之間由連接關系轉(zhuǎn)化為接觸關系。在宏觀尺度上將混凝土視為均質(zhì)材料，建立了混凝土結構離散單元模型。該尺度模型中單元形狀為立方體，且單元之間由虛擬的混凝土彈簧和鋼筋彈簧連結。當相鄰單元連接間的彈簧完全斷裂后，考慮單元間的碰撞作用，并采用沖量計算模型描述該碰撞作用。結果：在材料層次，首先采用細觀模型模擬了混凝土單軸受壓和砂漿單軸受拉破壞過程。得到的混凝土受壓應力-應變曲線及破壞形態(tài)，砂漿受拉破壞形態(tài)均與試驗結果吻合較好；砂漿抗拉強度誤差范圍在4.3%～7.2%。進而分析了混凝土雙軸受力破壞過程。其中試件在雙向拉壓荷載作用下的應力-應變曲線與單軸受壓曲線類似，但峰值應變隨應力比絕對值的增大而迅速減小，且兩個受力方向的應變值和曲線曲率都較小。這可歸因于混凝土在拉壓狀態(tài)下的破壞大多屬于拉斷破壞，塑性變形很小。由雙向應力下混凝土強度的計算模擬結果可以看出，數(shù)值模擬得到的混凝土雙向拉拉和雙向拉壓時的強度值基本上都在Kupfer提出的包絡線附近。但雙向壓壓時的計算模擬結果過高地估計了混凝土的強度。在構件層次，采用宏觀模型對鋼筋混凝土剪力墻的面外和面內(nèi)受力性能進行了模擬分析。分別采用了規(guī)則單元和非規(guī)則單元兩種劃分方式進行計算，計算結果顯示兩種網(wǎng)格劃分方式均能較好模擬剪力墻的面外受可以歸結為常微分方程（ODE）或偏微分方程（PDE）特征值問題，對此類問題進行高效、可靠、精確的數(shù)值求解對力學研究和工程計算均具有重要的意義。自由振動問題往往具有挑戰(zhàn)性，比如：存在重頻、連續(xù)求解出若干階頻率及振型而不丟根漏根、非規(guī)則求解區(qū)域、具有奇異性、要求頻率振型滿足一定的精度，等等，這些都對自由振動問題的求解提出了更高更嚴的要求。有限元線法（FEMOL）是一種基于ODE求解的半解析、半離散方法。對于二維線性問題，本文第一作者及其課題組提出了一套 FEMOL后處理超收斂計算的單元能量投影（EEP）法；基于EEP超收斂解的優(yōu)良特性，以其代替真解來估計FEMOL解的誤差，形成了一套新型的自適應求解策略；該算法可生成一套優(yōu)化的FEMOL網(wǎng)格，該網(wǎng)格上FEMOL解的誤差按最大模嚴格滿足事先給定誤差限，使FEMOL由半解析方法變?yōu)橥耆馕觥?shù)值精確的方法。本文意在提出一種基于EEP法的二維自由振動問題FEMOL自適應求解方法，將業(yè)已成熟的線性問題自適應求解方法直接引入自由振動問題的求解，而無需單獨建立自由振動問題的超收斂計算公式和自適應算法，從而構成一個統(tǒng)一、通用的特征值問題自適應求解算法。方法：本文研究的關鍵思路是在給定的FEMOL網(wǎng)格下，將自由振動問題等價為與之同解的線性問題，遂可合理引入二維FEMOL線性問題自適應技術和求解策略，最終實現(xiàn)了自適應求解技術由二維線性問題到自由振動問題的轉(zhuǎn)化和推廣；按照這一思路，文中成功建立了基于EEP法的二維自由振動問題自適應求解策略，歸結為三步：（1）FEMOL解：在當前網(wǎng)格上（初始網(wǎng)格由用戶提供），采用自行研發(fā)的新型自適應ODE特征值問題求解器（ODE Eigen-Solver）對自由振動問題進行常規(guī)FEMOL計算，得到常規(guī)FEMOL解，將該解回代到二維問題控制PDE的右端項中即可得到該網(wǎng)格下與原自由振動問題同解的線性問題；（2）超收斂解：對于得到的同解線性問題，計算當前網(wǎng)格上振型的 EEP超收斂解，同時按最大模計算全域上振型的誤差；（3）網(wǎng)格細分：對誤差按最大模不滿足誤差限的單元，用均差法對其細分，得到新網(wǎng)格，返回步驟1；如果所有單元均滿足誤差限，網(wǎng)格無需再細分，求解過程結束。結果：利用上述自適應求解策略，文中成功求解了方形固支薄膜、L-形固支薄膜、簡支方板以及梯形懸臂板等典型的二維自由振動問題，不僅有效地克服了重頻、奇異性等難題，而且對于任意階頻率和振型，均可求解得到滿足精度要求的自振頻率和按最大模度量滿足用戶事先給定誤差限的振型；且求解中采用最少的單元數(shù)和最少的迭代步，即可得到一致收斂的解答；最終的解答中各個單元的最大誤差大致相等、自動生成適應解答變化的非均勻網(wǎng)格，展現(xiàn)了算法的高效性。結彎性能，但規(guī)則單元劃分方式難以描述剪力墻的受剪行為，利用 Voronoi任意多邊形網(wǎng)格劃分方式模擬效果較好。在結構層次，采用宏觀模型模擬了局部爆炸荷載作用下鋼筋混凝土框架-剪力墻結構的倒塌過程以及地震作用下高層鋼筋混凝土框架-剪力墻結構的倒塌過程。數(shù)值計算結果和爆炸模擬試驗及振動臺試驗結果吻合較好。結論：模擬計算結果表明，細觀尺度上的二維離散單元模型可以用來很好地模擬混凝土的單軸受力破壞過程；在模擬雙軸受力狀態(tài)下混凝土的破壞時，拉壓或拉拉情況下發(fā)生的是面內(nèi)受拉破壞，因此模擬結果較好，而雙軸受壓時混凝土既可能發(fā)生面內(nèi)劈裂破壞也可能發(fā)生面外劈裂破壞，由于二維模型只能模擬一個劈裂面的破壞，無法考慮面外破壞，所得模擬結果偏高，難以正確描述混凝土的雙向受壓性能。宏觀尺度上的離散單元模型可以很好地模擬鋼筋混凝土構件的破壞過程，但模擬結果對單元的形狀有較大的依賴性；宏觀模型也能夠很好地模擬局部爆炸或地震作用下混凝土結構的倒塌過程，但計算效率有待于提高。

