【摘 要】
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对于大型的土木结构而言,荷载是作用在整个结构上的,但关键节点、复杂的多杆交汇处等的情况往往比较复杂。仅用单一的梁单元势必会因为过度的简化忽略很多实际的情况;但全部利用实体模型,又需要进行大量的计算,对计算机的硬件设备要求较高,且运行时间较长。应对此类情况,本文中拟研究钢筋混凝土中钢筋与缺陷等效的方法,建立新型含损伤的等效钢筋混凝土梁单元;基于建立的新型含损伤梁单元,建立格构模型,描述模拟构件的力学
【基金项目】
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江苏省青年科学基金项目(7705000100);
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对于大型的土木结构而言,荷载是作用在整个结构上的,但关键节点、复杂的多杆交汇处等的情况往往比较复杂。仅用单一的梁单元势必会因为过度的简化忽略很多实际的情况;但全部利用实体模型,又需要进行大量的计算,对计算机的硬件设备要求较高,且运行时间较长。应对此类情况,本文中拟研究钢筋混凝土中钢筋与缺陷等效的方法,建立新型含损伤的等效钢筋混凝土梁单元;基于建立的新型含损伤梁单元,建立格构模型,描述模拟构件的力学状态;在此基础之上,建立自适应格构模拟方法,用以高效的模拟钢筋混凝土构件和结构在地震作用下的损伤演化过程。本文所取得的主要研究工作如下:(1)发展基于混凝土损伤模型的新型构件单元,并以此类单元建立结构或构件的格构模型。通过建立钢筋混凝土构件单元的等效截面,减少对构件中材料、缺陷的非均匀化的描述,简化模拟过程。同时运用格构的模拟方法,完成对荷载作用下的构件不同位置处损伤发展不均匀的描述。所发展的该方法可以用于钢筋混凝土结构或构件在地震作用下的损伤演化模拟分析,并且基于格构模型的精细化程度,完成对计算结果精度的提升。通过对一钢筋混凝土柱构件的模拟分析,获取该构件在一循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及损伤演化过程。并且通过获得模拟结果与实验结果对比分析,验证了该方法的有效性。(2)发展模拟钢筋混凝土构件的自适应格构模拟方法。所发展的该方法基于发展的新型含损伤梁单元,建立单一尺寸的格构模型,并在模拟过程中逐步演化发展成为非单一尺寸梁单元的格构模型。通过自适应的方法,针对构件不同区域的损伤程度,自适应密集梁单元描述其力学状态。与单一尺寸格构模型相比,所发展的自适应格构模拟方法,初始模型需要的单元数目更少,降低了建模的工作量,并且在随着损伤发展的过程中,自适应的加密损伤较大区域的梁单元数量,自动的提高了计算精度,并且计算效率仍然较高。该方法为预测钢筋混凝土结构在地震作用中的损伤分布提供了均较为高效的数值研究手段。(3)发展了模拟钢筋混凝土结构的自适应格构模拟方法。钢筋混拟土结构在地震作用下的损伤情况更为复杂,基于构件的自适应格构模拟方法,本文中发展了针对结构的自适应格构模拟方法,与构件层次的模拟方法相比,结构层次的模拟继续向更加精确的描述靠近,这体现在自适应的梁单元尺寸发展出3个尺寸的梁单元,而不是只与模拟构件时只发展的2个尺寸的梁单元。这是因为钢筋混凝土框架结构的尺寸相对于构件来说,尺寸差异较大,更加需要密集的单元去描述结构局部的力学状态。通过自适应的格构模拟方法,不仅减少了建立初始模型的工作量,也可以完成对结构局部力学状态的精细化描述。
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