钢筋混凝土宽肢异形截面柱有限元分析

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随着经济的发展,人们的住宅质量和水平都有了很大的改善,高度在十层到十五层的住宅广泛出现,这一高度被公认为是最适合大中等城市的住宅高度。小高层住宅的建筑高度有所提高,因而必须相应地增加建筑结构层侧移的刚度,只有这样才能满足侧移的要求,此外还需要增强建筑结构的抗震性。宽肢异形柱构件正是在这一需求下出现的,它通过增加钢筋混凝土异性柱柱肢的截面面积来达到增强结构刚度的目的,同时能够使建筑轴压比大大降低,宽肢异形柱的这一作用和功能已经被许多试验所证实。上海市已经建成了两栋小高层住宅开始进行试点,这两栋住宅都是使用宽肢异形柱建成的。钢筋混凝土异性结构柱已经在建筑中得到了广泛的应用,并成为我国学术研究的热点,而异形柱结构则是其重要研究领域之一。异形柱框架住宅体系研究已列入由国家科技部和住建部组织实施的国家重大科技产业工程。由此看出,异形框架柱结构体系越来越频繁的被应用于工程实践中。本论文的主要内容是:首先,针对钢筋混凝土宽肢异形柱构件,根据其材料以及构件的属性,确定了在ANSYS有限元软件中的本构关系模型,并确立了分析中的整体式的有限元模型。在有限元分析中,采用了SOLID3D加筋混凝土实体单元。基于试验的w-w五参数破坏准则,简要的分析了混凝土裂缝的形成原因及其处理方式。其次,在有关文献的基础上,考虑到受拉纵筋和周围混凝土的锚固滑移与混凝土应力-应变关系曲线的下降段,同时还考虑了箍筋加密区箍筋对混凝土约束的影响,并针对钢筋混凝土异形截面压弯柱(包括L形、T形、十字形截面)进行了非线性理论研究.除此之外,以此为例,了解了ANSYS有限元分析程序的分析计算的全过程。经过异形截面柱的有限元单元网格划分,通过ANSYS有限元软件程序计算得出轴压比、荷载角度等因素主要影响了异形截面柱构件的延性,而且提高配箍率,可以减小纵筋无支撑长度,延缓纵筋的压曲,导致了异形柱延性明显提高。除此之外,混凝土强度等级对异形柱延性也同样有比较明显的影响。最后,本文采用大型通用有限元程序ANSYS12.0,只针对十字形截面的钢筋混凝土宽肢异形柱构件进行了弹性有限元分析。通过比较几组十字形截面柱的计算结果,得出在弹性条件下,异形截面柱的变化规律:高宽比是影响宽肢异形柱受力和变形的主要因素;其变形包括两种,分别是弯剪和剪切;最主要的两种破坏形态就是弯剪和剪切。
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