發(fā)布時(shí)間：2021-04-02 00:47

　　對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性地震響應(yīng)分析的關(guān)鍵是選擇能準(zhǔn)確模擬延性墩柱構(gòu)件非線性力學(xué)行為的非線性梁柱單元。相較于實(shí)體單元和集中塑性鉸單元,彈塑性纖維梁柱單元兼具計(jì)算效率和計(jì)算精度,因此在土木工程結(jié)構(gòu)抗震分析中得到了廣泛的應(yīng)用。本文利用通用有限元軟件ABAQUS的二次開發(fā)功能發(fā)展了一種彈塑性纖維梁柱單元并將其應(yīng)用于橋梁抗震研究。主要研究?jī)?nèi)容包括:（1）利用ABAQUS提供的UMAT程序接口二次開發(fā)了多種可適用于纖維梁柱單元三維彈塑性分析的材料本構(gòu)模型,包括兩種混凝土本構(gòu)模型（Concrete01、Concrete02）和四種鋼筋本構(gòu)模型（Steel01^Steel04）�；炷帘緲�(gòu)可用于模擬鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件截面的約束及無(wú)約束混凝土材料纖維,鋼筋本構(gòu)可用于模擬截面的鋼筋材料纖維。（2）通過(guò)單一材料梁柱構(gòu)件的數(shù)值試驗(yàn)全面驗(yàn)證了二次開發(fā)的鋼筋材料本構(gòu)模型Steel01^Steel04的正確性,數(shù)值試驗(yàn)考慮了軸向、橫向單調(diào)加載和循環(huán)往復(fù)荷載作用等多種荷載工況,各工況下構(gòu)件的彈塑性響應(yīng)結(jié)果均符合理論預(yù)期;通過(guò)兩個(gè)鋼筋混凝土柱擬靜力試驗(yàn)的數(shù)值模擬驗(yàn)證了本文開發(fā)的彈塑... 

【文章來(lái)源】：重慶交通大學(xué)重慶市

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

ABAQUS的系統(tǒng)組織示意圖

8第二章彈塑性纖維梁柱單元有限元格式及材料本構(gòu)模型2.1梁?jiǎn)卧纠碚搹椝苄岳w維梁柱單元是在兩種基本的梁理論基礎(chǔ)上發(fā)展的，即歐拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁理論和鐵木辛柯（Tiomoshenko）梁理論。歐拉-伯努利梁理論也被稱為經(jīng)典梁理論，它假設(shè)任一垂直于梁軸線的橫截面在變形后保持為平面且仍與中軸線垂直，即忽略了梁的剪切變形，其厚度方向材料纖維轉(zhuǎn)角θ與中軸線撓度w滿足如下關(guān)系：=dwdxθ（2.1）與歐拉-伯努利梁不同，鐵木辛柯梁理論考慮了梁的剪切變形，它假定任一垂直于梁軸線的截面在變形后保持為平面，但不一定與中軸線垂直，鐵木辛柯梁的剪應(yīng)變可表示為：=dwdxγθ（2.2）對(duì)同一段梁，由歐拉-伯努利梁理論和鐵木辛柯梁理論得到的梁體變形示意圖見圖2-1。（a）歐拉伯努利梁（b）鐵木辛柯梁圖2-1歐拉伯努利梁和鐵木辛柯梁示意圖由于上述差別，歐拉-伯努利梁主要適用于模擬長(zhǎng)細(xì)比較大、彎曲變形為主的梁柱構(gòu)件，而鐵木辛柯梁既可用于模擬剪切變形較小的細(xì)長(zhǎng)梁柱構(gòu)件，也可用于模擬剪切變形不可忽略的短粗梁柱構(gòu)件。

13需指出的是，式（2.17）中力形函數(shù)[(xN)]f是基于梁柱單元的平衡微分方程建立的，從而保證了單元的截面內(nèi)力{F(x)}在任何情況下都嚴(yán)格滿足平衡方程，即使構(gòu)件進(jìn)入強(qiáng)烈非線性階段。以上介紹了剛度法和柔度法分別建立單元力與變形關(guān)系的全過(guò)程，兩者存在明顯區(qū)別。此外，剛度法和柔度法確定單元狀態(tài)也存在區(qū)別，如圖2-3所示，具體細(xì)節(jié)參見文獻(xiàn)[14]。圖2-3剛度法和柔度法單元狀態(tài)確定比較由上述過(guò)程可以看出，柔度法與剛度法有以下特點(diǎn)：（1）柔度法由于導(dǎo)出過(guò)程中采用了嚴(yán)格滿足平衡條件的形函數(shù)，僅需較少的單元即可很好的描述構(gòu)件的非線性行為；同時(shí)，由于未采用位移差值，基于柔度法的鐵木辛柯梁?jiǎn)卧粫?huì)發(fā)生剪切鎖死問(wèn)題；（2）剛度法的單元狀態(tài)很容易確定；但是柔度法的單元狀態(tài)很難確定，桿端力、位移更新需要進(jìn)行單元層次的迭代，為消除桿端殘余變形需要進(jìn)行截面層次的迭代，計(jì)算量很大（如圖2-3所示）；（3）有限元軟件基本都是基于剛度法研發(fā)的，柔度法想要嵌入這類軟件并不容易。2.3本文采用的鋼筋混凝土纖維材料本構(gòu)模型由前兩節(jié)介紹可知，建立能正確模擬鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件的彈塑性纖維梁柱單元需將整個(gè)截面進(jìn)行纖維劃分，并按實(shí)際情況設(shè)置纖維材料為無(wú)約束/有約束

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3114270