鋼-鋼筋混凝土桿系結(jié)構(gòu)三維地震作用下彈塑性時(shí)程分析.pdf

1、近年來(lái)，隨著大量超限、復(fù)雜鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性靜力、動(dòng)力分析日益受到人們的重視。與彈性階段比較，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后，其內(nèi)力及變形過(guò)程都變得非常復(fù)雜。尋找合理有效的單元分析模型是解決鋼筋混凝土彈塑性受力性能的核心。鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成，混凝土和鋼筋本身的各種非線性特征，都不同程度在這種組合材料中反映出來(lái)。本文以中央電視臺(tái)這一實(shí)際工程為背景，從材料本構(gòu)模型、單元模型、動(dòng)力方程求解方法以

2、及罕遇地震下彈塑性時(shí)程分析等方面開(kāi)展了一系列的研究工作，主要內(nèi)容有： 一、混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究 利用非線性有限元分析程序ABAQUS，研究混凝土彈塑性損傷模型，并提出了適用于ABAQUS有限元程序的單軸受壓和單軸受拉混凝土本構(gòu)模型，混凝土卸載時(shí)剛度退化以及拉壓剛度恢復(fù)的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)ABAQUS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編制用戶材料子程序，使上述混凝土材料本構(gòu)模型在ABAQUS程序計(jì)算中得到應(yīng)用，為鋼筋混凝土材料單元在ABAQUS

3、中的應(yīng)用提供必要條件。 二、梁、柱單元模型研究 采用ABAQUS程序的截面纖維模型單元，以鋼筋和混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系直接反映構(gòu)件的恢復(fù)力特性，避免采用其它中間假定而導(dǎo)致計(jì)算誤差的放大?？蛇m用于任意截面的構(gòu)件，可描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段后承載力下降的現(xiàn)象，并能直接反映構(gòu)件軸力與彎矩的相互作用，比以往的恢復(fù)力模型具有更高的適用性和準(zhǔn)確性，計(jì)算過(guò)程穩(wěn)定、收斂性良好。 三、計(jì)算模型的試驗(yàn)驗(yàn)證 對(duì)本文采用的

4、截面纖維模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，選用已有的兩個(gè)較好的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?鋼筋混凝土懸臂柱在單向反復(fù)荷載及雙向反復(fù)荷載作用下的彈塑性受力性能試驗(yàn)；鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)在單調(diào)荷載及反復(fù)荷載作用下的彈塑性受力性能試驗(yàn))。分析表明，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)吻合較好。計(jì)算結(jié)果不僅能從宏觀反應(yīng)結(jié)構(gòu)的受力與變形，同時(shí)，還可以通過(guò)截面的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，從微觀上判斷構(gòu)件的受力狀態(tài)。 四、動(dòng)力時(shí)程分析方法的探討 文中對(duì)動(dòng)力時(shí)程分析中的顯式算法和隱式算法進(jìn)行了比較分

5、析，認(rèn)為在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析中應(yīng)首先選擇顯式算法，這種算法不需剛度求逆，不需平衡迭代，沒(méi)有收斂問(wèn)題。雖然計(jì)算步長(zhǎng)較小，但其每一步計(jì)算所需時(shí)間較少。因此，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)其總體計(jì)算時(shí)間反而較少。 五、CCTV結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析 本文對(duì)一實(shí)際結(jié)構(gòu)-中央電視臺(tái)在罕遇地震下的彈塑性性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。使用通用有限元軟件ABAQUS，材料模型采用混凝土彈塑性損傷模型以及鋼筋隨動(dòng)硬化模型。動(dòng)力積分方法采用顯式算法。計(jì)算表明，

6、中央電視臺(tái)結(jié)構(gòu)在分別經(jīng)歷了三條有代表性的天然地震波和人工地震波作用后，該結(jié)構(gòu)雖然有大量的構(gòu)件進(jìn)入塑性，但結(jié)構(gòu)本身并未倒塌，實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)；整個(gè)結(jié)構(gòu)在大震作用下通過(guò)部分構(gòu)件(主要是斜撐框架)的塑性變形，成功地耗散了大量的地震能量，使得結(jié)構(gòu)的多項(xiàng)性能均比相應(yīng)的彈性模型計(jì)算結(jié)果好。采用本文計(jì)算模型，能夠直接檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在大震作用下的安全，不僅能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析，找出結(jié)構(gòu)在大震下的薄弱層，同時(shí)還可以找出結(jié)構(gòu)的薄弱桿件。為今后工程計(jì)算