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钢筋混凝土非线性有限元分析是结构分析的重要研究方向,它能够比较准确的分析工程中许多大型复杂结构的受力性能,能够描述裂缝的形成和扩展,以及结构的破坏过程及其形态,能够对结构的极限承载能力和可靠度做出评估,能够揭示出结构的薄弱部位和环节,以利于优化结构设计。对实际工程的分析、设计及施工具有重要的指导意义。其中,三维的钢筋混凝土有限元非线性分析比二维的分析更贴近实际。发展和完善适用于三维钢筋混凝土有限元非线性分析的技术己成为钢筋混凝土非线性分析领域的重要课题。本文编制了三维钢筋混凝土非线性有限元分析程序,对分析中所涉及到的本构关系、有限元模型、裂缝模型等进行了较全面的研究,对影响非线性分析的因素作了较详细的分析,而且,程序分析与试验情况吻合良好。论文的主要研究工作如下。
(1)采用了Ottosen建议的钢筋混凝土非线性弹性全量式本构模型,以Sargin应力应变全曲线为基础,考虑混凝土三维情况下的受力特性,对Sargin曲线进行了修正。经过分析比较,认为该模型能较好的适用于三维钢筋混凝土有限元非线性分析。
(2)采用了钢筋混凝土有限元组合式模型,通过分析计算结果并与试验结果比较,认为在三维有限元中,组合式模型运算速度快,计算简单。
(3)混凝土破坏单元的模拟,混凝土单元的开裂、压碎、裂缝闭合等破坏情况对钢筋混凝土有限元分析结果的精度影响很大,因而本文将作为独立的一章来讨论。
(4)将增量变刚度迭代法用于非线性问题的求解,采用了数值计算稳定性好,运算速度较快的三角分解法进行求解线性方程组。
(5)程序编制,编制出实用的分析程序是有限元分析课题必不可少的环节,也是本文的最终目的。为了检验程序的可行性、有效性,本文从多方面、分步骤地进行验证。而且,利用ANSYS软件对试验梁进行了模拟分析。程序分析与ANSYS模拟分析的结果与试验情况吻合良好。