本文關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)區(qū)非彈性變形的有限元模擬及規(guī)律分析

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【摘要】：大量鋼筋混凝土梁柱組合體試驗(yàn)表明節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形和貫穿節(jié)點(diǎn)梁縱筋滑移是不能忽略的,這兩種節(jié)點(diǎn)非彈性變形引起的梁端變形最為甚者能達(dá)到總變形的一半。梁柱節(jié)點(diǎn)在地震作用下受力復(fù)雜,其性能受到較多因素影響,是性能化設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵部位。較大的節(jié)點(diǎn)非彈性變形會(huì)造成組合體試件荷載-位移曲線較為嚴(yán)重的捏縮效應(yīng),降低耗能能力。本文首先選取部分具備完整試驗(yàn)數(shù)據(jù)的梁柱組合體試件作為分析對(duì)象,在ABAQUS中建立相應(yīng)的有限元模型。采用EMBEDED功能將鋼筋與混凝土完全約束而不考慮兩者之間的粘結(jié)滑移。對(duì)不考慮梁筋粘結(jié)滑移時(shí),單調(diào)加載和反復(fù)加載下有限元模型的非線性反應(yīng)進(jìn)行模擬。分析結(jié)果表明,單調(diào)加載下得到的梁端荷載-位移曲線承載能力誤差小,但加載剛度仍然偏大。反復(fù)加載下得到的荷載-位移曲線飽滿,基本沒有捏縮效應(yīng),與試驗(yàn)結(jié)果相比誤差較大。在前述有限元模型中,采用SPRING單元考慮鋼筋和混凝土之間粘結(jié)滑移的影響。重點(diǎn)分析了單調(diào)加載下粘結(jié)滑移本構(gòu)的確定方法,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)粘結(jié)滑移本構(gòu)模型進(jìn)行了改進(jìn)。分析結(jié)果表明,采用SPRING單元后,組合體試件的荷載-位移曲線加載剛度誤差較小,而承載能力基本沒有影響,并分析了采用此方法進(jìn)行反復(fù)加載得到的荷載-位移曲線效果及其原因,發(fā)現(xiàn)在ABAQUS中SPRING單元通常只適用于單調(diào)加載,反復(fù)加載下的粘結(jié)滑移模擬需要使用其他方法來實(shí)現(xiàn)。采用ABAQUS模擬梁柱組合體單調(diào)加載和反復(fù)加載,將得到的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)坐標(biāo)數(shù)列經(jīng)過轉(zhuǎn)換并與試驗(yàn)實(shí)測(cè)的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模擬結(jié)果的合理性。在此基礎(chǔ)上,采用單調(diào)加載模擬結(jié)果,結(jié)合數(shù)學(xué)原理對(duì)現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算模型進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其所存在的平行四邊形假定合理、對(duì)角線不轉(zhuǎn)動(dòng)假定誤差較大,對(duì)角線轉(zhuǎn)動(dòng)角度和剪切角相比是不容忽視的。并將其進(jìn)一步擴(kuò)展至反復(fù)加載模擬結(jié)果,也得到了相同的結(jié)論。對(duì)比結(jié)果也表明,依據(jù)有限元分析的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)直接測(cè)量得到的量測(cè)剪切角與采用現(xiàn)有兩種節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算方法得到的計(jì)算剪切角存在較大差別,但總剪切角相當(dāng)。本課題組碩士莫林輝在2013年提出了中間層中節(jié)點(diǎn)縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型,但其對(duì)數(shù)據(jù)的選取較簡(jiǎn)化,對(duì)試驗(yàn)參數(shù)的篩選也較為簡(jiǎn)略,得出的定參計(jì)算公式相互嵌套,較為復(fù)雜。在此基礎(chǔ)上,本文繼續(xù)補(bǔ)充搜集數(shù)據(jù),擴(kuò)大樣本容量,經(jīng)過計(jì)算得到了梁端縱筋應(yīng)力和縱筋滑移量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸和優(yōu)化,得到了本構(gòu)模型中各個(gè)特征點(diǎn)的改進(jìn)定參方法。選取部分梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn),采用改進(jìn)定參公式計(jì)算本構(gòu)模型并分析梁縱筋粘結(jié)滑移對(duì)梁柱組合體受力性能的影響,將其與試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果以及莫林輝模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了改進(jìn)定參公式的合理性和簡(jiǎn)潔性。