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本文旨在建立一种数值模拟方法来检验和预测单层预制钢筋混凝土结构在静态和动态荷载作用下的非线性反应,即结构的地震响应。该数值模拟是对欧洲学者就该类结构所做最新研究的继续:通过建立SAP2000模型再现试验过程,比较数值模拟结果和试验数据,在检验试验数据的同时验证数值方法的可靠性,为进行更深入的数值模拟、降低后续研究成本提供依据。
由于现场试验的代价过高,为了获取更多的数据资料,笔者在原有试验数据的基础上通过建立SAP模型来模拟试验过程,并将获得的数值结果与试验数据进行对比。如果二者吻合,则说明数值模拟方法可靠,可以进行更深入的模拟工作。例如,改进模型的节点约束条件、内部构件的截面类型、结构的跨度、高度乃至层数等,从而使研究的范围更大、更具代表性,为完善相关抗震规范、降低研究成本和提出新理论提供充分的依据。
为了建立SAP2000分析模型,本文首先建立了结构模型,包括用于模拟结构组件的双T形屋面板、工形梁和矩形柱子。结构基本框架形成以后,为研究它的非线性响应,笔者赋予结构材料非线性和几何非线性特征。几何非线性主要是考虑结构的P-△效应,而材料非线性则主要表现为柱子底部的塑性变形。笔者计算了柱子在破坏过程中截面的弯矩.曲率关系,并将该弯矩一曲率关系定义到非线性连接件上,通过计算塑性铰的长度来计算连接件的长度。在SAP模型选用的非线性连接件有塑性铰和非线性连接两种,采用.Takeda和Pivot两种滞回变形模型。
本文SAP模型采用固定基础,在此模型上进行的数值分析包括:推覆分析( Pushover Analysis ),低周期往复荷载下的非线性分析(Cyclic Analysis ),非线性动态时程分析(Nonlinear Dynamic Time-history Analysis )。将每种数值分析的结果与试验数据进行了对比分析研究。
本文研究表明,数值模拟结果与试验数据比较吻合,可以用该数值方法来再现试验过程并得出比较可靠的结果,从而为后续研究工作提供一条可节约时间、降低研究成本的新途径,在同类工程问题及其数值模拟领域具有重要的参考价值。