基于修正斜壓場(chǎng)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(duì)在修正斜壓場(chǎng)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(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行非線性有限元分析,取得了較大的成果。基于修正斜壓場(chǎng)理論的彌散轉(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(shí),比如板、墻等,已經(jīng)能夠得到較好的計(jì)算結(jié)果,同時(shí)對(duì)于軸壓比較小的柱子(?0.15)分析結(jié)果也不錯(cuò);但是針對(duì)三維特性比較突出的結(jié)構(gòu)時(shí),比如帶長(zhǎng)翼緣的剪力墻

2、、軸壓比較大的柱子等,二維單位無(wú)法較好模擬。而且同時(shí)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(wèn)題未得到有效解決,對(duì)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?yàn)槠脚_(tái),以修正斜壓場(chǎng)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(shí)描繪出結(jié)構(gòu)單元形態(tài)的三維實(shí)體單元對(duì)板、墻和短柱進(jìn)行了非線性有限元分析,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)討論,驗(yàn)證程序的正確性

3、。
　　本文主要進(jìn)行如下幾個(gè)方面的研究工作:
　　①為了更好模擬鋼筋混凝土結(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(duì)混凝土和鋼筋滯回本構(gòu)的相關(guān)研究,對(duì)滯回規(guī)則做了相應(yīng)修改,并同時(shí)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?cè)隽?確定應(yīng)變的滯回路徑,以此計(jì)算該應(yīng)變下混凝土和鋼筋所對(duì)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(chǔ)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(guò)程中不能自動(dòng)處理應(yīng)變?cè)跍乇緲?gòu)行進(jìn)中正負(fù)交替帶來(lái)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(gè)主方向上應(yīng)變能夠?qū)?yīng)該方向上的滯回路徑。
　?、墼贔EAPpv程序平臺(tái)中,沒(méi)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(tái)中。使得程序不僅能夠計(jì)算上升段曲線,同時(shí)也可以計(jì)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(guò)本文的研究工作,取得了如下成果:
　?、賹⒒谌扛罹€剛度的迭代法添加到FEAPpv程序平臺(tái)中,替換掉原來(lái)程序本身的基于增量切線剛度的迭代法,實(shí)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(shí)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(wèn)題,保證了收斂的穩(wěn)定性。
　?、蹖⒔Y(jié)構(gòu)