基于修正斜壓場理論的鋼筋混凝土三維非線性有限元分析.pdf

1、加拿大多倫多大學(xué)的F.J.Vecchio團(tuán)隊在修正斜壓場理論(MCFT)的基礎(chǔ)上,采用彌散轉(zhuǎn)角裂縫模型、低階單元和全量割線剛度迭代法對鋼筋混凝土進(jìn)行非線性有限元分析,取得了較大的成果?；谛拚眽簣隼碚摰膹浬⑥D(zhuǎn)角裂縫模型的非線性有限元分析方法利用二維單元程序在分析平面特性比較突出的結(jié)構(gòu)時,比如板、墻等,已經(jīng)能夠得到較好的計算結(jié)果,同時對于軸壓比較小的柱子(?0.15)分析結(jié)果也不錯;但是針對三維特性比較突出的結(jié)構(gòu)時,比如帶長翼緣的剪力墻

2、、軸壓比較大的柱子等,二維單位無法較好模擬。而且同時考慮受拉受壓殘余應(yīng)變的混凝土滯回本構(gòu)在全量割線剛度迭代法中引起的數(shù)值問題未得到有效解決,對板、柱等滯回效應(yīng)的模擬不甚理想。
　　本文以加州大學(xué)Berkeley分校Taylor教授研發(fā)的FEAPpv程序為平臺,以修正斜壓場為理論基礎(chǔ),利用能夠較好模擬出結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),真實描繪出結(jié)構(gòu)單元形態(tài)的三維實體單元對板、墻和短柱進(jìn)行了非線性有限元分析,并對計算結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)討論,驗證程序的正確性

3、。
　　本文主要進(jìn)行如下幾個方面的研究工作:
　?、贋榱烁媚M鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的滯回效應(yīng),參考了日本千葉大學(xué)野口博等人對混凝土和鋼筋滯回本構(gòu)的相關(guān)研究,對滯回規(guī)則做了相應(yīng)修改,并同時考慮了混凝土受拉受壓殘余應(yīng)變;利用上荷載步和本荷載步的各迭代步的應(yīng)變差值作為應(yīng)變增量,確定應(yīng)變的滯回路徑,以此計算該應(yīng)變下混凝土和鋼筋所對應(yīng)的應(yīng)力值。
　?、诨炷梁弯摻畹臏乇緲?gòu)運(yùn)行中,需要存儲一系列的歷史變量。運(yùn)用Jacobi方法求解主

4、應(yīng)變和應(yīng)變方向向量過程中不能自動處理應(yīng)變在滯回本構(gòu)行進(jìn)中正負(fù)交替帶來的影響,需要人為判斷應(yīng)變歷史并給出正確路徑。本文主要利用上荷載步和本荷載步的各迭代步的主應(yīng)變角差值進(jìn)行判斷和處理,使得每個主方向上應(yīng)變能夠?qū)?yīng)該方向上的滯回路徑。
　　③在FEAPpv程序平臺中,沒有基于割線剛度迭代法的加載模式。利用本文的理論基礎(chǔ)需要把基于全量割線剛度迭代法的力法和位移法兩種加載模式添加到程序平臺中。使得程序不僅能夠計算上升段曲線,同時也可以計算

5、下降段曲線,更好模擬結(jié)構(gòu)峰值后期的反應(yīng)狀態(tài)。
　　通過本文的研究工作,取得了如下成果:
　　①將基于全量割線剛度的迭代法添加到FEAPpv程序平臺中,替換掉原來程序本身的基于增量切線剛度的迭代法,實現(xiàn)了基于平均應(yīng)力應(yīng)變的低階八節(jié)點(diǎn)六面體磚單元的非線性有限元分析。
　　②在混凝土和鋼筋的滯回本構(gòu)中,同時考慮了混凝土的受壓殘余應(yīng)變和受拉殘余應(yīng)變,利用原點(diǎn)平移技術(shù)解決其形成的數(shù)值問題,保證了收斂的穩(wěn)定性。
　　③將結(jié)構(gòu)