钢筋混凝土框架节点拟静力试验分析.docx

1、1钢 筋 混 凝 土 框 架 节 点 拟 静 力 试 验 分 析竞 赛 结 果情 况 简 介于 2011 年 10 月 22 日 公 布 了 清 华 大 学 完 成 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 节 点 拟 静 力 试 验竖向轴力和竖向位移数据，邀请各位研究者参与预测相应滞回反力的大小。到 2011 年 12 月 15 日止，共收到预测结果 19 个。部分统计数据如下：表 1 按模型分类序号 模 型 名 称 个数1 纤 维 模 型 ： 92 纤 维 模 型 +节 点 区 模 型 ： 83 实 体 模 型 ： 2表 2 按程序分类序号 程 序 名 称 个数1 OpenSees 122 MARC

2、+THUFIBER 13 ABAQUS+PQFIBER 24 ABAQUS+实 体 单 元 25 ABAQUS+自 编 的 显 式 算 法 纤 维 梁 模 型 16 NosaCAD 1比赛评奖正在进行中。 详细数据下载参见以下网址：http:/www.collapse- 赛 结 果 01Tes tPredictLoad(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：本次模拟采用通用有限元分析软件 Abaqus 进行计算。采用其自带的 B31 单 元作为梁柱单元，材料采用 PQ-fiber 中自带的 Uconcrete01 与 Usteel02 模型。计 算 结 果Side-j

3、oint3020100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 302010Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 800-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10 Disp. (mm) -10-20 -20-30 -303参 赛 结 果 02Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：分析采用 ABAQUS 子程序 PQFiber， 节 点 产 生 塑 性 铰 破 坏 。计 算

4、结 果Side-joint50Tes t 40Predict3020100-120 -70 -20-10-20-3030 80Disp. (mm)-40-50Test PredictMid-joint (North) 604020Tes t PredictMid-joint (South) 6040200-120 -70 -20 30 800-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-20 Disp. (mm) -20-40 -40-60 -604参 赛 结 果 03Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：采用 ABAQUS6.9-1 版 本建模

5、， 采用实体单元， 混凝土采用 C3D8R 单元， 钢 筋采用 T3D2 桁架单元,混凝土本构采用损伤塑性模型，钢筋采用弹塑性模型。计 算 结 果Side-joint40Tes tPredict 200-120 -70 -20 30 80-20-40Disp. (mm)-60-80Test PredictMid-joint (North) 30Tes t PredictMid-joint (South) 3020100 0-120 -70 -20 30 80 -120 -70 -20 30 80-10 -10 Disp. (mm)-20 -20-30 -30-40 -405参 赛 结 果 04

6、Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：分析程序: NosaCAD计 算 模 型 中 梁 和 柱 均 采 用 纤 维 模 型 ， 混 凝 土 采 用 NosaCAD 提 供 的 本 构 模 型， ，如 下图所 示。钢 筋模型采 用理想 弹塑性 模型，并 考虑屈 服强化 。梁和柱各 分为四段，输入配筋参数后，由 NosaCAD 生成纤维模型。计 算 结 果Side-joint40Tes tPredict 3020100-120 -70 -20 30 80-10 Disp. (mm)-20-30-40Test PredictMid-joint (North) 30

7、Tes t PredictMid-joint (South) 3020100 0-120 -70 -20 30 80 -120 -70 -20 30 80-10 -10 Disp. (mm)-20 -20-30 -30-40 -406参 赛 结 果 05Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：(1)计 算 程 序 ： OpenSees;(2)梁 柱 采 用 线 性 梁 柱 单 元 (nonlinearBeamColumn)模 拟 ， 混 凝 土 选 用 的 是Kent-Scoot-Park 本构模 型，钢材采用的是 Giuffr-Menegotto-Pinto

8、 本构模型； ； (3)梁 柱 节 点 核 心 区 剪 切 变 形 采 用 位 于 核 心 区 中 心 的 转 动 弹 簧 模 拟 ； (4)分 析 考 虑 梁 P-delta 效应。计 算 结 果Side-joint30TestPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 30Tes t PredictMid-joint (South) 4030200-10-20100-120 -70 -20 30 80-10Disp. (mm)-30-40-20-307参 赛 结 果 0

9、6Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：钢 筋 为 Steel02 ： Giuffr -Menegotto-Pinto ； 混 凝 土 为 Concrete02 ：Kent-Scott-Park； 单元： dispBeamColumn 单元， 积分点为 5 个， 截面为纤维截面。 。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North)2520151050Tes t PredictMid-joint (

10、South) 3020100-120 -70 -20 -5-15-20-25-3030 80Disp. (mm)-120 -70 -20 30 80-10-20-30Disp. (mm)8参 赛 结 果 07Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：本 模 型 采 用 软 件 ： Abaqus6.9， 实 体 模 型 。 钢 筋 采 用 桁 架 单 元 ， 与 混 凝 土 embedded。 混 凝 土 本 构 采 用 塑 性 损 伤 本 构 ， 钢 筋 本 构 模 型 采 用 PQ-Fiber 中 的 USteel02， 一 种 再 加 载 刚 度 按 Clo

