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1、第26卷第1期力学季刊Vol.26No.12005年3月CHINESEQUARTERLYOFMECHANICSMarch2005纤维墙元模型在剪力墙结构非线性分析中的应用吕西林,卢文生(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘要:钢筋混凝土剪力墙是目前高层与超高层建筑中最主要的抗侧力构件,本文在对已有的微观及宏观计算模型进行比较的基础上,基于纤维模型概念,建立了便于高层剪力墙结构非线性分析应用的纤维墙元模型,即由承受轴力及弯矩的纤维子单元与承受剪切变形的剪切子
2、单元相合成的墙元计算模型;同时,对该模型中剪切子单元高度的取值进行了分析,明确了其物理含义;推导了单元的刚度矩阵,并分别建立了纤维子单元及剪切子单元的骨架曲线及滞回规则。另外,应用该计算单元模型,对一栋40层框架剪力墙结构进行了非线性时程分析,计算结果与相应模型的振动台试验结果进行了对比,比较结果表明两者在结构动力特性,位移响应方面等均吻合较好,验证了该计算单元模型的准确性与有效性,可为推广使用提供参考。关键词:剪力墙结构;纤维模型;纤维墙元模型;非线性分析中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:02540053(2005)01
3、729ApplicationofFiberWallElementModelinNonlinearAnalysisofShearWallStructuresLUXilin,LUWensheng(StateKeyLaboratoryforDisasterReductioninCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Reinforcedconcreteshearwallisoneofthemainlateralforceresistingelement
4、sinhighrisebuilding.Basedontheideaoffibermodel,afiberwallelementmodelwasputforward,whichwascomposedoffiberelementthatrepresentstheflexuraldeformationonly,andshearelementthatrepresentstheshearingonly.Inthismodel,theheightofshearingelementandstiffnessmatrixoftheproposedele
5、ment,anditsskeletonandhystereticcurveswerealsobuiltup.Usingthefiberwallelement,thedynamicresponsesofa40storyshearwallstructurewerecomputedandcomparedtotheshakingtabletestofthesamemodelstructure.Thegoodagreementbetweenthemindicatesthatthefiberwallelementmodelproposedherei
6、sreasonableandefficientinthenonlinearanalysisofshearwallstructures.Keywords:shearwallstructure;fibermodel;fiberwallelementmodel;nonlinearanalysis钢筋混凝土剪力墙是目前高层与超高层建筑中最主要的抗侧力构件,其非线性计算模型的研究受到许多研究人员的重视。但是由于该类构件截面尺寸大,受力相对比较复杂,目前还没有形成比较成熟的非[1][2][3]线性计算模型。多年来,研究人员提出了各种不同的计算模型,
7、主要分为两大类:微观模型与宏观模型。微观模型以钢筋混凝土有限元模型为代表,将剪力墙断面细分网格,根据钢筋与混凝土材料的本构关系,直接建立单元的计算模型。该模型力学概念清晰,求解精度较高;但需较大的自由度,要进行繁重的数值计算,且材料在复杂应力、复杂加卸载路径下的本构关系还不成熟。微观模型目前主要用于分析结构部收稿日期:20040910基金项目:国家自然科学基金(50025821)和创新研究群体基金(50321803)作者简介:吕西林(1955),男,陕西岐山人,博士生导师.研究方向:工程结构抗震.第1期吕西林
8、,等:纤维墙元模型在剪力墙结构非线性分析中的应用73件或局部结构以及试验的计算机模拟,而在分析和设计实际结构中应用较少。目前用于剪力墙结构的微观模型主要有平面应力膜单元和板壳单元
