型钢混凝土组合结构的精细化建模理论及方法研究

论文摘要

型钢混凝土组合结构是钢-混凝土组合结构的重要形式之一,因其承载力高、刚度大、延性好,可以有效地减小构件截面尺寸,主要应用于SRC框架-SR核心筒等高层、超高层民用建筑的承重结构体系。型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证型钢混凝土构件中型钢与混凝土协同工作的基础,型钢、钢筋和混凝土三种材料协同工作,以抵抗各种外部作用效应,才能够充分发挥型钢混凝土组合结构的优点。型钢与混凝土之间的粘结作用直接影响着型钢混凝土结构和构件的受力性能、破坏形态、计算假定、构件承载能力、裂缝和变形计算理论和分析方法。本文立足于杆系梁柱单元的当前成果,基于有限元柔度法和纤维模型法的基本思想,通过双平截面假定,合理地在截面层次考虑粘结滑移效应,进而提出了一种适用于分析型钢混凝土梁柱构件的纤维梁柱单元。根据型钢混凝土梁微段自由体的受力特点,建立了考虑界面粘结滑移的单元控制微分方程和变形协调方程。根据最小余能原理,推导了单元柔度矩阵,研究了确定单元状态的方法。最后,在Opensees软件非线性梁柱单元的基础上,依据本文思路进行了程序化方法的探索,通过对比框架柱试件的模拟结果与试验结果,对本文所提单元的适用性和准确性进行了验证,对单元的不足之处进行了剖析,为后续整体结构的建模分析奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 有限单元法的发展简介
• 1.2 杆系的研究现状
• 1.2.1 集中塑性模型
• 1.2.2 分布塑性模型
• 1.3 有限元中关于界面粘结滑移效应的分析方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 柔度法及纤维模型法的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 基于有限元柔度法的梁柱单元理论推导简述
• 2.3 纤维模型法的基本原理及其应用拓展
• 2.3.1 纤维模型的基本假定及其延伸
• 2.3.2 纤维模型法的数理表达
• 2.4 单元截面的本构关系
• 2.4.1 约束混凝土本构关系
• 2.4.2 型钢、钢筋的材料本构关系
• 2.4.3 粘结滑移本构关系
• 2.5 本章小结
• 3 考虑粘结滑移效应的型钢混凝土纤维梁柱单元的理论推导
• 3.1 引言
• 3.2 考虑粘结滑移的单元控制方程
• 3.2.1 平衡方程
• 3.2.2 变形协调方程
• 3.2.3 广义截面力与变形的关系
• 3.2.4 柔度矩阵的推导
• 3.3 单元状态的确定
• 3.4 本章小结
• 4 考虑粘结滑移效应的型钢混凝土纤维梁柱单元的编程方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 面向对象程序设计
• 4.3 程序二次开发的平台
• 4.3.1 Opensees 软件简介
• 4.3.2 Opensees 软件的二次开发
• 4.4 本章小结
• 5 模拟分析与试验结果的对比
• 5.1 引言
• 5.2 模拟分析与试验结果的对比
• 5.2.1 试验简述
• 5.2.2 数值模型
• 5.2.3 结果对比与误差分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本论文的主要成果和结论
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目