11、ugh 本构退化的随动硬化单轴本构模型。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North)2520151050Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 -5-15-20-25-3030 80Dis p. (mm)-120 -70 -20 30 80-10-20-30Disp. (mm)9参 赛 结 果 08Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介

12、 ：本 文 的 预 测 基 于 OpenSees 程 序 ， 采 用 纤 维 模 型 ， 混 凝 土 本 构 选 择 的 是 OpenSees 程序中的 Concrete01 Material（ Linear Tension Softening） 材 料 ， 钢 筋 本 构选择的是 OpenSees 程序中的 Steel02 Material（ Giuffr-Menegotto-Pinto Model with Isotropic Strain Hardening） 材 料 。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-

13、20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 3020Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 800-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10 Dis p. (mm) -10-20 -20-30 -3010参 赛 结 果 09Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：计 算 程 序 ： OpenSEES； 单 元 模 型 ： dispBeamColumn 单 元 ； 材 料 本 构 ： 混 凝 土 ： Concrete01 ，

14、 基 于 Kent-scott-Park 模 型 。 钢 筋 ： Steel02 ， 基 于Giuffre-Menegotto-Pinto 的钢筋本构模型，其骨架曲线为双折线并可反映钢筋的 Bauschinger 效应。节点采用 beamcolumnjoint 单元 ,其 pinching4 参数根据 MCFT 相关理论标定。预测节点破坏模式：节点剪切破坏计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 30Tes t Predic

15、tMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 80-100-120 -70 -20 30 80-10 Disp. (mm)-20 -20-30-40-30-4011参 赛 结 果 10Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：计 算 程 序 ： OpenSEES； 单 元 模 型 ： dispBeamColumn 单 元 ； 材 料 本 构 ： 混 凝 土 ： Concrete01 ， 基 于 Kent-scott-Park 模 型 。 钢 筋 ： Steel02 ， 基 于Giuffre-Menegotto-Pinto 的

16、钢筋本构模型，其骨架曲线为双折线并可反映钢筋的 Bauschinger 效应。节点采用 beamcolumnjoint 单元 ,其 pinching4 参数根据 MCFT 相关理论标定。预测节点破坏模式：节点剪切破坏。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North)3020100Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 80-10Disp. (mm)-20-120 -

17、70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40-30-4012参 赛 结 果 11Tes tPredictLoad(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：采用自编的 abaqus 显 式算法纤维梁模型， 本构为规范所用本构。 壳为 abaqus自带的损伤塑性本构。计 算 结 果Side-joint403020100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40-50Test PredictMid-joint (North) 3020Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-12

18、0 -70 -20 30 800-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10 Dis p. (mm) -10-20 -20-30 -3013参 赛 结 果 12Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：分析程序采用 opensees， 考 虑 了 楼 板 作 用 ， 梁 柱 单 元 模 型 采 用 纤 维 模 型 ， 节 点域采用节点模型进行建模。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (

19、North) 3020Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 800-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10 Disp. (mm) -10-20 -20-30 -3014参 赛 结 果 13Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：采用 OpenSees 程 序 计 算 ， 纤 维 模 型 。 Concrete02， Steel02 本构。计 算 结 果Side-joint30Tes tPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (

20、mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 30Tes t PredictMid-joint (South) 4030200-10-20100-120 -70 -20 30 80-10Disp. (mm)-30-40-20-3015参 赛 结 果 14Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：计 算 程 序 ： OpenSEES； 单 元 模 型 ： dispBeamColumn 单 元 ， beamcolumnjoint 单元； 材料本构： 混凝土： Concrete01， 基于 Kent-scott-Park 模型。 钢 筋

21、： Steel02， 基于 Giuffre-Menegotto-Pinto 的 钢 筋 本 构 模 型 ， 其 骨 架 曲 线 为 双 折 线 并 可 反 映 钢 筋的 Bauschinger 效应。预测节点破坏模式：结点区发生剪切破坏。计 算 结 果Side-joint30TestPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 3010Tes t PredictMid-joint (South) 3020100-120 -70 -20 30 80-10Disp. (mm)0-

22、120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10-20-30 -20-40 -3016参 赛 结 果 15Tes tPredict-20Load (kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：该数值模型是基于 OpenSEES 2.3.1.版本计算平台，采用纤维单元有限元模 型。 并根据试验模型对数值分析模型略作简化： 将柱下端视为固端， 柱上端只约 束水平自由度，梁视为悬臂梁。梁柱单元均采用基于纤维单元的 element dispBeamColumn 单元，考虑 效应 及梁翼缘的作用。材料本构关系定义：1、 混凝土本构：采用 uniaxialMaterial

