短肢剪力墙结构受力特性的非线性分析.doc

短肢剪力墙结构受力特性的非线性分析 XXXX （11级防灾 学号：XXXXX） 摘 要：以短肢剪力墙为研究对象，阐述混凝土非线性分析的一些研究成果，以及混泥土非线性的一些本构关系模型。着重介绍了基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型。本文主要介绍一下短肢剪力墙结构受力特性的非线性分析。并简述短肢剪力墙非线性有限元分析模型,并从不同角度分析研究了结构非线性演化行为。 关键词：短肢剪力墙；受力特性；本构关系；非线性分析 0 引言 由于短肢剪力墙结构充分发挥了钢筋和混凝土材料的力学性能,因而成为当前工程领域内具有较好的延性和耗能能力的结构型式之一。其结构实质是利用连梁屈服先于墙肢屈服以及连梁屈服后的内力重分布效应。近年来,与短肢剪力墙结构相关的力学行为数值模拟研究获得了较大发展。 综合各类研究成果可以发现,当前有关短肢剪力墙结构的理论研究仍然局限于经典意义上的弹塑性分析阶段,数量众多的试验模拟往往局限于简单地归纳总结设计参数与模型反应之间的现象联系。尽管分析时采用的有限元模型不断趋于精细化,但迄今为止仍然难以合理地预测钢筋混凝土短肢剪力墙结构的力学性态,究其原因,在于忽略了混凝土材料的随机损伤性质及其演化过程对于结构非线性反应的影响。事实上,2个具有相同荷载位移曲线的同类构件,其内部材料的损伤状态可能完全迥异。 结合一类新型钢筋混凝土双连梁短肢剪力墙结构的试验结果,将混凝土弹塑性损伤本构关系引入到短肢剪力墙结构的数值模拟之中,从而建立一套从本构到结构的非线性分析模式。. 短肢剪力墙结构的模拟地震振动台试验表明[1-2] ,部分短肢剪力墙结构具有良好的抗震性能。黄东升[ 3 ]等进行了对称双肢短肢剪力墙的低周反复荷载试验,试验表明这种结构具有较好的延性和耗能能力。曹万林[ 4 ]等提出了带暗支撑短肢剪力墙,抗震能力显著提高,但同时用钢量也明显增加。 在理论研究方面,黄东升[5 ]等采用带刚域的弹塑性杆单元模拟短肢剪力墙的连梁,分析了肢强系数、整体性系数、翼缘宽度和连梁配筋率对结构的影响, 肢强系数和整体性系数是界定短肢剪力墙的重要参数。蔡全智[6]等采用ANSYS软件自带的非线性程序对单层短肢剪力墙进行了分析,但分析结果没有能给出结构荷载-位移曲线的下降段反应,非线性分析方面还不是很完善。 本文主要介绍一下短肢剪力墙结构受力特性的非线性分析。利用同济大学李杰教授近年发展起来的混凝土弹塑性损伤本构关系,介绍短肢剪力墙非线性有限元分析模型,并从不同角度分析研究了结构非线性演化行为。 1混凝土非线性本构模型 大量的试验观察与理论研究表明,混凝土的非线性变形主要来源于两种基本的物理机制:微裂缝(微缺陷)的扩展和水泥浆体的塑性滑移。混凝土材料具有以下典型非线性特性:(1)单边效应:受拉和受压应力作用下材料强度和变形特性明显不同;荷载反向后受拉裂缝闭合导致材料刚度全部或部分恢复；(2)峰值应力后存在明显的刚度退化和强度软化；(3)双轴受压应力状态时材料强度和延性明显增大，双轴拉压应力下受压强度降低 (即所谓的拉压软化效应)；(4)超过一定阀值后, 完全卸载后存在不可恢复变形等。在有关文献中虽然给出了混凝土在反复荷载下各区段的理论应力-应变曲线，但这些曲线要想被真正用于计算模型则非常难以实现。因为，在反复荷载下混凝土的应力应变曲线忽上忽下，跨越各个应力、应变区段，在计算过程中要对二次或二次以上的应力应变曲线进行追踪几乎无法进行。由于这个原因，许多已有的分析模型采用了分段直线来描述反复荷载作用下混凝土的应力-应变曲线，其分析结果同样可以很好的与试验吻合。目前所采用的钢筋混凝土有限元本构模型大致可为以下几类：（1）以弹性理论为基础的线弹性和非线性弹性的本构关系；（2）以经典塑性理论为基础的理想弹塑性和弹塑性强化本构模型；（3）采用断裂理论和塑性理论结合的苏醒断裂理论，并考虑用应变空间建立的本构模型；（4）粘性材料的本构关系发展起来的内时理论描述的本构模型；（5）损伤理论和弹塑性损伤断裂混合建立的本构模型。下面介绍一下目前一些基本的本构模型。 1.1 理想模型 图 1 混凝土反复加载应力-应变理想曲线 1.1.1 压应变区域应力-应变骨架曲线 当，采用Saenz公式 (1) (2) 式中 ——原点切线弹性模量； ——相应于最大压应力的割线模量； ——相应于最大压应力的单向受力应变； 当 (3) (4) 当 (5) (6) 1.1.2 拉应变区域骨架曲线 根据试验曲线建立混凝土开裂后等效平均应力应变曲线关系模型： (7) (8) 一