【摘 要】
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纤维梁柱单元模型介于微观(实体)模型与宏观(杆系)模型之间,可兼顾结构的模拟精度与计算效率,能够有效地模拟结构构件在压、弯、剪空间受力时的非线性力学行为,特别是弯剪耦
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纤维梁柱单元模型介于微观(实体)模型与宏观(杆系)模型之间,可兼顾结构的模拟精度与计算效率,能够有效地模拟结构构件在压、弯、剪空间受力时的非线性力学行为,特别是弯剪耦合效应的影响。但是目前纤维模型多以基于材料多维本构关系来考虑弯剪耦合效应时对模拟精度的影响,其在截面刚度更新较为复杂。另外,忽略钢筋与其周围混凝土间的粘结滑移效应,会导致最终的模拟结果失真。为此,在兼顾计算效率的前提下,拟提高纤维梁柱单元模型在非线性阶段的模拟精度,本文提出一种可考虑弯剪耦合和粘结滑移效应的新型钢筋混凝土纤维梁柱单元模型。具体完成以下工作:基于单轴本构的弯剪耦合纤维模型。在纤维模型理论中引入Timoshenko梁理论以考虑截面的剪切效应;在构件截面上引入由横向剪切变形对截面抗弯刚度折减时所产生的附加弯曲位移,实现了弯剪耦合效应及剪切变形对轴向变形的间接影响。采用基于单轴本构模型考虑弯剪耦合效应的纤维模型进行梁构件弹塑性算例分析,并与目前考虑剪切效应和弯剪耦合效应的有限元模型进行对比,验证了所提出的纤维模型具有较高的模拟精度。纤维模型的粘结滑移效应简化方法。以钢筋的粘结滑移应变为基础,提出了两种考虑粘结滑移效应的方法。一种是保持钢筋的本构模型不变,根据粘结滑移本构模型直接引入钢筋的滑移应变,确定相应的切线模量及剪切模量。考虑到此种方法会增加一步迭代过程的计算量,进而降低结构的计算效率,故在此基础上通过修正钢筋本构模型屈服点及极限点处应力应变值,间接考虑粘结滑移效应。通过建立对比模型,分析了钢筋滑移对模型模拟精度的影响,验证了修正钢筋本构模型法具有较高的模拟精度和计算效率。纤维模型的拟静力分析验证。基于本文所提出的考虑弯剪耦合和粘结滑移效应的纤维模型,以拟静力分析为手段获得其水平荷载位移滞回曲线和骨架曲线,并将其与现有纤维模型以及经典纤维模型进行承载力、加卸载刚度等方面的对比分析,发现本文纤维模型解决了现有纤维模型计算量大、收敛困难、模型复杂等问题,验证了本文纤维模型在模拟精度与计算效率上的优越性。
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