考慮約束效應(yīng)的鋼筋混凝土短柱三維非線性有限元分析.pdf

1、目前采用修正斜壓場理論模型，描述混凝土在復(fù)合受力狀態(tài)下的受力性能，對鋼筋混凝土進行了二維非線性有限元分析，取得了豐碩的研究成果。采用該模型對鋼筋混凝土進行三維非線性有限元模擬尚不成熟，尤其是對于像鋼筋混凝土短柱(特別是高軸壓比的短柱)這樣的受力構(gòu)件在地震作用下的三維非線性有限元模擬研究較少，分析與試驗研究結(jié)果相比差距較大，尤其是在峰值后的反應(yīng)更是如此。隨著高層建筑的日益大型化，短柱類的構(gòu)件已經(jīng)無法避免，要保證這類構(gòu)件的抗震安全性，十分有

2、必要對鋼筋混凝土短柱的抗震性能進行深入研究，在利用已有試驗數(shù)據(jù)進行驗證的基礎(chǔ)上提出適合短柱的三維非線性有限元分析方法。
　　箍筋的約束作用對短柱的抗震性能(承載力、變形能力)影響較大，欲較準(zhǔn)確地模擬短柱的約束效應(yīng)需要合理地量化混凝土的側(cè)向膨脹(箍筋約束作用為被動約束)、混凝土在多軸受壓狀態(tài)下強度的增強以及變形能力的提高。圍繞該研究內(nèi)容，本文參考Vecchio、Selby、Montoya等學(xué)者的研究思路，在本團隊前期研究工作的基礎(chǔ)上

3、，建立了基于割線剛度、旋轉(zhuǎn)彌散裂縫模型的三維非線性有限元分析方法，使之能夠較好地模擬短柱的非線性性能，完成的主要工作如下：
　　1.以等效預(yù)應(yīng)變的形式考慮泊松效應(yīng)，提出了等效節(jié)點荷載的計算方法，并用該方法對混凝土的膨脹效應(yīng)進行了模擬。
　　2.建立了基于三維實體單元應(yīng)力狀態(tài)的Kupfer約束強度模型，用該模型來考慮鋼筋混凝土的約束效應(yīng)，并解決了引入約束強度模型后由于混凝土受壓骨架線動態(tài)變化引起混凝土材料剛度系數(shù)出現(xiàn)波動的數(shù)值

4、問題。
　　3.完善了混凝土滯回規(guī)則；引入Pinto等提出的鋼筋滯回模型，通過平移割線剛度計算起點來解決滯回分析中本構(gòu)線穿越應(yīng)變軸及應(yīng)力軸帶來的數(shù)值問題。
　　通過本文的研究工作，取得了如下研究成果：
　　1.基于本文提出的有限元分析算法，建立了能考慮膨脹效應(yīng)及約束效應(yīng)的鋼筋混凝土三維非線性有限元分析程序。
　　2.運用本文程序，對軸壓系列柱子及不同軸向荷載作用下的短柱在低周反復(fù)加載下的抗震性能進行了模擬分析(單