考虑裂缝开闭对钢筋混凝土滞回性能的影响

论文摘要

由于钢筋混凝土非线性性能的复杂性,对钢筋混凝土抗震性能的预测,尤其是变形的预测还不尽如人意。其中主要原因是对复杂受力状态下混凝土开裂后的模拟还不够准确。本文在现有的实验和研究成果基础上,建立了一个合理的考虑混凝土裂缝开闭的本构模型,并加入到FEAPpv(Finite Element Analysis Program Personal Version)中,形成了能够考虑复杂应力下裂缝开闭行为的一个模块,为本研究组一直以来进行的钢筋混凝土二维非线性有限元分析的研究,提供了可直接调用的裂缝开闭本构模型,使本研究组的有限元分析程序可进一步研究反复荷载作用下,裂缝开闭等各种因素对钢筋混凝土构件性能的影响程度。本文主要完成了以下工作:①本文在已有的实验和研究成果基础上,参考多伦多大学关于剪切板在反复荷载作用下的试验研究,以此为依据建立了混凝土裂缝在单调和反复荷载作用下的开闭模型;②本文以FEAPpv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编制了有限元程序,实现四结点钢筋混凝土等参单元在单元层次上的求解过程,得到单元刚度矩阵和单元结点恢复力列阵,采用FEAPpv源程序提供的位移控制法控制加载进行求解;③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。④采用改进后的FEAPpv程序对在单调加载和反复循环加载下大量的板和剪力墙的受力性能进行了模拟分析。通过本文完成的工作,取得了如下的研究成果:①利用已有的实验和研究成果,并参考多伦多大学关于剪切板在反复荷载作用下的试验研究,建立了一个合理的考虑裂缝开闭的本构模型,并成功加入到FEAPpv中,形成了能够考虑复杂应力下裂缝开闭行为的一个模块。②通过大量的剪切板及剪力墙在单调加载下和反复荷载下的分析对比,验证了程序的正确性、稳定性和有效性;③采用改进后的FEAPpv程序能较好地模拟出剪切板在单调或反复循环荷载作用下的承载力,能够较准确模拟出剪切板在反复循环荷载作用下的捏缩现象,能够对高宽(H/B)比为2.5的剪力墙的变形反应作出较准确的模拟。但是模拟的滞回曲线正向卸载段与反向卸载段均和试验曲线相差较大,模拟时采用直线加卸载规则可能是主要原因之一,而且选用的塑性应变公式对曲线的饱满程度同样有一定影响,故在下一步工作中有必要对混凝土滞回规则作进一步完善,可考虑与试验更为接近的弧线加卸载;

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究目的及内容
• 1.5 论文组织安排
• 2 理论基础
• 2.1 简述
• 2.2 混凝土裂缝模型
• 2.2.1 混凝土裂缝张开模型
• 2.2.2 混凝土裂缝闭合模型
• 2.2.3 反复荷载作用下混凝土裂缝形式及处理
• 2.3 混凝土的受压
• 2.4 混凝土反复荷载作用下的滞回规则
• 2.5 单元材料刚度矩阵
• 2.6 钢筋的本构模型
• 3 程序的实现
• 3.1 分析假定
• 3.2 基于FEAPpv 平台程序实现的各级框图
• 3.3 单元历史状态存储
• 3.4 非线性方程组的解法
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 位移控制法的基本思路
• 3.4.3 支座位移加载模式
• 3.4.4 收敛准则
• 4 分析与试验结果的验证
• 4.1 简述
• 4.2 剪切板分析
• 4.2.1 板试验数据
• 4.2.2 板有限元分析模型
• 4.2.3 横向配筋率对抗剪性能影响的分析对比
• 4.2.4 纵横向配筋率对抗剪性能影响的分析对比
• 4.2.5 加载条件对抗剪性能影响的分析对比
• 4.2.6 单调加载下剪切板试件的模拟
• 4.2.7 反复加载下剪切板试件的模拟
• 4.3 高宽比（H/B）为2.5 的PCA Wall B 系列剪力墙的模拟
• 4.4 高宽比（H/B）为2 的SW31～33 系列剪力墙的模拟
• 5 结论
• 5.1 取得的研究成果
• 5.2 后续研究工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录
• B 拉杆模型