钢筋混凝土框筒结构在地震作用下的空间杆系层模型非线性分析

【摘要】： 木文考虑了材料、几何、边界非线性，建立了从材料、构件到结构的一个较为系统的 钢筋砼框筒结构在多维地震波作用下的空间弹塑性时程分析理论。 1、将砼弹塑性硬化断裂本构模型与塑性断裂理论结合起来，并加以改进，但无需定义 两个加载面，以清华大学过镇海建议的五参数幂函数或以西安交通大学俞茂宏建议的，参 数统一强度理论作为砼的强度破坏准则，建立了砼多轴弹塑性硬化松驰本构模型，能为钢 筋砼构件空间恢复力分析提供砼非线性材料模型，并能反映砼材料的软化段。 2、把截面离散法建立在砼多轴弹塑性硬化松驰木构模型上，引进屈服而理论，采用了 结构技术，提出了分段截面离散的屈服面模型法，为构件的空间非线性分析奠定了理论基 础。 3、采用清华大学滕智明建议的一维钢筋粘结滑移恢复力模型，但从简化计算的角度出 发，将首次加载的上升段曲线改为直线，并假定构件端部的诸多纵向钢筋的滑移服从平截 面假定，考虑由节点锚固区粘结滑移引起的构件端截面轴向和两转角附加变形。附加变形 对塑性子区域的刚度贡献，看作是塑性子区域的边界非线性，建立了构件端部子区域基于 构件边界非线性的钢筋与砼之间的空间粘结滑移关系，能较真实地求得锚固区的粘结滑移、 附加变形以及他们对构件空间非线性性能的贡献，并运用于柱、裙梁的空间非线性分析之 中。 4、由于引入了内结点，构件存在子单元，在形成主节点的构件空间单元刚度矩阵时， 存在双重非线性方程求解，迭代过程中负刚度和刚度矩阵奇异问题。本文提出了基于变形 协调与位移模式的内迭代位移增量法与基于位移模式和改进弧长法的内迭代荷载增量法。 计算表明，均有较好的计算稳定性。 5、根据构件分段截面离散的屈服面模型法，把锚固区粘结滑移看成构件的边界非线， 以及基于位移协调的内结点位移迭代法，建立了能考虑构件压（拉）、双弯、扭的材料、边 界、几何非线性相互影响的柱空间滞回曲线分析模型。 6、将分段截面离散的屈服面模型法应用于裙梁，考虑剪力剪切变形对材料非线性的影 响，将锚固区钢筋的粘结滑移看成构件的边界非线性，不考虑几何非线件，建立了裙梁考 虑村料、边界双重非线性的空间滞回曲线分析模型。 7、在局部的楼板水平刚度削弱过大以及强非线性区局部考虑楼板变形，建立了考虑部 分楼板线性变形的四结点矩形薄板的空间单元刚度矩阵。 8、引进子结构技术，将结构沿高度划分为线性与非线性区，在部分楼板水平刚度削弱 过大以及强非线性区局部考虑部分楼板空间弹性变形，但采用固定界面模态法形成弹性楼 板的模态质量与刚度，并入柱子的刚度、质量矩阵中去，建立了分区子结构的空间杆系一 层模型。就现有计算机发展水平与地震动研究水平下合理地输入地震波方面进行了初步探 讨，为钢筋砼框筒结构空间弹塑性时程分析选取恰当、适量的地震波提出了一些建议。两 个结构模型算例表明，该整体结构模型是面向工程的切实可行的结构振动模型，也为处理 大型复杂结构的强非线性问题提供了一个有效的方法。