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目前采用修正斜压场理论模型,描述混凝土在复合受力状态下的受力性能,对钢筋混凝土进行了二维非线性有限元分析,取得了丰硕的研究成果。采用该模型对钢筋混凝土进行三维非线性有限元模拟尚不成熟,尤其是对于像钢筋混凝土短柱(特别是高轴压比的短柱)这样的受力构件在地震作用下的三维非线性有限元模拟研究较少,分析与试验研究结果相比差距较大,尤其是在峰值后的反应更是如此。随着高层建筑的日益大型化,短柱类的构件已经无法避免,要保证这类构件的抗震安全性,十分有必要对钢筋混凝土短柱的抗震性能进行深入研究,在利用已有试验数据进行验证的基础上提出适合短柱的三维非线性有限元分析方法。 箍筋的约束作用对短柱的抗震性能(承载力、变形能力)影响较大,欲较准确地模拟短柱的约束效应需要合理地量化混凝土的侧向膨胀(箍筋约束作用为被动约束)、混凝土在多轴受压状态下强度的增强以及变形能力的提高。围绕该研究内容,本文参考Vecchio、Selby、Montoya等学者的研究思路,在本团队前期研究工作的基础上,建立了基于割线刚度、旋转弥散裂缝模型的三维非线性有限元分析方法,使之能够较好地模拟短柱的非线性性能,完成的主要工作如下: 1.以等效预应变的形式考虑泊松效应,提出了等效节点荷载的计算方法,并用该方法对混凝土的膨胀效应进行了模拟。 2.建立了基于三维实体单元应力状态的Kupfer约束强度模型,用该模型来考虑钢筋混凝土的约束效应,并解决了引入约束强度模型后由于混凝土受压骨架线动态变化引起混凝土材料刚度系数出现波动的数值问题。 3.完善了混凝土滞回规则;引入Pinto等提出的钢筋滞回模型,通过平移割线刚度计算起点来解决滞回分析中本构线穿越应变轴及应力轴带来的数值问题。 通过本文的研究工作,取得了如下研究成果: 1.基于本文提出的有限元分析算法,建立了能考虑膨胀效应及约束效应的钢筋混凝土三维非线性有限元分析程序。 2.运用本文程序,对轴压系列柱子及不同轴向荷载作用下的短柱在低周反复加载下的抗震性能进行了模拟分析(单调、滞回反应分析),取得了较好的效果。 3.运用本文程序,对不同配筋参数及轴压比的短柱进行了对比分析,验证了本文提出的考虑短柱约束效应的方法的正确性及合理性。 4.将本文程序的分析结果与其它研究者的分析结果进行了对比分析。