混凝土直接剪切试验的非线性有限元分析

论文摘要

钢筋混凝土非线性有限元法是对复杂钢筋混凝土结构进行应力分析的有效方法。混凝土开裂引起周围应力的突然变化和刚度降低是导致钢筋混凝土非线性的重要因素。与无腹筋梁剪切破坏类似,直接剪切试验试件的破坏也是在剪切面形成一条主要的贯穿裂缝,使得破坏前裂缝附近的位移场受到强烈扰动。为了考察弥散裂缝模型是否适合这类问题的分析,本文利用DIANA程序,分别采用三种不同的弥散裂缝模型,即全应变旋转裂缝模型、全应变固定裂缝模型和多方向固定裂缝模型,对最近在大连理工大学完成的未预裂试件直接剪切试验进行了分析。探讨了采用弥散裂缝模型分析这类由一条或少量主要裂缝而导致破坏问题的可行性,并比较了旋转裂缝模型、固定裂缝模型和多方向固定裂缝模型的计算效果,本文的研究为采用非线性数值分析方法研究混凝土剪力传递性能提供了新的途径。在验证了混凝土有限元模型分析结果的基础上,本文借助通用有限元分析软件DIANA,采用改进后的计算模型,研究了剪切面尺寸及配筋率对未预裂混凝土开裂面剪力传递性能的影响。通过30组有限元计算,分析了剪切面高度和剪切面宽度分别对钢筋混凝土试件和未配筋混凝土试件开裂面剪力传递性能的影响,研究表明剪切面高度是影响开裂面剪力传递性能的主要因素,剪切面宽度对开裂面极限剪应力的影响较小,适当提高构件剪切面的配筋率能够有效地提高混凝土剪切面的抗剪能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 钢筋混凝土开裂面剪力传递机理简介
• 1.2.1 骨料咬合作用试验研究的发展
• 1.2.2 销栓作用试验研究的发展
• 1.3 DIANA简介
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 混凝土开裂模型
• 2.1 分离式裂缝模型
• 2.2 弥散裂缝模型
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 固定裂缝模型
• 2.2.3 多方向固定裂缝模型
• 2.2.4 旋转裂缝模型
• 2.2.5 三种开裂模型的比较分析
• 2.3 本章小结
• 3 未开裂试件的非线性有限元分析
• 3.1 试验概况
• 3.1.1 试件概况
• 3.1.2 试验现象
• 3.2 非线性有限元分析模型
• 3.2.1 混凝土有限元模型
• 3.2.2 钢筋有限元模型
• 3.2.3 材料参数计算依据
• 3.3 有限元单元模型的选择
• 3.3.1 有限元法的基本迭代过程
• 3.3.2 单元类型、积分点设置
• 3.3.3 收敛准则的选择
• 3.3.4 本节小结
• 3.4 非线性有限元分析结果
• 3.4.1 单元及网格划分
• 3.4.2 开裂荷载及破坏荷载
• 3.4.3 裂缝分布
• 3.4.4 剪切滑移
• 3.5 本章小结
• 4 剪切面尺寸及配筋率对未预裂混凝土结构开裂面剪力传递性能的影响
• 4.1 分析模型的理想化
• 4.1.1 理想试件模型
• 4.1.2 有限元分析结果
• 4.2 剪切面尺寸对剪力传递性能的影响
• 4.2.1 剪切面高度的影响
• 4.2.2 剪切面宽度的影响
• 4.2.3 剪切面面积的影响
• 4.3 配筋率对剪力传递性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文的主要工作及结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