【摘 要】
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钢管混凝土结构在土木工程领域的应用日益广泛,但在地震作用下的损伤破坏机理仍不够明晰。本文针对钢管混凝土结构,研究适应其非线性动力响应的有限元分析方法。论文主要工作包括:（1）基于模拟往复加载下钢材力学行为的Chaboche混合强化模型,推导并拓展其中的各向同性强化参数率定方程,提出随动强化参数取数法则和参数求解公式。依托ABAQUS提供的Chaboche模型,采用已率定的模型参数,模拟钢材往复加载
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钢管混凝土结构在土木工程领域的应用日益广泛,但在地震作用下的损伤破坏机理仍不够明晰。本文针对钢管混凝土结构,研究适应其非线性动力响应的有限元分析方法。论文主要工作包括:（1）基于模拟往复加载下钢材力学行为的Chaboche混合强化模型,推导并拓展其中的各向同性强化参数率定方程,提出随动强化参数取数法则和参数求解公式。依托ABAQUS提供的Chaboche模型,采用已率定的模型参数,模拟钢材往复加载试验,以此验证参数率定方法的合理性,并研究模型参数对钢构件力学响应计算精度的影响。（2）综合应用混凝土塑性-损伤模型和钢材混合强化模型,构建了钢管混凝土结构的有限元分析模型。通过模拟钢管混凝土柱、钢管混凝土柱-钢梁节点和钢管混凝土柱-组合梁节点等构件试验,分析有限元模型的模拟精度,并研究钢管-混凝土界面粘结对构件响应仿真精度的影响。（3）构建钢管混凝土结构有限元分析模型,模拟单层单跨钢管混凝土柱-钢梁平面框架结构的非线性响应,分析粘结-滑移效应的仿真影响。通过上述研究工作,论文获得的主要结论包括:（1）论文针对Chaboche模型提出的参数率定方法具有较高的模拟精度。采用该方法率定的模型参数,能够保证Chaboche模型较好地模拟钢材在往复加载下的包辛格效应、棘轮效应、循环强化与塑性安定等力学现象。论文所选试验算例计算的峰值应力相对误差范围在-11.6%～8.5%,能够满足工程精度要求。（2）论文建立的有限元模型能够模拟钢管混凝土结构的非线性响应。通过模拟钢管混凝土构件与框架结构试验,计算获得的试件破坏形态、刚度退化、滞回环面积、峰值承载力及峰值位移等结果均与试验吻合较好,计算的峰值承载力、峰值位移和滞回面积相对误差在20%以内。同时,钢-混凝土界面的粘结-滑移效应对计算结果的影响较小。采用有滑移模型模拟试件试验中,界面横向滑移量和纵向滑移量相对于混凝土直径的比值均小于1/50。建议优先使用无滑移模型进行仿真模拟,以提高计算效率;若需获得更高的计算精度,可采用有滑移模型分析。（3）无滑移模型存在以下不足:一是钢管与混凝土界面两种材料共用节点,但两种材料本构性质差别较大,容易导致收敛性问题;二是该模型忽略了粘结-滑移效应,对构件的刚度模拟偏大,导致计算的滞回曲线偏饱满,滞回耗能相对试验结果偏大,在论文算例中误差最大到达29%。
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