钢筋混凝土剪力墙开裂性能的计算模拟

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本文探讨钢筋混凝土剪力墙结构的有限元分析,着重解决开裂后性能的计算模拟,包括墙体弯曲、剪切和弯剪破坏下的开裂性能。 首先对常用的混凝土等效单轴应变模型,即DARWIN模型进行了修正。本文修正模型从插值角度出发确定当前等效单轴应变以及等效单轴塑性应变,通过转动材料主轴以及随主方向改变而改变的等效单轴塑性应变来反映应力所产生材料缺陷影响的方向性。由于分离裂缝应变,等效单轴塑性应变单调递增,类似于内时理论中的内时参量。 然后,针对反复加载下的开裂钢筋混凝土等效连续体(采用抹平裂缝模型和钢筋分布表达方式),通过裂缝应变表达裂缝变形(包括裂缝张开与闭合以及剪切滑移),区分断裂区钢筋应变和非断裂区钢筋应变,从结构特性的观点出发,基于平衡和变形协调条件建立裂缝应变、整体部分混凝土应变、断裂区与非断裂区钢筋应变等与等效连续体平均应变之间的变换关系,以及等效连续体平均应力应变关系(包括增量形式和全量形式),其中考虑了断裂区混凝土的拉伸软化、混凝土的骨料咬合作用、钢筋的暗销作用、以及钢筋与混凝土之间的局部粘结作用等,在无分布钢筋情形,本文模型可退化为DE BORST模型;在一维单调拉伸情形,本文模型可导出MASSICOTTE的拉伸硬化模型。本文虽然只考虑了抹平裂缝模型和钢筋分布表达方式,根据需要也可引入离散裂缝和离散钢筋单元,对开裂钢筋混凝土进行综合的计算模拟。 其次,基本DESCHAPELLES的八自由度平面应力杂交单元,通过内力插值和最小余能原理,本文进一步推广到一般二维受力情形和非线性分析,所建立的线性与非线性八自由度和十二自由度广义梁杂交单元具有未知量少、计算精度高等特点。 最后,采用分层计算模型对高层钢筋混凝土剪力墙结构进行非线性有限元分析,考虑了任意层大空间等复杂情形,框剪结构和筒体结构等可做为特殊的剪力墙结构来考虑。在求解方法方面,将KANOK-NUKULCHAI的弧长控制求解方法推广到反复加载情形,建立了相应的求解计算公式,荷载控制求解方法和位移控制求解方法均属于其特殊情形。 本文尚限于确定性分析,考虑材料的不均匀和荷载的随机性的非确定性分析还有待进一步的研究探讨。
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