基于修正斜压场的钢筋混凝土二维非线性有限元分析

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钢筋混凝土非线性有限元分析一直是非线性研究领域的重要研究课题之一。如何处理混凝土开裂,以及如何模拟复合受力状态下混凝土和钢筋等的应力应变关系,比如在反复加、卸载过程中混凝土和钢筋的应力应变关系,一直是这一领域国内外学者所关心的焦点及难点问题。本文采用基于修正斜压场理论的旋转、弥散裂缝模型,编制了钢筋混凝土二维非线性分析的计算程序NAP。采用此程序分析了钢筋混凝土二维构件在单调和反复荷载作用下考虑压、弯、剪共同作用的受力性能,较为准确地描述出了构件的受力性能。这些工作为研究小组后续研究奠定了基础。本文主要完成了以下工作: ①采用基于修正斜压场理论的旋转、弥散裂缝模型和有限元方法基本原理推导了平面矩形单元和桁架单元的割线刚度矩阵;同时由材料力学出发详细推导了主应变或者主应力方向上的材料割线刚度、单元坐标转换矩阵,为本文程序的编制提供了理论基础。②在基于切线刚度的位移加载控制法基础上进行改进,采用基于割线刚度的位移加载控制方法,并绘制了相应框图。③在传统基于切线刚度的Newton-Raphson 法求解方程组基础上进行适当地改进,采用基于割线刚度的Newton-Raphson 法,并绘制了流程图。④根据本文所建立的分析理论基础,采用C++语言编制了NAP 程序,并成功解决了材料本构模型采用割线刚度编制滞回规则中遇到的单元历史状态的存储和判断、割线刚度矩阵异常的处理等特殊问题。⑤在朱伯龙所提出的单元历史应变状态变换的基础上,根据本文所采用单元状态变化的特点对其单元历史状态判断进行了扩展、完善。⑥采用NAP 程序对单调加载下的剪切板、剪力墙、简支梁和低周反复加载下的剪力墙滞回受力性能进行模拟分析。通过本文完成的工作取得如下结论: ①本文采用基于修正斜压场理论的旋转、弥散裂缝模型和平面矩形单元,以及割线刚度的位移加载控制方法所编制的NAP 程序对剪力墙、简支梁的数值模拟,表现出与试验结果相当好的一致性。②本文NAP 程序成功地模拟了钢筋混凝土二维构件在考虑压、弯、剪共同作用下的复杂受力性能,有效地解决了这些采用以往的分析模型难以处理的复杂受力问题。
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