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、加拿大多倫多大學的F.J.Vecchio團隊在修正斜壓場理論(MCFT)的基礎上,采用彌散轉角裂縫模型、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構時,比如板、墻等,已經能夠得到較好的計算結果,同時對于軸壓比較小的柱子(?0.15)分析結果也不錯;但是針對三維特性比較突出的結構時,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變的混凝土滯回本構在全量割線剛度迭代法中引起的數值問題未得到有效解決,對板、柱等滯回效應的模擬不甚理想。
　　本文以加州大學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,利用能夠較好模擬出結構受力特點,真實描繪出結構單元形態(tài)的三維實體單元對板、墻和短柱進行了非線性有限元分析,并對計算結果進行了相關討論,驗證程序的正確性

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

4、應變和應變方向向量過程中不能自動處理應變在滯回本構行進中正負交替帶來的影響,需要人為判斷應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變角差值進行判斷和處理,使得每個主方向上應變能夠對應該方向上的滯回路徑。
　?、墼贔EAPpv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,更好模擬結構峰值后期的反應狀態(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)了基于平均應力應變的低階八節(jié)點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中,同時考慮了混凝土的受壓殘余應變和受拉殘余應變,利用原點平移技術解決其形成的數值問題,保證了收斂的穩(wěn)定性。
　　③將結構