钢筋混凝土结构静力弹塑性分析的程序开发及应用

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提高结构工程抗震能力,这是经济发展给工程界带来的重大课题。钢筋混凝土结构是我国现阶段所采用的最常用的结构型式,它的抗震分析方法的发展水平很大程度上取决于结构非线性分析模型的选取。本文在前人研究的基础上,通过理论分析,对钢筋混凝土剪力墙模型进行了研究,提出了新的加入剪切弹簧的剪力墙模型,并将其编入钢筋混凝土框架-剪力墙结构的有限元计算分析程序3D-SEPA(3D-STATIC ELASTIC-PLASTIC ANALYSIS BASED ONFRAME-SHEAR WALL STRUCTURE)。全文的主要研究内容包括: (1)阐述现有的钢筋混凝土非线性分析的相关理论,并选择适合于本文非线性分析的钢筋混凝土材料的本构关系、非线性方程组解法进行分析; (2)推导了考虑材料非线性的梁、柱单元刚度矩阵,并以两算例:单柱模型、单层单榀框架模型加以验证,为后文钢筋混凝土墙单元的推导打下基础; (3)归纳已有剪力墙模型的优缺点,在此基础上提出新的钢筋混凝土剪力墙模型,并与已有模型进行对比。对提出模型的相关参数进行分析,并加以算例验证;通过改变决定剪力墙性能的各项参数,得到各组对比数据,从而定量分析了不同参数的改变对本文提出的剪力墙模型精度的影响; (4)编制了三维钢筋混凝土非线性有限元分析程序3D-SEPA:采用VB语言将其与PKPM大型工程软件接口,利用该前处理程序自动生成3D-SEPA计算分析中所需要的数据文件,减少了数据文件生成过程中的人为干预性; (5)使用3D-SEPA程序进行结构静力弹塑性分析,通过得到的基底剪力-层间位移关系、最大层间位移、最大层间位移角、塑性铰分布等结构性能数据,与国内外试验研究结果以及MIDAS软件静力推覆分析、动力时程分析结果做比较,进一步验证剪力墙模型及其数据选取的合理性及稳定性; (6)最后,利用ATC-40中能力谱方法对分析得到的推覆曲线进行性能评估,构成较完整的抗震评估体系。计算结果与已有其他研究者的试验结果相比吻合良好。
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