低周反复荷载作用下钢筋混凝土粘结滑移性能的有限元模拟

论文摘要

本文的研究是关于钢筋混凝粘结-滑移性能的有限元模拟,分析中假定这类构件可用平面应力场描述。采用不同的材料本构模型来模拟构件中的混凝土和纵钢,这两种材料之间的界面性能通过粘结-滑移模型来描述,粘结-滑移模型把混凝土和钢筋这两种材料模型联系起来,反应钢筋混凝土复合材料的性能。围绕上述内容本文开展的主要工作如下:①在已有研究基础上,选用基于等效单轴应变的增量式正交异性混凝土模型来模拟混凝土四结点等参元。混凝土的应力-应变关系采用考虑了受拉硬化的反复拉压加载滞回本构模型。②在纵筋布置处的混凝土单元之间增加结点,插入考虑了钢筋Baushinger效应的Seckin钢筋滞回本构来描述钢筋杆单元的应力-应变关系。③在上述两种模型的界面上插入自编的粘结-滑移模型来考虑它们之间的粘结-滑移作用。粘结-滑移单调模型直接采用了Eligehausen et al.（1982）的建议,滞回模型主要以滕智明的滞回规则为基础,参考Eligehausen et al.（1982）关于锚固钢筋在反复荷载作用下粘结-滑移滞回关系的试验结果,以此为依据修改了滕智明模型滞回路径中某些控制点的取值。④本文以FEAPpv（Finite Element Analysis Program Personal Version）这一有限元源程序为分析平台,在用户自定义的单元模块上,添加已有的钢筋混凝土单元,自编的钢筋杆单元,联结弹簧单元。在自定义材料模块上,添加上述三部分的本构模型。在FEAPpv中成功地实现了三部分的整合,采用源程序提供的支座位移控制加载进行求解。⑤运用此程序计算Viwathanatepa, Eligehausen等人的锚固钢筋试件,并与试验结果进行对比,验证不同加载制度下,采用本文的粘结-滑移模型,模拟锚固钢筋粘结-滑移性能的准确程度。研究粘结-滑移性能对不同锚固长钢筋受力性能的影响程度,以及不同钢筋直径和混凝土强度对粘结-滑移作用的影响。⑥分别采用不考虑粘结-滑移作用的整体式模型和考虑粘结-滑移作用的分离式模型,计算承受跨中集中荷载作用的钢筋混凝土简支梁的荷载-挠度曲线,并将其结果进行对比分析,研究粘结-滑移作用对适筋梁和超筋梁受力性能的影响程度。⑦从局部和整体两个层次上验证了程序分析结果的有效性,以及程序所采用模型的可靠性和确定参数的合理性。为本研究组一直以来进行的钢筋混凝土二维有限元分析的研究,提供了可直接调用的联结单元,以及低周反复荷载作用下的粘结-滑移滞回本构模型。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 粘结－滑移性能简介
• 1.2.1 粘结应力的来源及传递
• 1.2.2 粘结破坏模式
• 1.3 粘结－滑移有限元分析方法概述
• 1.3.1 粘结－滑移有限元分析历史
• 1.3.2 钢筋混凝土有限元分析模型
• 1.3.3 联结单元
• 1.3.4 粘结-滑移滞回模型
• 1.4 本文的研究
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 有限元分析的可行性
• 1.4.3 本文的研究目的
• 1.4.4 论文的组织安排
• 2 分析模型的确定
• 2.1 钢筋混凝土有限元分析模型
• 2.1.1 整体式模型
• 2.1.2 分离式模型
• 2.1.3 组合式模型
• 2.1.4 本文分析模型的选择
• 2.2 混凝土材料分析模型
• 2.2.1 混凝土的分析模型，破坏准则
• 2.2.2 混凝土的应力-应变关系
• 2.3 粘结－滑移的本构模型
• 2.3.1 Eligehausen 模型
• 2.3.2 滕智明模型
• 2.3.3 本文的模型
• 3 有限元程序的实现
• 3.1 采用自编程序的原因
• 3.2 程序实现平台——FEAPpv 简介
• 3.3 基于FEAPpv 平台程序实现的总流程
• 3.4 单元材料模块的添加
• 3.4.1 FEAPpv 单元接口介绍
• 3.4.2 自定义单元的添加
• 3.4.3 单元材料参数的设定
• 3.4.4 滞回本构历史变量的存储
• 3.5 非线性方程组的求解
• 4 程序分析结果的验证
• 4.1 简述
• 4.2 单调和反复加载下的锚固钢筋试件
• 4.2.1 Viwathanatepa,Popov and Bertero （1979）
• 4.2.2 Eligehausen,Popov and Bertero （1983）
• 4.2.3 Hawkins（1982）
• 4.2.4 付恒菁试验的模拟
• 4.2.5 小结
• 4.3 单调加载下的钢筋混凝土简支梁
• 4.3.1 Burns and Siess（1962）J-4
• 4.3.2 Bresler and Scordelis（1963）A-1
• 4.3.3 小结
• 5 结论
• 5.1 取得的研究成果
• 5.2 对后续研究工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 程序输入文件格式说明
• B. 考虑粘结滑移时总刚和恢复力的形成
• C. 作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录