高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模型及地震損傷描述.pdf

1、近年來高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，而已建高層結(jié)構(gòu)經(jīng)過強(qiáng)震檢驗(yàn)的為數(shù)較少，地震損傷機(jī)理仍不清晰。為描述高層結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下的損傷機(jī)理，本文分別從高層結(jié)構(gòu)地震損傷的材料損傷模型、構(gòu)件損傷模型及結(jié)構(gòu)整體地震損傷描述展開研究。
　　首先，本文在現(xiàn)有混凝土材料本構(gòu)模型工作基礎(chǔ)上，基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論，給出了混凝土塑性損傷本構(gòu)模型(Concrete Plastic Damage Model,CPDM)建立的基本步驟和損傷變量的選取原則，明確了

2、塑性Helmholtz自由能的確定方法，通過假定損傷變量與損傷能量釋放率服從Weibull分布，推導(dǎo)了混凝土塑性損傷本構(gòu)模型的基本公式，進(jìn)而給出了單軸受力情況下混凝土材料的損傷本構(gòu)方程、損傷演化方程、塑性變形計(jì)算公式。通過與混凝土單調(diào)和反復(fù)加載作用下的試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，初步驗(yàn)證了所提出的混凝土塑性損傷模型的有效性，結(jié)果表明該模型能夠較好地描述混凝土材料的損傷演化行為。
　　其次，為驗(yàn)證本文建立的混凝土材料模型在混凝土結(jié)構(gòu)地震損傷

3、分析的可靠性和可行性，選取了Koyna混凝土大壩地震損傷分析的經(jīng)典案例進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明本文建立的混凝土塑性損傷模型能夠較好地描述Koyna大壩的地震損傷演化過程。所定義的損傷變量能有效模擬混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用中的損傷累積情況、記錄其累積損傷歷程，從而較為真實(shí)地反映出混凝土結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下的損傷破壞機(jī)理。
　　再次，本文研究了鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件的地震損傷非線性分析模型和方法。通過在ABAQUS/Explicit平臺(tái)上利用VU

4、EL用戶子程序開發(fā)了通用空間梁柱單元模型；結(jié)合本文所提出的混凝土材料損傷模型，對(duì)單元模型應(yīng)用截面纖維方法，建立了鋼筋混凝土構(gòu)件的纖維損傷分析模型(Fiber Damage Analysis Model,FDAM)，并定義了描述構(gòu)件損傷的受壓、受拉損傷指數(shù)。通過纖維損傷分析模型，可以得到鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載作用下的非線性材料損傷行為，實(shí)現(xiàn)宏觀構(gòu)件在材料層次上的損傷分析。文中通過與實(shí)體模型數(shù)值分析對(duì)比，初步驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。
　　

5、最后，基于本文建立的混凝土塑性損傷本構(gòu)模型，在ABAQUS/Explicit動(dòng)力分析平臺(tái)上，采用組合式模型建立了高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，并和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。計(jì)算模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力特性對(duì)比表明，計(jì)算模型較好的反映了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力特性，計(jì)算分析所得結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；試驗(yàn)結(jié)果表明，僅僅從結(jié)構(gòu)的層間位移角指標(biāo)來判斷結(jié)構(gòu)大震性能，明確結(jié)構(gòu)的薄弱部位、評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的大震性態(tài)是不充分的；通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于