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為:1對(duì)SPRING單元的粘結(jié)滑移本構(gòu)進(jìn)行了修正,建立了在單調(diào)加載下梁柱節(jié)點(diǎn)更適用的粘結(jié)滑移本構(gòu)。2基于ABAQUS模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算模型的對(duì)角線不轉(zhuǎn)動(dòng)假定存在較大誤差,梁端和柱端剪切角的計(jì)算誤差也較大。3針對(duì)已有的縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型骨架線的計(jì)算方法進(jìn)行了優(yōu)化,得到了該本構(gòu)模型各個(gè)特征點(diǎn)的改進(jìn)定參計(jì)算公式。
【關(guān)鍵詞】：鋼筋混凝土 梁柱節(jié)點(diǎn) 縱筋粘結(jié)滑移 節(jié)點(diǎn)剪切變形
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU375
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-15
• 主要符號(hào)15-16
• 1 緒論16-20
• 1.1 引言16
• 1.2 梁柱節(jié)點(diǎn)非彈性變形研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.1 試驗(yàn)研究16-17
• 1.2.2 數(shù)值模擬17-18
• 1.3 本文研究目的及內(nèi)容18-20
• 1.3.1 本文研究目的18-19
• 1.3.2 本文研究內(nèi)容19-20
• 2 基于ABAQUS的RC框架中間層中節(jié)點(diǎn)有限元模擬20-38
• 2.1 鋼筋混凝土有限元分析及軟件簡(jiǎn)介20
• 2.1.1 鋼筋混凝土非線性分析的特點(diǎn)和現(xiàn)狀20
• 2.1.2 ABAQUS簡(jiǎn)介20
• 2.2 ABAQUS中材料本構(gòu)模型的選擇20-24
• 2.2.1 ABAQUS中混凝土本構(gòu)模型的選擇20-23
• 2.2.2 ABAQUS中鋼筋本構(gòu)模型的選擇23-24
• 2.3 模擬試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)24-26
• 2.3.1 試件尺寸、配筋及材料強(qiáng)度24-25
• 2.3.2 邊界條件和加載制度25
• 2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果25-26
• 2.4 試件有限元模型的建立26-33
• 2.4.1 材料參數(shù)的選取26-30
• 2.4.2 單元類型的選取30-31
• 2.4.3 有限元模型的網(wǎng)格劃分31
• 2.4.4 邊界條件和加載制度模擬31-33
• 2.4.5 計(jì)算方法的選擇33
• 2.5 單調(diào)加載模擬結(jié)果分析33-35
• 2.5.1 單調(diào)加載下混凝土和鋼筋應(yīng)力33
• 2.5.2 單調(diào)加載下荷載-位移曲線33-35
• 2.6 反復(fù)加載模擬結(jié)果分析35-37
• 2.6.1 反復(fù)加載下梁柱組合體變形35-36
• 2.6.2 反復(fù)加載下荷載-位移曲線36-37
• 2.7 本章小節(jié)37-38
• 3 單調(diào)加載下考慮節(jié)點(diǎn)內(nèi)梁縱筋粘結(jié)滑移的模擬38-60
• 3.1 粘結(jié)滑移模擬方法38-40
• 3.2 粘結(jié)滑移本構(gòu)模型40-48
• 3.2.1 Eligehausen粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系41-43
• 3.2.2 滕智明粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系43-44
• 3.2.3 孫銘粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系44-46
• 3.2.4《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系46-48
• 3.3 模擬結(jié)果對(duì)比分析48-51
• 3.3.1 單調(diào)加載下混凝土和鋼筋應(yīng)力48-49
• 3.3.2 單調(diào)加載下荷載-位移曲線49-51
• 3.4 粘結(jié)滑移本構(gòu)模型的修正51-55
• 3.4.1 峰值粘結(jié)應(yīng)力的修正52-53
• 3.4.2 峰值滑移量的修正53-54
• 3.4.3 修正后的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系54-55
• 3.5 使用修正粘結(jié)滑移本構(gòu)模型的計(jì)算結(jié)果55-56
• 3.6 反復(fù)加載下的荷載-位移曲線56-58
• 3.7 本章小節(jié)58-60
• 4 中間層中節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算方法分析60-84