23、Concrete02， 并 考 虑 核 心 区 混 凝 土 的 约束效应。分别对核心区混凝土和保护层混凝土的本构关系进行定义。2、 钢筋本构：采用 uniaxialMaterial steel02。计 算 结 果Side-joint806040200-120 -70 -20 30 80-20 Disp. (mm)-40-60-80Test PredictMid-joint (North)806040200Tes t PredictMid-joint (South) 8040200-120 -70 -20 30 80-20Disp. (mm)-40-60-80-120 -70 -20 30 80

24、Disp. (mm)-40-60-8017参 赛 结 果 16Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：破坏模式：1） 边 节 点 ： 梁 端 出 现 塑 性 铰 ； 2） 中 节 点 ： 梁 端 出 现 塑 性 铰 ， 节 点 区 剪 切 破 坏明显。计算基于 MSC.Marc2005+ThuFiber+自 编 弹 簧 单 元 1） 模型分为节点区和梁柱两部分。2） 梁柱采用清华大学开发的 ThuFiber 纤维梁 单元进行模拟， 并考虑箍筋的 约束作用。 楼板的作用在梁的纤维设置中直接考虑。 和前面的框架柱模型和框架 模型保持一致。3）节点区域采用 8 个刚

25、性梁单元组成的矩形或平行四边行来模拟，其变形 用一个转动弹簧控制， 改弹簧的行为由自编的用户子程序实现。 由于缺乏相关数 据， 仿真中简单的编制原点指向型的滞回模型， 并且卸载段采用双折线。 节点区 的承载力的计算借鉴了 ACI352 建议的公式。计 算 结 果Side-joint40Test 30Predict20100-120 -70 -20-10-20-30-40-50-6030 80Disp. (mm)Test PredictMid-joint (North)3020100Tes t PredictMid-joint (South) 30100-120 -70 -20 30 80-10

26、-20Disp. (mm)-30-40-50-120 -70 -20 30 80-10-20-30-40-50Disp. (mm)18参 赛 结 果 17Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：采用 Opensees 纤维模 型进行模拟， 单元采用基于力插值函数的非线性梁柱单 元 nonlinearBeamColumn element， 混凝土本构 采用考虑线性受拉软化的本构模型 Concrete02， 核 心 区 混 凝 土 按 Kent-Park 混凝土模型定参方法进行加强。钢筋采 用 Steel02， 基 于 Giuffre-Menegotto-Pint

27、o 的 钢 筋 本 构 模 型 ， 考 虑 包 辛 格 效 应 ， 应 变硬化率取 0.01， 建模时考虑楼板作用。 节点采用 BeamJointColumnJiont element, 利用 STM 拉压杆模型对剪切块材料 pingching4 定参。边节点为原加载步加载， 中节点为自己设置的加载步。计 算 结 果Side-joint30TestPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 3010Tes t PredictMid-joint (South) 3020100

28、-120 -70 -20 30 80-10Disp. (mm)0-120 -70 -20 30 80Disp. (mm)-10-20-30 -20-40 -3019参 赛 结 果 18Load(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：利用 opensees 软 件 ， OpenSees 分析时选用的材料、单元及分析设置如下： 材料 ： 混凝土 Concrete02， 箍筋约束核心区混凝土根据 kent-park 约 束模型计 算其本构参数； 钢筋 Steel02 采用的是 Giuffr-Menegotto-Pinto 本构模型， 应变硬化率 0.01。单元：选用基于非线

29、性梁柱单元。考虑楼板作用，柱上下铰接。 中节点反对成对称加载，以北侧控制南侧，南北侧加载比为 1:-1， 认 为 南 北侧滞回曲线相同。计 算 结 果Side-joint30TestPredict 20100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40Test PredictMid-joint (North) 30Tes t PredictMid-joint (South) 3020100 0-120 -70 -20 30 80 -120 -70 -20 30 80-10 -10 Disp. (mm)-20 -20-30 -30-40 -4020参 赛 结

30、果 19TestPredictLoad(kN)Load(kN)Load(kN)分 析 模 型 简 介 ：OpenSEES 平台上进行，主要基于纤维单元和节点宏观单元。使用 OpenSEES 软 件 基 于 纤 维 模 型 建 立 该 节 点 的 数 值 模 型 ， 如 上 图 所 示 。 采 用 基 于 力 法 的 梁 柱 单 元 （ 即 OPENSees 中的 nonlinearBeamColumn 单 元 ） 进 行 计 算。 通过简化节点单元来考虑节点核心区的剪切变形 （节点核心区剪应力应变关 系使用 STM 理论定参） ，并用零长度单元考虑梁纵筋在节点核心区的粘结滑移。计 算 结 果Side-joint403020100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40-50Test PredictMid-joint (North)3020100Tes t PredictMid-joint (South) 30100-120 -70 -20 30 80-10-20Disp. (mm)-30-40-50-120 -70 -20 30 80-10-20-30-40-50Disp. (mm)21