钢筋混凝土等效材料的研究与应用-结构工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TU375 U.D.C: 624 Dissertation for the Master Degree of Engineering RESEARCH AND APPLICATION OF REINFORCED CONCRETE EQUIVALENT MATERIAL Candidate: Pan Zhipeng Supervisor: Prof. Teng Jun Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Structural Engineering Affiliation: Shenzhen Graduate School Date of Defence: June, 2008 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 - - I - 摘 要 钢筋混凝土材料是目前最主要的建筑材料，有限元方法对混凝土结构进 行研究，着重于能够更真实的描述结构的实际受力状态，为此，需建立能适 应特殊计算要求的单元和进行更精确的网格划分。但是，目前对复杂的、大 体积混凝土结构整体性质的描述，存在计算精度和计算效率的矛盾。由于钢 筋混凝土结构体积大、配筋复杂、有限元模型单元数目巨大，使得结构的计 算时间很长甚至不能完成，在对结构进行非线性分析时这种矛盾尤其突出。 本文利用复合材料细观力学的等效弹性模量方法，推导开裂前钢筋混凝土的 等效弹性模量；利用构件截面的弯矩-曲率曲线，推导开裂后构件截面的等 效材料应力-应变关系。 本文研究钢筋混凝土等效材料主要包括以下几方面： 1) 通过引入复合材料细观力学的桥联模型法，考虑钢筋混凝土构件开 裂前的等效性质。通过单向纤维增强复合材料的等效弹性模量表达式，建立 钢筋混凝土单、双向配筋构件等效弹性模量和配筋率的关系，利用参考文献 [7]中的试验数据建模分析，对得到的等效弹性模量进行验证。 2) 钢筋混凝土构件开裂后，复合材料细观力学的适用条件不再满足。 因此，本文利用层模型方法编制构件截面的弯矩-曲率曲线程序，利用此弯 矩-曲率曲线考察开裂状态下构件截面的刚度退化情况，进而推导出用于构 件全过程分析的等效材料应力-应变关系。利用 ABAQUS 软件建模对几种截 面类型的等效材料模型和分离式模型进行了全过程分析，验证此等效材料本 构关系的适用性。 3) 选取梧桐山立交高墩小半径曲线梁桥 E 匝道第五联为分析对象，利 用上述等效方法，计算预应力曲线梁的等效弹性模量和桥墩截面的等效材料 本构关系，建立该联的等效材料模型，与钢筋混凝土分离式模型分别进行正 常使用极限状态和承载能力极限状态的分析结果对比，验证等效材料的适用 性。 本文以实际工程为背景，通过复合材料细观力学和构件截面的弯矩-曲 率曲线关系两种方法获得钢筋混凝土结构的等效材料。应用此等效材料建立 模型可以大大减少单元数量、提高计算效率、分析精度也较好。 关键词 钢筋混凝土；等效材料；本构关系；细观力学；非线性 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - II - Abstract Reinforced concrete material is uppermost construction material. Now we emphasize on describing the stress estate of the structures actually in research to the concrete structures by using FEM. Therefore, we need to build the analysis elements which satisfy special analysis requirement and use more accurate grid meshing method. But we can not solve the contradiction between analysis precision and analysis efficiency when dealing with complex structure and big cubage concrete structure. Because of the cubage reinforced concrete is very big and the reinforced steel is complex, the amount of FEM element is very huge. The ca