RC框架结构老虑钢筋滑移效应的高效模拟方法与应用
发布时间：2021-11-20 09:19
结构抗震试验结果表明,钢筋混凝土（RC）框架构件在地震作用下由钢筋滑移效应引起的变形可占总变形的30%以上。对于低轴压比构件,该变形甚至与弯曲变形比重相当。因此,此钢筋滑移效应在RC框架结构的抗震有限元分析中不容忽视。在RC结构的抗震传统有限元分析中模拟钢筋滑移效应需要额外增加单元（弹簧单元或零长度截面单元等）,这往往造成单元数量过多,数值分析耗时,求解难以收敛以及建模过于繁琐等一系列问题。本文提出了考虑钢筋滑移效应的纤维模型,建立了模拟RC构件中钢筋滑移效应的抗震分析高效模拟方法,并初步考察了钢筋滑移效应对RC框架结构抗震能力的影响。主要研究工作和成果如下:（1）假定将RC构件的钢筋滑移效应等效到钢筋应变中,建立了考虑滑移效应的钢筋应变计算式,进一步提出了考虑钢筋滑移效应的双线性钢筋应力应变本构模型,该模型可考虑混凝土轴心抗压强度、钢筋直径、钢筋屈服强度和构件截面高度对RC构件中钢筋滑移效应的影响。随后提出了考虑钢筋滑移效应的纤维模型,由此便建立了以纤维模型为基础的RC结构考虑钢筋滑移效应的抗震分析高效模拟方法。（2）选取了48根不同设计参数的RC柱,采用多尺度试验数据对所提考虑钢筋...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粘结应力计算模型
西安建筑科技大学硕士学位论文26拟；第部分采用OpenSees的MinMax材料进行模拟；第部分采用OpenSees的Hysteretic材料进行模拟。3.3.2水平荷载-位移反应对比图3.3所示为模型模拟结果与Saatcioglu试验结果[10]的对比。由图3.3（a）可看到，所提纤维模型模拟的RC柱刚度与试验结果显示出很好的一致性，而传统纤维模型明显高估了柱的刚度，零长度纤维模型则稍微高估了柱的刚度。其中正负向加载时的试验结果差别较大，可能是试验加载时柱脚产生了偏移。从图3.3（b–c）可看到，传统纤维模型模拟的RC柱刚度比试验结果偏大，所提纤维模型和零长度纤维模型则稍微高估了RC柱的刚度，这可能是因为模型中未考虑柱剪切变形影响。由于RC柱剪切变形的贡献不是本文的主要内容，因此在以上三个模型中均未考虑剪切变形影响。由图3.3（d）可看到，所提纤维模型与零长度纤维模型的模拟结果与实验结果的吻合程度较好。（a）试件U1（b）试件U2（c）试件U3（d）试件U4图3.3模型模拟结果与Saatcioglu试验结果[10]对比
西安建筑科技大学硕士学位论文27图3.4所示为模型模拟结果与Sezen试验结果[4]的对比。由图3.4（a）可以看到，所提纤维模型和零长度纤维模型略微高估了RC柱的刚度，传统纤维模型则大大高估了RC柱的刚度。对于中小轴压比的情况，三个模型分别与Saatcioglu试验[10]和与Sezen试验[4]对比结果的规律大致相同。但是，从图3.4（b）可以看出在轴压比为0.6时，三个模型的承载力与刚度都明显大于试验结果。原因是在高轴压比情况下，混凝土框架柱往往发生由混凝土率先压溃而导致的小偏压破坏，从而钢筋应力较小并未达到其屈服强度，由于钢筋滑移现象主要发生于钢筋屈服之后[64]，因此构件在小偏压破坏下钢筋滑移效应并不突出。此外，由图3.4（b）可看到所提纤维模型与传统纤维模型的水平荷载-位移反应曲线除了峰值点附近外，其余基本较为接近，表明传统纤维模型为本文所提纤维模型的一种特殊情况。在低轴压比下，传统纤维模型只能模拟构件弯曲变形，所提纤维模型可模拟构件弯曲变形和钢筋滑移变形。在高轴压比下，随着轴压比的增大，钢筋滑移效应并不突出，所提纤维模型逐步退化为传统纤维模型。因此，可以认为传统纤维模型为所提纤维模型在构件高轴压比时的一种特殊情况。（a）试件S1（b）试件S2图3.4模型模拟结果与Sezen试验结果[4]对比图3.5所示为模型模拟结果与Lynn试验结果[13]的对比。由图3.5（a-b）可以看到，所提纤维模型和零长度纤维模型的模拟结果与试验结果吻合精度较好。从图3.5（c-d）可以看出，在中等轴压比为0.26的情况下，传统纤维模型仍然高估了RC柱的刚度，而所提纤维模型和零长度纤维模型则稍微高估了RC柱的刚度。图3.6（a）和（b-d）所示分别为模型模拟结果与Kawashima试验结果[72]和Lehman试验结果[17]的对比。总体而言，在RC柱承?
