钢筋混凝土结构弹塑性弥散裂缝本构关系建模与程序开发-桥梁与隧道工程专业论文.docxVIP

摘要摘 摘要 摘 要 本文针对大地震作用下钢筋混凝土结构的弹塑性响应分析问题，对可考虑裂缝影响的 钢筋混凝土材料本构模型进行了研究，并编制了计算机程序。所做工作主要有以下几个方 面： ， 钢筋混凝土材料的弹塑性本构模型的建模和改进／钢筋混凝土的本构模型主要继承了 岗村、前川等人提出的弥散裂缝模型，它包括：混凝主内钢筋的平均应力一平均应变本构 模型、混凝土开裂前的弹塑性本构模型和混凝土开裂后的弹塑性本构模型。混凝土开裂后 的本构关系是本文的研究重点，利用坐标转换，它又可以分解为：垂直于裂缝方向的混凝 土受拉模型、平行于裂缝方向的受压模型和沿裂缝方向的剪切模型。为了使所选用的模型 在不丧失足够的精度的条件下，同时在复杂的地震荷载路径下也具有良好的计算稳定性， 本文将前JI『模型作了一定的简化处理，钢筋采用了双线性模型，混凝土拉压滞回模型的卸 相应地也就无法得到，迭代只能采用常刚度方法，最后使位移逼进真实解，不平衡力满足 收敛条件的要求。常刚度迭代法虽然增加了迭代次数，但避免了每次迭代后对刚度矩阵的 修改，计算表明即使使用Pc机，总的非线性迭代计算时间还是可以接受的。采用四边形 等参单元和9点高斯积分保证单元的精度和适应性，在每个高斯点运用本文的非线性本构 模型，行可以得出等效的裂缝信息。某些情况下，为了保证计算的连续性和稳定性，在满 足足够计算精度的前提下，可适当放松收敛条件。r 程序开发以及结构算例分析I开发了有限元计算程序并对程序的各部分模型本身进行 了验证，计算结果与设想的模型吻合良好。进而分析了多个钢筋混凝土平板试件(Kupfer 试验)，单调加载时计算结果与试验结果吻合得良好：反复加载的作用下，x莉l Y方向对 称配筋的试件的计算结果与试验接近，说明了混凝土的拉压模型的合理性；而不对称试件 的计算结果与试验结果还有一定出入，表明混凝土的剪切模型由于仅考虑了当前裂缝的影 响，还难以精确模拟反复荷载下出现多向裂缝以及裂缝间的相互影响。利用本程序对单向 水平荷栽作用下的墙、柱构件进行了分析计算，分析结果与试验基本符合。最后对一双层 钢筋混凝土商架桥梁结构的试验模型进行分析计算，计算结果与试验结果及杆系非线性有 限元程序Canny的计算结果进行了比较，取得了较为一致的结果。但计算结果在对粱柱等 受弯构件的混凝土裂缝描述上，与试验结果还有较大的差异。y＼／’ 本文的研究内容为将来进一步开发成熟的设计分析用计算程序打下了基础。 关键词： 钢筋混凝土，裂缝，弹塑性，本构模型，非线性，有限元程序 ， 。 ～，L， L。 —————————■磊霖霈蓊震嚣覆●————————一r AbstractThis Abstract This Daper studied a constitutive model for reinforced concrete with cracks for realize elasto-plastic response analyses of RC structures under large earthquakes．A program for nonlinear analysis of RC structures is developed and its accuracy and reliability are verified The main contents ofthe paper can be described as following： Establishment and Improvement of Elasto—Plastic Constitutive Model for Reinforced Concrete The constitutive model of reinforced concrete inherits Okamura and Maekawa’s smeared cracks model，which includes：constitutive model for steel bars in concrete， elasto．plastic model for concrete before cracking and constitutive model for concrete after cracking The constitutive model for concrete after cracking can be decomposed into coupled normal compressive and tensile stress along and n