有限元法在钢筋混凝土框架节点中的应用

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有限单元法自诞生之日起就显示出了强大的生命力,尤其是随着近代电子计算机技术的飞速发展,使大型复杂结构的有限元计算成为可能。有限元法应用于土木工程中,特别是应用于钢筋混凝土这种性质比较离散的复杂材料上,为结构分析和设计都提供了极大的方便。但是对于复杂的反复加载条件下钢筋混凝土构件性质的模拟,仍有许多问题亟待解决。本文通过对现有软件的筛选,找出较为有效的有限元程序,对钢筋混凝土结构的实验结果进行模拟,并针对模拟结果中存在的不足之处提出改善的建议,为接下来的研究和新程序的编写提供参考。本文选择了较有代表性的混凝土框架节点低周反复加载试验作为模拟对象,分别用大型通用有限元程序ANSYS 和专门针对钢筋混凝土材料编写的有限元程序VecTor2 对其进行了模拟。作者将模拟结果与实验结果进行了对比,还对两个软件的功能结构与模拟效果进行了比较。VecTor2 程序的模拟结果显示,用有限元程序分析反复荷载作用下的钢筋混凝土结构是可行的,取得了较好的结果。虽然混凝土材料性质离散性很大,而且在反复荷载作用下的滞回性质更是复杂,但通过对钢筋、混凝土以及二者之间相互作用机理的正确描述,模拟结果是可以达到一定可信度的。ANSYS 用于简单静力加载情况模拟结果是成功的,但是由于ANSYS 对混凝土本构模型尤其是滞回模型的定义比较粗糙,无法得到满意的反复加载试验模拟结果。针对构件滞回曲线的模拟上存在的不足,建议考虑混凝土开裂前后性质变化的裂面效应。针对有限元软件对混凝土本构模型定义中存在的不足,在深入研究的基础上可采用混凝土损伤本构模型,从而提高模拟的准确性。
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