ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型研究

发布时间：2019-05-14 12:35

【摘要】：我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。随着我国城市建设的不断发展,出现了越来越多的复杂结构和新型结构。结构在大震作用下通常会进入弹塑性阶段,采用弹性分析方法无法真实反映结构实际受力情况。我国现行规范要求对不规则且具有明显薄弱部位的复杂高层结构进行罕遇地震作用下的动力弹塑性变形验算。随着ANSYS、ABAQUS、MSC.MARC等大型通用有限元软件在结构分析方面的广泛应用,已有学者试图采用这些软件进行结构的动力弹塑性分析。有限元分析软件ABAQUS具有强大的非线性求解能力,特别是其显式分析模块,可以避免隐式算法在处理高度非线性问题时的不收敛问题,在进行大型复杂结构分析时,可大量节省计算机的存储空间,并方便利用并行计算技术提高分析速度。但是其显式分析模块缺乏用于三维梁单元的混凝土本构模型及合理的钢筋本构模型。本文基于纤维模型,对混凝土、钢筋单轴本构关系进行了研究,利用用户自定义材料子程序接口(VUMAT),对梁单元的混凝土、钢筋单轴本构模型进行二次开发,来描述钢筋混凝土梁柱构件中材料的受力性能,并用于钢筋混凝土梁柱杆件在多维受力状态下力学行为的数值模拟。具体内容如下： 1、本构关系的研究本文选用基于文献[1]的混凝土本构模型,其中混凝土受压骨架曲线采用Kent和Park所提出并由Scott B.D改进的混凝土应力-应变曲线,考虑箍筋对混凝土的约束影响以及混凝土裂面效应的影响。作者选用了两种钢筋本构模型。一种是基于文献[1]提出的考虑包辛格效应的双折线强化模型。另外一种钢筋本构模型在文献[2]的基础上作出了修正,该模型可以反映出钢筋单调加载时的屈服、硬化和软化现象,并在再加载路径上合理考虑了钢筋的Bauschinger效应。 2、纤维模型研究 ABAQUS显式分析模块中的B31梁单元可以模拟钢筋混凝土梁柱杆件。采用矩形梁截面描述核心混凝土,采用箱型截面描述混凝土保护层和钢筋。截面上的积分点相当于纤维,可以分别赋予不同的材料属性,截面的力学行为则由积分点上的行为积分得到。 3、二次开发根据材料的应力应变关系,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的梁单元混凝土、钢筋本构模型的计算程序。 4、柱及框架结构的数值模拟本文运用共节点技术建立单个钢筋混凝土柱构件,对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。采用本文给出的钢筋本构模型计算所得滞回曲线较采用ABAQUS自带的钢筋本构模型计算所得滞回曲线更接近试验实测曲线,准确描述了钢筋混凝土柱的滞回特性。对平面框架结构进行低周往复荷载作用下的非线性分析,计算所得滞回曲线与试验实测滞回曲线吻合良好。本文建立的模型能够较好地模拟钢筋混凝土梁柱构件的轴力双向弯曲耦合性能,可用于梁柱构件在多维受力状态下的弹塑性分析,能够满足钢筋混凝土空间框架结构在强震作用下的非线性分析。
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【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU375

【参考文献】