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究[J]. 李磊,王卓涵,张艺欣,郑山锁. 工程力学. 2020(03)
[2]高强螺旋钢筋约束高强混凝土剪力墙抗震性能研究[J]. 赵花静,李青宁,姜维山,张兴虎. 建筑结构学报. 2018(04)
[3]光圆钢筋与混凝土界面粘结滑移本构模型研究[J]. 耿红斌,穆卓辉,于晓光. 硅酸盐通报. 2017(09)
[4]600 MPa高强钢筋与混凝土的粘结锚固性能试验研究[J]. 李艳艳,李晓清,苏恒博. 土木建筑与环境工程. 2017(02)
[5]钢筋混凝土柱的非对称恢复力模型与参数识别[J]. 余波,李长晋,吴然立. 工程力学. 2017(02)
[6]考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形分析[J]. 朱绩超,王响,张勤. 工程力学. 2015(07)
[7]不同加载速率下钢筋与混凝土间粘结性能试验[J]. 张伟平,罗丹羽,陈辉,顾祥林. 中国公路学报. 2014(12)
[8]带肋钢筋与混凝土粘结性能的细观数值模拟[J]. 王海龙,李朝红,徐光兴. 西南交通大学学报. 2011(03)
[9]带肋钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型[J]. 赵卫平,肖建庄. 工程力学. 2011(04)
[10]考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析[J]. 杨红,徐海英,王志军. 建筑结构学报. 2009(04)
博士论文
[1]RC框架结构地震易损性研究[D]. 杨威.西安建筑科技大学 2016
硕士论文
[1]基于Pushover的RC框架结构抗侧向倒塌能力分析[D]. 王源.西南交通大学 2017
[2]Pushover法评估山地建筑掉层结构的抗震性能[D]. 王景荣.重庆大学 2015
[3]考虑钢筋粘结滑移影响的钢筋混凝土框架地震反应分析[D]. 高文生.重庆大学 2008
本文编号：3507028
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粘结应力计算模型
西安建筑科技大学硕士学位论文26拟；第部分采用OpenSees的MinMax材料进行模拟；第部分采用OpenSees的Hysteretic材料进行模拟。3.3.2水平荷载-位移反应对比图3.3所示为模型模拟结果与Saatcioglu试验结果[10]的对比。由图3.3（a）可看到，所提纤维模型模拟的RC柱刚度与试验结果显示出很好的一致性，而传统纤维模型明显高估了柱的刚度，零长度纤维模型则稍微高估了柱的刚度。其中正负向加载时的试验结果差别较大，可能是试验加载时柱脚产生了偏移。从图3.3（b–c）可看到，传统纤维模型模拟的RC柱刚度比试验结果偏大，所提纤维模型和零长度纤维模型则稍微高估了RC柱的刚度，这可能是因为模型中未考虑柱剪切变形影响。由于RC柱剪切变形的贡献不是本文的主要内容，因此在以上三个模型中均未考虑剪切变形影响。由图3.3（d）可看到，所提纤维模型与零长度纤维模型的模拟结果与实验结果的吻合程度较好。（a）试件U1（b）试件U2（c）试件U3（d）试件U4图3.3模型模拟结果与Saatcioglu试验结果[10]对比
