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钢筋混凝土二维非线性有限元分析的割线刚度法研究

吴琳强  
【摘要】: 钢筋混凝土的材料非线性,一直是影响其性能的重要原因。外荷载作用过程中,由于历史加载的影响,使得混凝土和钢筋的力学性能发生显著的变化;尤其是反复荷载作用下,如何模拟混凝土开裂,如何模拟混凝土和钢筋的加、卸载,一直是非线性性分析工作者关注的问题。通过Collins、Vecchio等研究者的努力,对钢筋混凝土的非线性研究获得了长足的进步。来武清在Vecchio提出的MCFT(Modified Compression Filed Theory)的基础上,编制了NAP程序,初步实现了对钢筋混凝土二维构件在单调和反复荷载作用下考虑压、弯、剪共同作用的受力性能的分析,本文针对NAP程序存在的问题,做了一系列的改进工作。并为后一步的研究奠定了基础。 本文主要完成了以下的工作: ①分析全量割线刚度和切线刚度在非线性单调分析中的优缺点。 ②分析弹性割线刚度运用于钢筋混凝土非线性滞回分析的原理和方法。 ③运用割线刚度应用原理,改进来武清的非线性迭代整体思路。 ④完善混凝土滞回本构,并分析不同本构对分析结果的影响。 ⑤将来武清能量收敛准则改为割线刚度收敛准则。 ⑥根据新的割线刚度方法,编制了新的分析程序NAP。 ⑦运用修改后的程序,对大量的墙、板做了单调、滞回分析。 ⑧根据分析结果,与试验曲线和来武清分析结果进行对比,确定进展。 通过本文的工作,获得了如下的结论: ①采用新的弹性割线刚度分析二维钢筋混凝土构件比采用切线刚度具有更好的收敛性和稳定性。 ②采用完全旋转裂缝模型比采用朱伯龙建议的“象限法”更接近试验结果。 ③采用割线刚度收敛准则比采用能量收敛准则能够更真实的反应单元的收敛性,确保分析结果的准确性。 ④采用直线加、卸载滞回本构分析板时,能够很好的预测板的承载力,但是不能准确模拟板的耗能性能。 ⑤采用位移控制法能够获得良好的分析结果,同时,具有良好的稳定性。 ⑥采用割线刚度法和四边形单元分析钢筋混凝土的非线性性能,当采用合适的钢筋、混凝土本构时,能够获得较好的分析结果。


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