本文關鍵詞：節(jié)點區(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表明節(jié)點核心區(qū)剪切變形和貫穿節(jié)點梁縱筋滑移是不能忽略的,這兩種節(jié)點非彈性變形引起的梁端變形最為甚者能達到總變形的一半。梁柱節(jié)點在地震作用下受力復雜,其性能受到較多因素影響,是性能化設計中的一個關鍵部位。較大的節(jié)點非彈性變形會造成組合體試件荷載-位移曲線較為嚴重的捏縮效應,降低耗能能力。本文首先選取部分具備完整試驗數(shù)據的梁柱組合體試件作為分析對象,在ABAQUS中建立相應的有限元模型。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滑移。對不考慮梁筋粘結滑移時,單調加載和反復加載下有限元模型的非線性反應進行模擬。分析結果表明,單調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。反復加載下得到的荷載-位移曲線飽滿,基本沒有捏縮效應,與試驗結果相比誤差較大。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滑移的影響。重點分析了單調加載下粘結滑移本構的確定方法,根據試驗結果對粘結滑移本構模型進行了改進。分析結果表明,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行反復加載得到的荷載-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加載,反復加載下的粘結滑移模擬需要使用其他方法來實現(xiàn)。采用ABAQUS模擬梁柱組合體單調加載和反復加載,將得到的節(jié)點核心區(qū)坐標數(shù)列經過轉換并與試驗實測的相應數(shù)據進行對比,驗證了模擬結果的合理性。在此基礎上,采用單調加載模擬結果,結合數(shù)學原理對現(xiàn)有的節(jié)點剪切變形計算模型進行評估,結果發(fā)現(xiàn)其所存在的平行四邊形假定合理、對角線不轉動假定誤差較大,對角線轉動角度和剪切角相比是不容忽視的。并將其進一步擴展至反復加載模擬結果,也得到了相同的結論。對比結果也表明,依據有限元分析的節(jié)點坐標數(shù)據直接測量得到的量測剪切角與采用現(xiàn)有兩種節(jié)點剪切變形計算方法得到的計算剪切角存在較大差別,但總剪切角相當。本課題組碩士莫林輝在2013年提出了中間層中節(jié)點縱筋應力-滑移本構模型,但其對數(shù)據的選取較簡化,對試驗參數(shù)的篩選也較為簡略,得出的定參計算公式相互嵌套,較為復雜。在此基礎上,本文繼續(xù)補充搜集數(shù)據,擴大樣本容量,經過計算得到了梁端縱筋應力和縱筋滑移量的對應關系。采用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計回歸和優(yōu)化,得到了本構模型中各個特征點的改進定參方法。選取部分梁柱節(jié)點試驗,采用改進定參公式計算本構模型并分析梁縱筋粘結滑移對梁柱組合體受力性能的影響,將其與試驗實測結果以及莫林輝模擬結果進行對比,驗證了改進定參公式的合理性和簡潔性。本文的主要創(chuàng)新點為:1對SPRING單元的粘結滑移本構進行了修正,建立了在單調加載下梁柱節(jié)點更適用的粘結滑移本構。2基于ABAQUS模擬結果,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有節(jié)點剪切變形計算模型的對角線不轉動假定存在較大誤差,梁端和柱端剪切角的計算誤差也較大。3針對已有的縱筋應力-滑移本構模型骨架線的計算方法進行了優(yōu)化,得到了該本構模型各個特征點的改進定參計算公式。
【關鍵詞】：鋼筋混凝土 梁柱節(jié)點 縱筋粘結滑移 節(jié)點剪切變形
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU375
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-15
• 主要符號15-16
• 1 緒論16-20
• 1.1 引言16
• 1.2 梁柱節(jié)點非彈性變形研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.1 試驗研究16-17
• 1.2.2 數(shù)值模擬17-18
• 1.3 本文研究目的及內容18-20
• 1.3.1 本文研究目的18-19
• 1.3.2 本文研究內容19-20
• 2 基于ABAQUS的RC框架中間層中節(jié)點有限元模擬20-38
• 2.1 鋼筋混凝土有限元分析及軟件簡介20
• 2.1.1 鋼筋混凝土非線性分析的特點和現(xiàn)狀20
• 2.1.2 ABAQUS簡介20
• 2.2 ABAQUS中材料本構模型的選擇20-24
• 2.2.1 ABAQUS中混凝土本構模型的選擇20-23
• 2.2.2 ABAQUS中鋼筋本構模型的選擇23-24