西安建筑科技大学硕士学位论文27图3.4所示为模型模拟结果与Sezen试验结果[4]的对比。由图3.4（a）可以看到，所提纤维模型和零长度纤维模型略微高估了RC柱的刚度，传统纤维模型则大大高估了RC柱的刚度。对于中小轴压比的情况，三个模型分别与Saatcioglu试验[10]和与Sezen试验[4]对比结果的规律大致相同。但是，从图3.4（b）可以看出在轴压比为0.6时，三个模型的承载力与刚度都明显大于试验结果。原因是在高轴压比情况下，混凝土框架柱往往发生由混凝土率先压溃而导致的小偏压破坏，从而钢筋应力较小并未达到其屈服强度，由于钢筋滑移现象主要发生于钢筋屈服之后[64]，因此构件在小偏压破坏下钢筋滑移效应并不突出。此外，由图3.4（b）可看到所提纤维模型与传统纤维模型的水平荷载-位移反应曲线除了峰值点附近外，其余基本较为接近，表明传统纤维模型为本文所提纤维模型的一种特殊情况。在低轴压比下，传统纤维模型只能模拟构件弯曲变形，所提纤维模型可模拟构件弯曲变形和钢筋滑移变形。在高轴压比下，随着轴压比的增大，钢筋滑移效应并不突出，所提纤维模型逐步退化为传统纤维模型。因此，可以认为传统纤维模型为所提纤维模型在构件高轴压比时的一种特殊情况。（a）试件S1（b）试件S2图3.4模型模拟结果与Sezen试验结果[4]对比图3.5所示为模型模拟结果与Lynn试验结果[13]的对比。由图3.5（a-b）可以看到，所提纤维模型和零长度纤维模型的模拟结果与试验结果吻合精度较好。从图3.5（c-d）可以看出，在中等轴压比为0.26的情况下，传统纤维模型仍然高估了RC柱的刚度，而所提纤维模型和零长度纤维模型则稍微高估了RC柱的刚度。图3.6（a）和（b-d）所示分别为模型模拟结果与Kawashima试验结果[72]和Lehman试验结果[17]的对比。总体而言，在RC柱承?
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究[J]. 李磊,王卓涵,张艺欣,郑山锁. 工程力学. 2020(03)
[2]高强螺旋钢筋约束高强混凝土剪力墙抗震性能研究[J]. 赵花静,李青宁,姜维山,张兴虎. 建筑结构学报. 2018(04)
[3]光圆钢筋与混凝土界面粘结滑移本构模型研究[J]. 耿红斌,穆卓辉,于晓光. 硅酸盐通报. 2017(09)
[4]600 MPa高强钢筋与混凝土的粘结锚固性能试验研究[J]. 李艳艳,李晓清,苏恒博. 土木建筑与环境工程. 2017(02)
[5]钢筋混凝土柱的非对称恢复力模型与参数识别[J]. 余波,李长晋,吴然立. 工程力学. 2017(02)
[6]考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形分析[J]. 朱绩超,王响,张勤. 工程力学. 2015(07)
[7]不同加载速率下钢筋与混凝土间粘结性能试验[J]. 张伟平,罗丹羽,陈辉,顾祥林. 中国公路学报. 2014(12)
[8]带肋钢筋与混凝土粘结性能的细观数值模拟[J]. 王海龙,李朝红,徐光兴. 西南交通大学学报. 2011(03)
[9]带肋钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型[J]. 赵卫平,肖建庄. 工程力学. 2011(04)
[10]考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析[J]. 杨红,徐海英,王志军. 建筑结构学报. 2009(04)
博士论文
[1]RC框架结构地震易损性研究[D]. 杨威.西安建筑科技大学 2016
硕士论文
[1]基于Pushover的RC框架结构抗侧向倒塌能力分析[D]. 王源.西南交通大学 2017
[2]Pushover法评估山地建筑掉层结构的抗震性能[D]. 王景荣.重庆大学 2015
[3]考虑钢筋粘结滑移影响的钢筋混凝土框架地震反应分析[D]. 高文生.重庆大学 2008
本文编号：3507028
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