來源出版物：工程力學, 2015, 32(11): 42995

入選年份：2015

基于微觀機制的鋼結構節(jié)點延性斷裂預測與裂后路徑分析

王偉，廖芳芳，陳以一

摘要：目的：基于材料塑性損傷機制的微觀力學模型能描述應力-應變場對材料內(nèi)在微觀結構特性的影響，從而能夠作為具有明確物理意義的判據(jù)，實現(xiàn)對鋼結構節(jié)點延性裂紋開展較為準確的預測。本文利用微觀力學模型應力修正臨界應變模型（SMCS）和空穴擴張模型（VGM）對方鋼管柱-H形梁翼緣直接焊接節(jié)點在單調(diào)荷載作用下的斷裂行為進行了預測，探索微觀斷裂判據(jù)在非連續(xù)變形模擬方面的應用。方法：對10個鋼管柱-梁翼緣直接焊接節(jié)點試件在單調(diào)荷載作用下的試驗進行高精度有限元分析，采用ABAQUS軟件進行有限元建模時考慮了翼板與鋼管壁之間焊縫的形狀及尺寸對節(jié)點性能的影響。為提高精度，選取二次縮減積分實體單元C3D20R。對鋼管彎角部位和平板部位根據(jù)材性試驗結果采用不同的多線性材料模型，焊縫選用試驗所得 E5015焊縫的材料模型，各材料模型均將真實應力-塑性應變曲線延伸至斷裂點。有限元模型單元尺寸在節(jié)點區(qū)附近加密。分別利用SMCS和VGM判據(jù)預測節(jié)點的開裂位置和時刻并與試驗結果進行比較。在ABAQUS軟件平臺上開發(fā)了基于顯式動力分析的VUMAT用戶子程序，分別引入SMCS和VGM微觀斷裂判據(jù)，采用與顯式動力分析相匹配并具有足夠計算精度的 C3D8I單元，用戶子程序VUMAT用來定義材料的力學本構關系，可以被用戶子程序定義材料計算點調(diào)用，可以使用和更新結果依賴狀態(tài)變量，可以使用傳入的任何場變量。在計算過程中滿足 SMCS 和VGM微觀斷裂判據(jù)的材料點逐漸從模型中刪除。對2個在不同位置發(fā)生斷裂的鋼管柱-H形梁翼緣直接焊接節(jié)點試件進行全過程路徑跟蹤分析。結果：以SMCS和VGM模型為斷裂判據(jù)預測得到的10個鋼管柱-H形梁翼緣直接焊接節(jié)點試件的斷裂位置與試驗斷裂位置均一致，除個別試件外，其余試件預測斷裂荷載和位移與試驗結果比較接近，SMCS判據(jù)預測斷裂荷載與試驗結果相差－12%～8%，預測斷裂位移與試驗結果相差－22%～0，VGM判據(jù)預測斷裂荷載與試驗結果相差－3%～11%，預測斷裂位移與試驗結果相差－7%～33%。鋼管柱-梁翼緣直接焊接節(jié)點試件分別以SMCS和VGM模型為斷裂判據(jù)，用自編的VUMAT子程序可以得到開裂后的荷載位移曲線下降段，由子程序得到的開裂時刻和開裂位置與試驗結果一致，但是以SMCS模型為斷裂判據(jù)，開裂后裂縫很快沿翼板寬度方向擴展，形成貫通翼板寬度方向的裂縫；以VGM 模型為斷裂判據(jù)，可以模擬出試件在開裂后的荷載位移曲線平直段和下降段，但試件最終的變形小于試驗最終的端部位移，這可能是由于焊縫形狀不規(guī)則造成劃分的單元稍有扭曲，用C3D8I單元計算的單元應力會稍有誤差，且焊縫沒有做實際材性試驗，采用的焊縫材性會與實際有所差別。但總體來說，以VGM模型為斷裂判據(jù)模擬的裂后路徑與試驗結果相比有較好的吻合。結論：（1）相對于傳統(tǒng)斷裂力學方法，采用基于材料塑性損傷機制的微觀斷裂判據(jù)SMCS和VGM，并經(jīng)過鋼材斷裂性能試驗校準后，在預測鋼結構節(jié)點延性斷裂時具有較好的適用性。（2）基于微觀斷裂判據(jù)進行鋼結構延性斷裂預測時，需采用網(wǎng)格尺寸與材料特征長度接近的高精度有限元建模方法。但當某一方向應力應變梯度變化不大時，也可對該方向單元采用相對粗略的劃分。（3）基于 ABAQUS平臺的VUMAT子程序技術，并引入SMCS和VGM判據(jù)后，可以在一定程度上獲得鋼結構節(jié)點延性裂紋的開展過程及其后續(xù)非連續(xù)變形路徑。該微觀斷裂判據(jù)及其模擬技術對于今后進行鋼結構在極端荷載作用下的倒塌分析具有參考價值。

來源出版物：工程力學, 2014, 31(3): 101-108，115

入選年份：2016

編輯：張寧寧