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地震作用下钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应分析

黄庆华  
【摘要】:基于离散单元方法,提出一个适用于地震作用下钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应分析的三维分析模型:采用“梁-柱-节点离散体系”或“板-柱离散体系”将结构离散化为梁单元、柱单元和节点单元或柱单元和板单元:在单元的连接界面处构建混凝土弹簧和钢筋弹簧,引入适用于任意加载路径的单轴混凝土弹簧和钢筋弹簧力-位移本构关系,用于考虑单元的拉压、弯曲、剪切和扭转等变形;引入适合于三个方向主惯量相差很大的刚性单元的数值积分技术,给出结构阻尼实用计算公式及显式中心差分积分时间步长的计算和自动细分技术。基于这样的单元分析模型和改进的离散单元数值方法,在Visual C++6.0平台上开发了地震作用下钢筋混凝土框架倒塌仿真程序。通过从单自由度到多自由度、从弹性到弹塑性、从小位移小变形到大位移大变形的多个算例对程序进行了验证,包括一个三层一跨钢筋混凝土模型结构模拟地震振动台试验的验证,并将验证后的程序应用于试验模型结构抗震性能参数分析。验证和分析结果表明:利用本文所编制程序对这些算例进行分析具有相当高的精度;通过合理选取钢筋混凝土框架结构倒塌单元分析模型、构造合适的单元间连接弹簧和选取合理的结构离散化方法,可以很好地模拟地震作用下钢筋混凝土框架结构从弹性到弹塑性阶段,再到结构倒塌的全过程反应;本文开发的仿真软件可以作为新建结构设计或已有结构安全性评估的辅助分析工具。


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