鋼-鋼筋混凝土桿系結(jié)構(gòu)三維地震作用下彈塑性時程分析.pdf

1、近年來，隨著大量超限、復雜鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性靜力、動力分析日益受到人們的重視。與彈性階段比較，結(jié)構(gòu)進入彈塑性后，其內(nèi)力及變形過程都變得非常復雜。尋找合理有效的單元分析模型是解決鋼筋混凝土彈塑性受力性能的核心。鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成，混凝土和鋼筋本身的各種非線性特征，都不同程度在這種組合材料中反映出來。本文以中央電視臺這一實際工程為背景，從材料本構(gòu)模型、單元模型、動力方程求解方法以

2、及罕遇地震下彈塑性時程分析等方面開展了一系列的研究工作，主要內(nèi)容有： 一、混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究 利用非線性有限元分析程序ABAQUS，研究混凝土彈塑性損傷模型，并提出了適用于ABAQUS有限元程序的單軸受壓和單軸受拉混凝土本構(gòu)模型，混凝土卸載時剛度退化以及拉壓剛度恢復的計算方法。通過對ABAQUS進行二次開發(fā)，編制用戶材料子程序，使上述混凝土材料本構(gòu)模型在ABAQUS程序計算中得到應用，為鋼筋混凝土材料單元在ABAQUS

3、中的應用提供必要條件。 二、梁、柱單元模型研究 采用ABAQUS程序的截面纖維模型單元，以鋼筋和混凝土的應力-應變本構(gòu)關(guān)系直接反映構(gòu)件的恢復力特性，避免采用其它中間假定而導致計算誤差的放大?？蛇m用于任意截面的構(gòu)件，可描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入彈塑性階段后承載力下降的現(xiàn)象，并能直接反映構(gòu)件軸力與彎矩的相互作用，比以往的恢復力模型具有更高的適用性和準確性，計算過程穩(wěn)定、收斂性良好。 三、計算模型的試驗驗證 對本文采用的

4、截面纖維模型進行試驗驗證，選用已有的兩個較好的試驗模型(鋼筋混凝土懸臂柱在單向反復荷載及雙向反復荷載作用下的彈塑性受力性能試驗；鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)在單調(diào)荷載及反復荷載作用下的彈塑性受力性能試驗)。分析表明，計算結(jié)果與試驗吻合較好。計算結(jié)果不僅能從宏觀反應結(jié)構(gòu)的受力與變形，同時，還可以通過截面的應力-應變狀態(tài)，從微觀上判斷構(gòu)件的受力狀態(tài)。 四、動力時程分析方法的探討 文中對動力時程分析中的顯式算法和隱式算法進行了比較分

5、析，認為在大型復雜結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析中應首先選擇顯式算法，這種算法不需剛度求逆，不需平衡迭代，沒有收斂問題。雖然計算步長較小，但其每一步計算所需時間較少。因此，對于大型復雜結(jié)構(gòu)其總體計算時間反而較少。 五、CCTV結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析 本文對一實際結(jié)構(gòu)-中央電視臺在罕遇地震下的彈塑性性能進行了詳細分析。使用通用有限元軟件ABAQUS，材料模型采用混凝土彈塑性損傷模型以及鋼筋隨動硬化模型。動力積分方法采用顯式算法。計算表明，

6、中央電視臺結(jié)構(gòu)在分別經(jīng)歷了三條有代表性的天然地震波和人工地震波作用后，該結(jié)構(gòu)雖然有大量的構(gòu)件進入塑性，但結(jié)構(gòu)本身并未倒塌，實現(xiàn)了“大震不倒”的設(shè)防目標；整個結(jié)構(gòu)在大震作用下通過部分構(gòu)件(主要是斜撐框架)的塑性變形，成功地耗散了大量的地震能量，使得結(jié)構(gòu)的多項性能均比相應的彈性模型計算結(jié)果好。采用本文計算模型，能夠直接檢驗結(jié)構(gòu)在大震作用下的安全，不僅能對結(jié)構(gòu)進行定性分析，找出結(jié)構(gòu)在大震下的薄弱層，同時還可以找出結(jié)構(gòu)的薄弱桿件。為今后工程計算