矩形箍筋约束混凝土模型的改进探讨

论文摘要

结构非线性性能的研究一直是结构研究中的主要课题之一,而计算机模拟一直是研究结构性能的主要手段。在模拟分析中采用的材料模型的准确性和合理性是影响模拟效果的一个重要方面。目前提出的众多约束混凝土模型中主要的两个差别:曲线形状和曲线的特征点,模型的差异必将影响结构构件的承载力和延性。大多数人对模型的比较研究主要还停留在材料层次及各个模型对构件模拟对比分析,没有单独考虑组成模型几个特征的变化对构件模拟的影响。对影响模型特征点的参数的提出主要是通过实验和简单的力学推导,没通过有限元分析的一系列参数变化对模型特征点影响研究分析。为了深入研究模型差异对试件的承载力和延性的影响、箍筋对混凝土受力性能影响,本文主要完成以下工作:①本文讨论约束混凝土应力-应变曲线形状及曲线上不同特征点变化对构件承载力、延性等模拟结果程度。分析结果表明:约束混凝土模型的峰值应力和峰值应变的变化,对构件承载力和延性都较大影响;模型的极限应变的变化（反映出模型的下降斜率）对构件的承载力几乎无影响,延性影响较大。低配筋率高轴压比的构件中,模型的变化引起构件承载力延性变化相对高配筋率低轴压比的构件更大。②通过约束混凝土实体有限元分析,对箍筋约束混凝土机理进行了定性分析,找出影响约束混凝土性能的主要因素。从分析结果可以看出:影响约束混凝土模型差异的主要因素是:混凝土强度、体积配箍率、箍筋配筋方式和间距。③通过结合影响约束混凝土性能的因素的简单力学推导,提出一个影响约束混凝土性能的综合影响系数,收集必要的试验数据,用回归方法找出特征点与综合参数的关系,提出约束混凝土的应力-应变模型。④对提出的约束混凝土模型和已有的模试验数据进行了对比验证。由提出模型计算得到的峰值强度和应变相对其他模型有进一步的改善,提出应力-应变关系曲线与实验能取得较好的一致。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 约束混凝土应力-应变曲线
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 混凝土应力-应变曲线对构件模拟结果的影响分析
• 2.1 引言
• 2.2 钢筋混凝土矩形柱压弯性能试验模拟
• 2.2.1 试件概况
• 2.2.2 分析程序中材料本构参数
• 2.2.3 截面纤维划分
• 2.2.4 分析结果
• 2.3 箍筋约束作用对构件模拟的影响分析
• 2.3.1 分析构件概况
• 2.3.2 材料模型中参数的确定
• 2.4 骨架曲线形状对试件模拟结果的影响
• 2.4.1 骨架曲线上升段的影响
• 2.4.2 骨架曲线下降段的影响
• 2.5 骨架曲线特征点变化对试件模拟的影响
• 2.5.1 峰值应力f cc 变化的影响
• 2.5.2 峰值应变εcc 变化的影响
• 2.5.3 极限应变εcu 变化的影响
• 2.6 本章小结
• 3 箍筋约束混凝土轴心受压构件的非线性分析
• 3.1 有限元非线性分析的基本目的
• 3.2 轴心受压构件模型的建立
• 3.2.1 材料模型
• 3.2.2 有限元计算模型
• 3.3 轴压工作机理研究
• 3.3.1 破坏模态
• 3.3.2 轴压试件受力分析
• 3.3.3 混凝土界面应力场分析
• 3.3.4 钢筋受力分析
• 3.4 普通箍筋约束混凝土柱的轴心受压性能的参数分析
• 3.4.1 计算参数
• v 的影响'>3.4.2 配箍特征值λ_v的影响
• 3.4.3 箍筋间距的影响
• 3.4.4 箍筋约束形式的影响
• 3.5 本章小结
• 4 约束混凝土模型的提出和验证
• 4.1 试验数据收集
• 4.2 约束混凝土模型的提出
• 4.2.1 本文建议的应力—应变关系曲线
• 4.2.2 约束参数的评价
• 4.2.3 影响约束的综合参数定义
• 4.2.4 强度和应变的增强
• 4.2.5 下降段斜率
• 4.3 模型比较及试验对比
• 4.3.1 峰值强度和应变
• 4.3.2 应力-应变曲线
• 4.4 小结
• 5 结论和展望
• 5.1 本文取得的初步结果
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 峰值强度变化的对比分析
• B 峰值应变变化的对比分析
• C 极限应变变化的对比分析
• D 作者在攻读硕士学位期间发表的论文