浅谈地震作用下钢筋混凝土框架结构空间非线性反应分析

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1、同济大学土木工程学院建筑工程系硕士学位论文地震作用下钢筋混凝土框架结构空间非线性反应分析姓名：张强申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：顾祥林20070601摘要基于有限单元法，提出了一个适用于地震作用下钢筋混凝土框架结构空间非线性反应分析的分析模型：采用杆件为基本单元，将体系的质量集中于各个杆件的交点处，建立框架结构三维杆系有限元分析模型；杆件采用三段变刚度模型，由两端弹塑性杆段和中间弹性杆段组成，可以考虑随着内力的变化，杆件沿长度方向上的刚度变化与分布情况；在弹塑性杆段内，借鉴多弹簧模型的思想，将截面划分为若干钢筋弹簧和混凝土弹簧，引入任意加载路径的单轴混凝土

2、弹簧和钢筋弹簧力．位移本构关系，用于考虑单元的拉压、弯曲等变形；各钢筋与混凝土弹簧由于变形的发展而刚度不断改变，从而导致弹塑性杆段截面刚度的不断改变，秆件的单元刚度矩阵也作出相应变化，从而反映出结构在地震作用下的刚度变化情况。基于上述单元模型，在VisualC++6．0平台上开发了地震作用下钢筋混凝土框架菲线性反应仿真程序，首先对子空间迭代法求解自振特性程序、钢筋和混凝土恢复力滞回程序等子程序进行了验证，接着，借助于一个三层一跨钢筋混凝土框架模型和一平面不规则、立面有缩迸的三层钢筋混凝土框架模型结构模拟地震振动台试验，应用仿真程序对模型结构进行了计算并对比分析了计算结

3、果，从而验证了仿真程序的正确性和明确了其适用性。最后将验证后的程序应用于结构的抗震性能参数分析。验证和分析结果表明：利用本文所编制程序对这些算例进行分析具有相当的精度；通过合理选取材料的恢复力模型，可以较好地模拟地震作用下钢筋混凝土框架结构非线性反应；本文开发的仿真软件可以作为新建结构设计或既有结构安全性评估的辅助分析工具。关键词：有限单元法，钢筋混凝土框架结构，三段变刚度模型，非线性反应，仿真AbstractABSTRACTBasedonfiniteelementmethod(FEM)，anewspatialnumericalmodelfornonlinearres

4、ponsesofreinforcedconcretefR0framestructuresunder3-dimensionalearthquakeisproposed：The3DFEMmodelforRCframestrucutresiscomposedofbarelementswhichrepresentbeamsandcolumns，andlumpedmassisconcentratedatthenodeofbarelements．Byadoptingvariablestiffnesselementmodel，eachbarelmentisdividedintoth

5、reeparts：twoelasto—plasticzonesatthetwoendsoftheelementandoneelasticzoneinthemiddle．whichcouldtakeintoaccountthestiffnesschangealongtheelement．Borrowingideasfromthemulti—springmodel，thesectionintheelasto—plasticzoneisdividedintosomesteelspringsandconcretespringswhichrepresentsteelbarsan

6、dconcrete，andtheconstitutiverelationswithfailurecriterionforspringsisdefmedtoconsiderthetensile,compressive，bendingbehavioroftheelements．Duringanalysis,thestiffnessofmaterialintheelasto—plasticzonesischangingasthedisplaeementvaries．andbythevariablestiffnessmodelthechangecanbeexpressedin

7、thestiffnessmatrixofthebarelement．Basedontheproposedmodel，asoftwaresystemisdevelopedtosimulatespatialresponsesofRCframestructuresontheVisualC++developmentplatform．verifyingthesimulationsystembyshakingtabletestsoftwoRCframestructuresandotheranalysisexamplescoveringstructuresunde