钢筋混凝土框筒结构地震反应的仿真分析

【摘要】：结构工程的计算机仿真是根据结构或构件的少量试验建立物理模型,基于严密理论分析得到数学模型,利用具体编程语言生成仿真模型,使用计算机进行仿真分析,验证所建立模型的合理性,然后扩大参数范围,较广泛地研究这些参数的影响,最终提出所研究问题的计算方法,揭示结构反应的机理和描述结构的变形、开裂和破坏的过程。通过仿真技术,便于把握结构在地震作用下的动力响应过程,发现其规律,深化结构分析设计研究。计算机仿真对结构工程有极大的实用价值,随着现代结构工程趋向超大型、超高型发展和结构的日益复杂,传统的通过大量实物模型寻求规律的研究方法受到限制,发展结构工程的计算机仿真势在必行。本文基于计算机仿真技术对框筒结构的地震反应进行了一些探索性的研究。 本文进行了混凝土本构模型的研究,利用连续介质力学和基于耗散过程的不可逆热力学的方法,基于工程实践应用的目的,确定了损伤演化方程,给出相对简单又符合实验结果的混凝土本构模型数学表达式;分析了杆系模型研究的现状,建立了考虑单元中有可能同时存在弹性区、开裂区、屈服区变刚度杆单元模型,根据单元截面特性求出构件的开裂、屈服、极限三点作用力和变形,确定M-N-φ关系,建立截面的单轴恢复力模型,根据Mroz强化理论来建立截面的双轴恢复力模型;根据桁架模型确定单元塑性铰区域的抗剪刚度;建立考虑单元刚域和粘结滑移的单元刚度矩阵。根据实际地震动存在三个平动分量事实,从结构在地震作用下的反应和构件的真实性能出发,采用杆单元建立了考虑三个平动分量的空间杆系模型;研究了结构振动方程的直接积分的求解方法,给出了一种具有三阶精度的求解方法。根据“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,避免罕遇地震作用下结构发生倒塌破坏,或保证结构具有某种合理的倒塌形式从而可有效的保证生命和财产安全,本文研究了结构的倒塌机理,分析了钢筋混凝土杆系结构在地震作用下可能发生的倒塌破坏形式,确定了空间杆单元的几何非线性刚度矩阵,研究了钢筋混凝土结构的倒塌破坏中结构强度、变形、能量等因素的关系和影响,建立了基于耗