• 4.1 節(jié)點(diǎn)剪切變形的計(jì)算方法60-64
• 4.1.1 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形的測(cè)量方案60-61
• 4.1.2 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形的計(jì)算方案61-64
• 4.2 剪切計(jì)算模型的分析64-74
• 4.2.1 基于ABAQUS模擬結(jié)果計(jì)算節(jié)點(diǎn)剪切變形的方法64-66
• 4.2.2 用于剪切變形的計(jì)算數(shù)據(jù)合理性判定66-69
• 4.2.3 平行四邊形假定的分析69-71
• 4.2.4 對(duì)角線不轉(zhuǎn)動(dòng)假定的分析71-74
• 4.3 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角的計(jì)算74-80
• 4.3.1 ABAQUS模擬的量測(cè)剪切角74-76
• 4.3.2 ABAQUS模擬的計(jì)算剪切角76-80
• 4.4 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形方法討論80-81
• 4.4.1 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角計(jì)算討論80-81
• 4.4.2 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形測(cè)量討論81
• 4.5 本章小節(jié)81-84
• 5 中間層中節(jié)點(diǎn)縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型定參優(yōu)化84-110
• 5.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源及測(cè)量計(jì)算方案84-88
• 5.1.1 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源84
• 5.1.2 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中梁縱筋滑移測(cè)量方案84-87
• 5.1.3 梁縱筋滑移引起梁端撓度計(jì)算方案87-88
• 5.2 縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型88-96
• 5.2.1 縱筋應(yīng)力-滑移計(jì)算方法簡(jiǎn)介88-89
• 5.2.2 縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型簡(jiǎn)述89-91
• 5.2.3 縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型各特征點(diǎn)再定參91-96
• 5.3 縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型驗(yàn)證96-108
• 5.3.1 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)M計(jì)算有限元模型96
• 5.3.2 選擇用于模擬驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)96-98
• 5.3.3 模型參數(shù)以及加載方法98-100
• 5.3.4 改進(jìn)模擬結(jié)果及與試驗(yàn)結(jié)果、莫林輝模擬結(jié)果對(duì)比100-108
• 5.4 本章小節(jié)108-110
• 6 主要結(jié)論與展望110-114
• 6.1 主要研究內(nèi)容和結(jié)論110-111
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)111
• 6.3 展望111-114
• 致謝114-116
• 參考文獻(xiàn)116-120
• 附錄120-130
• A.ABAQUS中LX-3 SPRING2定義inp文件120
• B.ZSJ-3 循環(huán)加載對(duì)應(yīng)數(shù)值120-121
• C.剪切變形計(jì)算模型部分評(píng)估模擬計(jì)算結(jié)果121-123
• D.縱筋應(yīng)力-滑移參數(shù)定參Matlab程序123-124
• E.部分試件縱筋應(yīng)力-滑移骨架線改進(jìn)模擬、實(shí)測(cè)及莫林輝模擬結(jié)果對(duì)比124-125
• F.部分節(jié)點(diǎn)內(nèi)縱筋滑移量改進(jìn)模擬結(jié)果、實(shí)測(cè)及莫林輝模擬結(jié)果對(duì)比125-128
• G.部分節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)梁端剪力-梁端撓度改進(jìn)模擬結(jié)果、實(shí)測(cè)及莫林輝模擬結(jié)果對(duì)比128-130

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本文編號(hào)：517924