本文選題：鋼筋混凝土　切入點(diǎn)：三維非線性有限元　出處：《重慶大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在受力時表現(xiàn)出了復(fù)雜的非線性性能，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，有限元法作為強(qiáng)大的數(shù)值模擬手段被各國學(xué)者廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土的非線性分析中，以期能夠比較好地模擬鋼筋混凝土的受力非線性特性。 本文以本研究組前期二維非線性有限元分析為基礎(chǔ)，參考了多倫多大學(xué)Vecchio研究團(tuán)隊(duì)的分析思路，建立了采用割線剛度迭代法基于修正斜壓場理論的鋼筋混凝土三維非線性有限元分析算法。主要完成了如下幾方面工作： ①建立了適合于修正斜壓場理論的三維單元模型。修正斜壓場理論認(rèn)為開裂的鋼筋混凝土是一種正交各向異性的裂縫均勻分布的連續(xù)固體介質(zhì)，通過試驗(yàn)可以量測到該“新材料”的平均應(yīng)力和平均應(yīng)變之間的關(guān)系。采用修正斜壓場理論進(jìn)行三維有限元分析時，就需要采用與之相適應(yīng)的單元模型，用修正斜壓場理論描述單元平均應(yīng)力與平均應(yīng)變之間的關(guān)系。 ②完善了三維位移加載控制計(jì)算方法。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)一樣，在加載控制方式上有力加載和位移加載兩種。通過力加載模式，可以得到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力變形關(guān)系的“上升段”曲線。而通過位移加載模式卻可以得到結(jié)構(gòu)力變形關(guān)系的全過程曲線。因此，采用位移加載可以對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力后期性能進(jìn)行深入研究。 ③提出了解決割線剛度迭代數(shù)值問題的計(jì)算起點(diǎn)平移算法。本文的非線性有限元分析采用的是割線剛度迭代法，鑒于鋼筋混凝土本構(gòu)模型的復(fù)雜性，在進(jìn)行三維有限元分析時，不可避免地會遇到割線剛度異常產(chǎn)生的數(shù)值問題，只有解決這些數(shù)值問題，才能得到合理的分析結(jié)果。 ④解決了三維滯回分析歷史變量繼承問題。在進(jìn)行鋼筋混凝土三維滯回分析時，需要采用鋼筋混凝土的滯回本構(gòu)模型。滯回模型中需要存儲大量的歷史變量，，對于三個方向的三套歷史變量，就存在著歷史變量的繼承問題。在鋼筋混凝土三維滯回有限元分析時，該問題直接影響著分析結(jié)果的穩(wěn)定性和正確性。 通過本文的研究工作，主要取得了如下成果： ①基于本文提出的有限元分析算法和單元模型，編制了鋼筋混凝土非線性有限元程序。 ②運(yùn)用本文的程序?qū)澟そM合受力的梁、剪切板和帶翼緣的剪力墻進(jìn)行了單調(diào)和滯回分析，取得了良好的模擬效果，同時驗(yàn)證了本文程序的有效性。
[Abstract]:Reinforced concrete structures exhibit complex nonlinear performance when subjected to force. With the continuous improvement of computer performance, finite element method is widely used in nonlinear analysis of reinforced concrete as a powerful means of numerical simulation.It is expected that the nonlinear behavior of reinforced concrete can be well simulated.In this paper, based on the two-dimensional nonlinear finite element analysis of our research group, we refer to the analysis ideas of the Vecchio research team of the University of Toronto.Based on the modified baroclinic field theory, a 3D nonlinear finite element analysis algorithm for reinforced concrete is established using the Secant stiffness iteration method.The main achievements are as follows:1. A three-dimensional element model suitable for modified baroclinic field theory is established.The modified baroclinic theory holds that the cracked reinforced concrete is a kind of orthotropic continuous solid medium with uniform distribution of cracks. The relationship between the average stress and the average strain of the "new material" can be measured by experiments.When the modified baroclinic theory is used for 3D finite element analysis, it is necessary to use the element model to describe the relationship between the average stress and the average strain of the element by using the modified baroclinic field theory.2. The calculation method of three-dimensional displacement loading control is perfected.The nonlinear finite element analysis of reinforced concrete structures is similar to the structural tests in that there are two kinds of load control modes: force loading and displacement loading.The "rising section" curve of the relationship between force and deformation of reinforced concrete structures can be obtained by force loading mode.By displacement loading mode, the whole process curve of structural force and deformation relationship can be obtained.Therefore, displacement loading can be used to study the behavior of reinforced concrete structures.3. The starting point translation algorithm is proposed to solve the iterative numerical problem of Secant stiffness.The nonlinear finite element analysis in this paper is based on the iterative method of Secant stiffness. In view of the complexity of the constitutive model of reinforced concrete, it is inevitable to encounter numerical problems caused by abnormal Secant stiffness in 3D finite element analysis.Only by solving these numerical problems can reasonable analysis results be obtained.4. The problem of inheritance of historical variables in 3D hysteretic analysis is solved.In the three-dimensional hysteretic analysis of reinforced concrete, the hysteretic constitutive model of reinforced concrete should be adopted.A large number of historical variables need to be stored in the hysteretic model. For the three sets of historical variables in three directions, there exists the problem of inheritance of historical variables.In three dimensional hysteretic finite element analysis of reinforced concrete, this problem directly affects the stability and correctness of the analysis results.Through the research work of this paper, the main achievements are as follows:1. Based on the finite element analysis algorithm and element model presented in this paper, a nonlinear finite element program for reinforced concrete is developed.2 the monotone and hysteretic analysis of beam, shear plate and shear wall with flange are carried out by using the program in this paper, and good simulation results are obtained, and the validity of the program is verified.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU375

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1713203