基于纤维模型钢筋混凝土结构静力非线性全过程分析若干关键问题的研究

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本文对框架结构的非线性有限元相关理论进行了研究和分析,对纤维模型 相关的理论、结构负刚度问题、混凝土结构弹塑性区域考虑剪切变形等理论进 行了讨论,并进行了程序验证,主要工作如下: (1)采用弹塑性纤维模型来模拟梁柱单元,对钢筋混凝土构件和结构层 次进行静力非线性分析。对纤维的力学描述、截面的力学描述、纤维和截面之 间的物理关系、单元的力学描述、截面和单元之间的物理关系、结构的力学描 述、单元和结构之间的物理关系、基于内外两个迭代过程的状态确定方法进行 了分析。对结构进入负刚度后的处理方法进行了阐述。达到极限状态以后,在 纤维层面上跟踪混凝土和钢筋的状态,提出了一种可以用于混凝土结构全过程 分析的算法,编制了柔度法分析程序,并与实际结果进行了对比验证。 (2)对纤维模型梁柱单元进行了改进研究。应用多轴应力状态下的塑性 应力一应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑 性刚度的影响,建立了能够考虑梁柱单元非线性剪切变形在复杂加载历史中的 切线柔度矩阵。在截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,但是 剪切和弯曲力在单元层面耦合,他们必须在梁单元上满足力的平衡关系。编制 了能够进行框架结构整体分析的非线性程序,对钢筋混凝土结构的静力加载程 序试验结果的表明,改进后的纤维模型能够较好地描述钢筋混凝土梁柱构件在 压、弯、剪荷载共同作用下的非线性性能。基于虚拟单元法,对钢筋混凝土结 构考虑剪切变形弹塑性刚度影响的全过程非线性分析程序进行编制,并且给出 了算例验证。 (3)考虑钢筋与混凝土之间的粘结滑移,计算出构件截面的转角和曲率, 迭代过程中,在截面层次用该曲率对原来的截面曲率进行修正,计算出荷载位 移曲线。通过对考虑粘结滑移和不考虑粘结滑移两种情况结果的对比,以及两 种结果与试验结果的对比发现:计算结果可以较好的反映钢筋和混凝土之间粘 结破坏。 关键词:非线性分析, 柔度法,纤维模型,钢筋混凝土结构,剪切变形
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