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钢筋混凝土梁的非线性有限元分析和变形能力计算

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第1章绪论

1.1钢筋混凝土有限元概述

1.2钢筋混凝土非线性分析概述

1.3混凝土结构模拟分析的运用及意义

1.4本文的主要内容

第2章钢筋混凝土本构关系

2.1混凝土的本构关系

2.1.1弹性力学理论为基础的混凝土本构模型

2.1.2塑性力学理论为基础的混凝土本构模型

2.2钢筋的本构关系模型

2.3 MARC中材料的本构模型

2.4本章小结

第3章非线性问题的有限元法

3.1非线性有限元基本理论

3.1.1材料非线性理论

3.1.2几何非线性理论

3.1.3边界非线性理论

3.2非线性有限元分析的求解方法

3.2.1直接迭代法

3.2.2牛顿-拉菲逊(Nowton-Rophson)方法

3.2.3初始刚度法(修正的Nowton-Raphson法)

3.2.4载荷增量法

3.3本章小结

第4章混凝土简支梁非线性模拟与分析

4.1构件参数与建模计算

4.1.1构件参数

4.1.2模型建立与计算

4.2计算结果与试验结果的对比及分析

4.3构件峰值点处的变形能力分析

4.3.1峰值点处构件变形能力分析一

4.3.2峰值点处构件变形能力分析二

4.4对位移-荷载曲线下降段的探讨

4.5本章小结

第5章梁位移角的计算与分析

5.1模拟分析基本情况

5.2屈服位移角

5.2.1模拟计算结果

5.2.2屈服位移角计算公式

5.2.3公式合理性分析

5.2.4配筋率指数对屈服位移角影响的探讨

5.3峰值点位移角

5.3.1模拟计算结果

5.3.2峰值点位移角计算公式

5.3.3公式合理性分析

5.3.4配筋率指数对峰值点位移角影响的探讨

5.4梁位移角影响因素的分析

5.4.1配筋率指数对梁位移角的影响

5.4.2跨高比对梁位移角的影响

5.4.3配箍率对梁位移角的影响

5.4.4混凝土对梁位移角的影响

5.4.5钢筋类型对梁位移角的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

随着对结构延性性能的重视和基于位移的设计方法的发展,迫切需要对结构构件非线性,甚至破坏及以后阶段的理解和认识。对于钢筋混凝土结构该方面的研究,尤其是破坏后阶段的研究,目前仍以试验分析方法为主。而在现有的计算机应用水平和有限元理论水平下,我们完全可以采用有限元模拟的方法来达到类似的目的。本文即应用高级非线性有限元软件MSC.Marc对不同配置情况下的混凝土梁进行3点加载模拟分析,并与香港大学所做的该方面的试验数据进行对比。 本文中首先介绍了钢筋混凝土及其非线性有限元方面的基本理论,包括混凝土和钢筋的本构关系、非线性有限元的材料模型和计算方法等。 在此基础上,应用MSC.Marc模拟分析了9根钢筋混凝土梁至破坏阶段的试验过程。对比表明,在峰值载荷之前模拟的结果和试验结果还是比较一致的。而在峰值载荷之后模拟结果并不理想,文章中对其中的原因也给出了相关分析和探讨。同时,本部分对结果中梁荷载峰值点处梁的变形能力做了一定的探讨,为后面的分析做铺垫。 在前面的基础上,本文根据尺寸形式和配筋率的不同选取了21根比较有代表意义的典型悬臂梁,模拟分析了他们在单点加载情况下的试验过程,并详尽地研究分析了尺寸形式和配筋率对梁屈服位移角和载荷峰值点处位移角的影响。然后,文章以先理论推导再实际拟合修正的思路,得出了两种位移角的计算公式。对于二者的推导方法,屈服位移角是以平截面假定和曲率沿梁长线性分布为基础,经严格数学推导而得;峰值点位移角是以前面部分分析成果为基础,再利用一些经验结论推导而得。随后,文章分别对二者的合理性做了一定的分析,证明了公式的正确性。从公式的角度,文章再次深入分析了跨高比和配筋率对位移角的影响,同时对于其他几种因素对位移角的影响也进行了一些探讨。

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