基于ABAQUS的预应力框架结构动力弹塑性分析

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hawk1918
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预应力混凝土结构拥有刚度大、耐久性好、限制裂缝开展和节省材料的特点,在大跨度结构中得到较为广泛地应用。但预应力混凝土结构的阻尼较小,耗能能力差,在地震荷载作用下变形较大。国内外在抗震地区应用预应力混凝土结构都有疑虑和争议,随着对预应力混凝土结构研究深入,采用合理的结构设计预应力混凝土结构能具有良好的抗震性能。2019年颁布的《预应力混凝土结构抗震设计标准》规范,对预应力混凝土结构抗震设计进行较为细致的规定,对于预应力混凝土结构在抗震地区的使用,具有极大地推动作用。为保证预应力混凝土结构抗震的安全性,规范规定较为复杂的预应力混凝土结构应采用弹塑性分析方法,但并未细致地给出弹塑性分析的计算方法。为准确高效地实现预应力混凝土结构的动力弹塑性分析,本文开展了预应力混凝土梁柱构件力学模型和结构模型自动化建模方法研究。本文主要工作及结论如下:(1)基于空间梁单元建立了预应力混凝土梁柱构件的分离式力学模型。在本文力学模型中采用杆单元模拟预应力筋、纤维梁单元模拟混凝土构件,通过方程约束将杆单元节点和纤维梁单元节点进行位移耦合,实现预应力筋和混凝土构件变形协调和共同受力。对于无粘结预应力混凝土构件,本文通过建立局部坐标系,进而约束构件横截面方向内杆单元节点和纤维梁单元节点的自由度,以表达无粘结预应力筋与混凝土构件预留孔道内壁的相对滑移。通过选用合理的单轴混凝土和钢筋本构模型描述梁、杆单元内材料的受力特性,对预应力梁柱构件在单调与往复荷载下受力性能进行模拟分析,计算结果表明本文所构建的预应力混凝土梁柱构件力学模型能够准确高效地模拟预应力梁力学特征。(2)利用空间梁单元力学模型对有粘结与无粘结预应力混凝土梁进行非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、预应力度的参数研究,分析对有粘结与无粘结预应力混凝土梁的承载力、耗能、延性系数的影响。计算结果表明,随着预应力梁综合配筋率提高构件承载力、耗能能力相应增大,但延性系数有所减小。随着预应力梁预应力度提高构件承载力、耗能能力逐渐增大,但延性系数缓慢减小。有粘结和无粘结预应力梁承载力、耗能能力、延性基本一致。(3)本文开发了预应力混凝土结构自动化建模程序。获取设计软件PKPM预应力混凝土结构模型的几何、配筋、预应力筋等数据信息,构建基于Pm ID号的数据匹配规则将多源异构数据进行融合。利用Python语言编写预应力混凝土结构自动化建模程序,在ABAQUS中实现预应力混凝土结构有限元模型自动化建立。通过PKPM预应力混凝土结构模型和有限元预应力混凝土结构模型的质量、自振周期、模态对比,能够实现由结构设计模型转化为有限元模型,解决了预应力混凝土结构建模复杂的问题。(4)利用编写的预应力混凝土结构自动化建模程序,本文建立了预应力混凝土平面框架结构计算模型并对其在低周往复荷载下进行非线性分析。计算所得构件承载力与试验基本一致,滞回曲线比试验略丰满。表明本文所构建的预应力梁柱构件力学模型能够较好地模拟预应力混凝土结构在低周往复荷载下受力特性。对预应力混凝土结构进行动力弹塑性分析与非预应力混凝土结构的受力性能进行对比分析,计算结果表明在预应力混凝土结构中仅对梁布置预应力筋的抗震性能与非预应力混凝土结构相差不大。预应力混凝土结构通过空间梁单元建立预应力混凝土构件的力学模型,能正确地反映预应力混凝土构件与结构的受力特点。本文所开发的自动化建模程序极大地提高了预应力混凝土结构的建模效率,为预应力混凝土结构进行动力弹塑性分析提供便利。
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