超高强混凝土柱力学性能非线性有限元分析

论文摘要

随着建筑结构不断向高层结构发展,超高强混凝土得到了日益广泛的应用。超高强混凝土所具有的更高的强度和更好的耐久性正是其表现出越来越显著的优异性能。而非线性有限元仿真模拟技术的发展,并应用于钢筋混凝土结构构件分析中,正是钢筋混凝土有限元分析技术的重大进步。它使得人们可以用计算机模拟钢筋混凝土结构的破坏全过程,钢筋及混凝土材料的应力应变状态以及钢筋和混凝土之间的交互作用,通过计算人们对钢筋混凝土结构的性状有了更为全面和深入的掌握。本文首先从钢筋混凝土材料的弹塑性本构关系着手,详细讨论了混凝土的破坏准则、破坏曲面以及各种破坏模型。然后本文基于大型有限元软件ANSYS,就钢筋混凝土结构在非线性分析中应用的组合方式及出现的各种单元作了具体分析讨论。基于超高强混凝土柱低周反复荷载试验的结果,本文利用大型有限元分析软件ANSYS,建立了不同剪跨比,不同配箍率的超高强混凝土柱的计算模型,并对其进行了在不同轴压比条件下低周反复荷载全过程非线性有限元分析,得到了混凝土柱的滞回曲线,骨架曲线。将滞回曲线与骨架曲线计算结果与试验结果进行对比,发现吻合较好,通过对得到的数据结果进行拟合分析,能够更清楚的验证试验中得到的构件耗能参数与轴压比及配箍率的变化关系,很好的反映了超高强混凝土柱在地震荷载作用下的抗震性能规律。然后本文通过有限元的分析结果进行了进一步补充和深入分析,对前人已提出补充规范的超高强混凝土柱斜截面抗剪承载力公式提出了改进公式,经计算发现,改进公式具有更好的精确性和更小的离散性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 超高强混凝土发展及应用现状
• 1.2 超高强混凝土框架柱和短柱的抗震性能研究现状
• 1.2.1 高强混凝土框架柱
• 1.2.2 高强混凝土短柱
• 1.3 钢筋混凝土有限元分析概述
• 1.3.1 有限单元法简介
• 1.3.2 钢筋混凝土有限元分析的意义
• 1.3.3 钢筋混凝土有限元分析的现状
• 1.3.4 有限元分析软件ANSYS
• 1.4 本文选题意义及主要工作
• 1.4.1 本文选题意义
• 1.4.2 文主要研究工作
• 2 钢筋与高强混凝土材料的本构关系与破坏准则
• 2.1 混凝土破坏准则
• 2.2 钢筋混凝土材料本构关系
• 2.2.1 混凝土材料本构关系
• 2.2.2 钢筋的本构关系
• 2.2.3 本文所采用的材料本构关系模型
• 2.3 本章小结
• 3 钢筋混凝土结构非线性有限元分析模型理论
• 3.1 钢筋混凝土结构有限元分析组合方式
• 3.2 混凝土单元-SOLID65
• 3.2.1 假设和约束条件
• 3.2.2 SOLID65单元特性
• 3.2.3 SOLID65单元的破坏准则
• 3.3 钢筋单元-Link8
• 3.4 本章小结
• 4 超高强钢筋混凝土柱力学性能有限元计算分析
• 4.1 有限元计算模型的建立及网格生成
• 4.1.1 钢筋混凝土柱有限元计算分析的试件详细参数
• 4.1.2 选取单元类型
• 4.1.3 设置实常数
• 4.1.4 定义材料属性
• 4.1.5 有限元建模及生成网格
• 4.2 有限元模型加载，求解计算
• 4.2.1 定义荷载及边界条件
• 4.2.2 求解计算
• 4.2.3 后处理
• 4.3 超高强钢筋混凝土柱抗震性能有限元计算分析
• 4.3.1 有限元模拟计算得到滞回曲线结果
• 4.3.2 抗震性能有限元计算分析
• 4.3.3 骨架曲线有限元计算分析
• 4.3.4 耗能性能与轴压比或配箍率回归分析
• 4.4 超高强钢筋混凝土柱抗剪承载力研究
• 4.4.1 抗剪能力理论分析
• 4.4.2 本次有限元计算分析与提出公式
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究前景与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