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结构地震动力反应分析中的混凝土恢复力模型的适用性研究

周文峰  
【摘要】: 结构非线性地震反应性能的研究一直是结构抗震研究中的主要课题之一,而结构地震反应动力分析(计算机模拟)是研究结构抗震性能的主要手段。地震作用下计算机模拟分析的准确性除输入地面运动的因素外,主要取决于分析模型和材料模型的合理性。本文所用的分析模型(纤维模型梁柱单元)对于以弯曲破坏为主的梁柱分析已经具有足够的准确度,因此主要依赖于单轴材料恢复力模型的合理性。然而影响约束混凝土力学性能的因素太多,目前提出的模型也很多,但很少有人对其特性进行综合比较研究,给使用者在应用上带来很大不便。 本文从大量的约束混凝土本构模型中筛选出具有代表性的七种模型,即Mander模型、张秀琴模型、Sheikh模型、Park模型、Saatcioglu模型、Fafitis模型和袁锦根模型作为考察和研究对象,对部分模型局部明显不当的地方进行了修改,然后在各模型中添加了不同的滞回规则,包括Park滞回规则、Blakeley滞回规则、Mander滞回规则、张秀琴滞回规则、袁锦根滞回规则以及本文提出的滞回规则等,使其能适用于结构地震反应动力分析。 在此基础上,将各模型计算机程序化,并入课题组编制完成的基于纤维(fiber)模型梁柱单元的三维空间框架非线性动力反应分析程序中,作为程序的混凝土材料库。利用此程序作为有力工具,以大量低周反复荷载下压弯试件的试验结果为标准,通过对试验结果的计算机模拟分析,比较了各模型中骨架曲线及滞回规则的模拟效果,分析了材料应力-应变曲线与构件力-位移模拟曲线间的联系以及影响这一联系的因素。最后采用模拟效果较好的三个模型(Mander模型、Park模型及Sheikh模型)对八度区框架结构进行了中震及大震下动力反应分析。 本文从众多的约束混凝土本构模型中选用具有代表性的七种模型,配以多种典型的滞回规则(其中一种由本文提出),结合本研究小组编制完成的基于纤维模型梁柱单元的三维空间框架非线性动力反应分析程序,建立了可供选择使用的材料库;采用结构反应计算机模拟分析方法从材料、构件及结构这三个层次考察了各模型的特点和适用性,分析了模型中骨架曲线与滞回规则对结构反应模拟结果的影响,探讨了模型的应力-应变曲线与模拟的滞回曲线之间的联系,为钢筋混凝土结构地震反应动力分析中的材料模型选取提供了参考依据。


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