• 2.3 模擬試件的試驗數(shù)據24-26
• 2.3.1 試件尺寸、配筋及材料強度24-25
• 2.3.2 邊界條件和加載制度25
• 2.3.3 試驗結果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 有限元模型的網格劃分31
• 2.4.4 邊界條件和加載制度模擬31-33
• 2.4.5 計算方法的選擇33
• 2.5 單調加載模擬結果分析33-35
• 2.5.1 單調加載下混凝土和鋼筋應力33
• 2.5.2 單調加載下荷載-位移曲線33-35
• 2.6 反復加載模擬結果分析35-37
• 2.6.1 反復加載下梁柱組合體變形35-36
• 2.6.2 反復加載下荷載-位移曲線36-37
• 2.7 本章小節(jié)37-38
• 3 單調加載下考慮節(jié)點內梁縱筋粘結滑移的模擬38-60
• 3.1 粘結滑移模擬方法38-40
• 3.2 粘結滑移本構模型40-48
• 3.2.1 Eligehausen粘結滑移本構關系41-43
• 3.2.2 滕智明粘結滑移本構關系43-44
• 3.2.3 孫銘粘結滑移本構關系44-46
• 3.2.4《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)粘結滑移本構關系46-48
• 3.3 模擬結果對比分析48-51
• 3.3.1 單調加載下混凝土和鋼筋應力48-49
• 3.3.2 單調加載下荷載-位移曲線49-51
• 3.4 粘結滑移本構模型的修正51-55
• 3.4.1 峰值粘結應力的修正52-53
• 3.4.2 峰值滑移量的修正53-54
• 3.4.3 修正后的粘結滑移本構關系54-55
• 3.5 使用修正粘結滑移本構模型的計算結果55-56
• 3.6 反復加載下的荷載-位移曲線56-58
• 3.7 本章小節(jié)58-60
• 4 中間層中節(jié)點剪切變形計算方法分析60-84
• 4.1 節(jié)點剪切變形的計算方法60-64
• 4.1.1 節(jié)點核心區(qū)剪切變形的測量方案60-61
• 4.1.2 節(jié)點核心區(qū)剪切變形的計算方案61-64
• 4.2 剪切計算模型的分析64-74
• 4.2.1 基于ABAQUS模擬結果計算節(jié)點剪切變形的方法64-66
• 4.2.2 用于剪切變形的計算數(shù)據合理性判定66-69
• 4.2.3 平行四邊形假定的分析69-71
• 4.2.4 對角線不轉動假定的分析71-74
• 4.3 節(jié)點核心區(qū)剪切角的計算74-80
• 4.3.1 ABAQUS模擬的量測剪切角74-76
• 4.3.2 ABAQUS模擬的計算剪切角76-80
• 4.4 節(jié)點核心區(qū)剪切變形方法討論80-81
• 4.4.1 節(jié)點核心區(qū)剪切角計算討論80-81
• 4.4.2 節(jié)點核心區(qū)剪切變形測量討論81
• 4.5 本章小節(jié)81-84
• 5 中間層中節(jié)點縱筋應力-滑移本構模型定參優(yōu)化84-110
• 5.1 試驗數(shù)據來源及測量計算方案84-88
• 5.1.1 節(jié)點試驗數(shù)據來源84
• 5.1.2 節(jié)點試驗中梁縱筋滑移測量方案84-87
• 5.1.3 梁縱筋滑移引起梁端撓度計算方案87-88
• 5.2 縱筋應力-滑移本構模型88-96
• 5.2.1 縱筋應力-滑移計算方法簡介88-89
• 5.2.2 縱筋應力-滑移本構模型簡述89-91
• 5.2.3 縱筋應力-滑移本構模型各特征點再定參91-96
• 5.3 縱筋應力-滑移本構模型驗證96-108
• 5.3.1 節(jié)點試驗模擬計算有限元模型96
• 5.3.2 選擇用于模擬驗證的節(jié)點試驗96-98
• 5.3.3 模型參數(shù)以及加載方法98-100
• 5.3.4 改進模擬結果及與試驗結果、莫林輝模擬結果對比100-108
• 5.4 本章小節(jié)108-110
• 6 主要結論與展望110-114
• 6.1 主要研究內容和結論110-111
• 6.2 本文創(chuàng)新點111
• 6.3 展望111-114
• 致謝114-116
• 參考文獻116-120
• 附錄120-130
• A.ABAQUS中LX-3 SPRING2定義inp文件120
• B.ZSJ-3 循環(huán)加載對應數(shù)值120-121
• C.剪切變形計算模型部分評估模擬計算結果121-123
• D.縱筋應力-滑移參數(shù)定參Matlab程序123-124
• E.部分試件縱筋應力-滑移骨架線改進模擬、實測及莫林輝模擬結果對比124-125
• F.部分節(jié)點內縱筋滑移量改進模擬結果、實測及莫林輝模擬結果對比125-128
• G.部分節(jié)點試驗梁端剪力-梁端撓度改進模擬結果、實測及莫林輝模擬結果對比128-130

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