基于弧长法的预应力框架结构非线性分析.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) ofSouth Journal China of V01．34No．7 第34卷第7期 University Technology Science 2006 2006年7月 (Natural Edition) July 基于弧长法的预应力框架结构非线性分析米 陈明政 黄 音 王正霖 白绍良 (重庆大学土木工程学院，重庆400030) 摘要：根据后张有粘结预应力混凝土框架结构的受力特点，编制了适用于预应力建立 和施加外荷栽两个阶段的静力杆件非线性有限元分析程序．该程序直接从材料的应力一 应变关系出发，考虑了混凝土的受拉硬化和受压软化，采用截面分层杆系有限元模型和弧 长法，在刚度矩阵中同时考虑了材料非线性和几何非线性．经与两榀预应力混凝土框架试 验结果校核，程序模拟精度较好，可用于后张有粘结预应力混凝土框架结构的计算与 分析． 关键词：弧长法；预应力框架结构；非线性分析；受力模型；外荷载；分层有限元模型 中图分类号：TU378 文献标识码：A 后张有粘结部分预应力混凝土框架在张拉阶段 值点的困难，能够在非线性迭代求解过程中自动调 和加载阶段受力性能完全不同．在张拉阶段，混凝土 节增量步长，跟踪各种复杂的非线性路径．它是目前 和预应力钢筋的变形相对独立，在对结构进行非线 结构非线性分析中数值计算较稳定、计算效率较高 性模拟分析时，可分开考虑预应力钢筋和混凝土，其 且较为可靠的迭代控制方法∞一j． 中，混凝土受到的荷载可认为是预应力钢筋对其作 本研究所用的非线性有限元程序采用截面分层 用的等效竖向荷载和预压力…；在加载阶段，预应 杆系有限元模型，将后张有粘结预应力混凝土框架 力钢筋和混凝土应作为一个整体通过共同变形来承 分成两个不同的受力阶段进行分析．每个单元各层 担外荷载．第一阶段和第二阶段联系的纽带是以第 混凝土处于单向应力一应变状态，截面变形前后均 一阶段末钢筋和混凝土的应变状态作为第二阶段的 服从平截面假定；在刚度矩阵中同时考虑了结构的 初应变旧J．在预应力混凝土非线性有限元分析中， 材料非线性和几何非线性，在非线性迭代中采用弧 对本构关系的处理有两种方法：一种是将截面的弯 长控制法．程序中忽略了构件剪切变形的影响；预应 矩一曲率(肛p)关系用于采用常规杆单元的非线性 力等效荷载根据扣除全部预应力损失后的有效预应 有限元方法∞J，它采用的杆单元模型或为分段变刚 力计算得出，因此不再考虑混凝土徐变、收缩和钢筋 度模型，或者为杆端集中塑性模型；另一种是截面分 松弛等与时间相关因素的影响；试验结果证明，所分 层杆系有限元法HJ，该方法直接从材料的应力一应 析的预应力混凝土框架的梁柱节点区基本不开 变关系出发，能较好地处理结构的加卸载情况，考虑 裂¨J，且节点处梁筋中预应力筋所占比重较大，因 问题更加仔细．弧长控制法属于后一种方法，它已广 此忽略了节点区剪切变形和钢筋与混凝土之问粘结 泛应用于杆系结构非线性分析之中．其优点在于克 滑移的影响． 服了传统的牛顿迭代法无法跨越结构加载路径上峰 1 受力分析及预应力等效荷载处理