考虑变化轴力的钢筋混凝土截面非线性分析

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在地震中,由于倾覆弯矩的存在,框架边柱和角柱将受到变化的轴向力作用,此外,地震动的竖向分量也会引起柱子的轴力发生变化。近期地震震害现象调查表明,变化轴力可能是引起结构发生非预期破坏的重要原因。因此,深入研究钢筋混凝土柱在变轴力下的受力性能,从机理上认清变轴力对柱子抗震性能—承载力、变形等的影响是十分必要的。本文在考察结构地震反应中柱子的轴力变化规律基础上,在钢筋混凝土柱子截面的非线性分析中考虑变化轴力的影响,提出了考虑变化轴力的钢筋混凝土柱子截面非线性分析方法,在此基础上编制了相应的计算机程序,为研究小组后续进行的工作奠定了基础。 本文完成了以下主要工作: ①收集了国内外迄今完成的钢筋混凝土矩形柱、空心方柱、圆柱在变轴力下的抗震性能试验研究资料并对取得的成果作了较详细阐述,从变轴力试件的破坏现象和实测的力—位移关系等方面指出了柱子在变轴力下的抗震性能区别于定轴力的最主要特征。同时选取试验数据齐全,且能给出截面弯矩—曲率关系结果的试件作为本文编制的截面非线性分析程序的验证对象: ②采用非弹性分析程序IDARC-2D对位于8度抗震设防区的一个两跨七层框架结构进行了Pushover分析和时程分析,探讨了框架中柱和边柱在地震反应中的轴力变化规律,为截面非线性分析时轴力的加载方式提供依据; ③编制了截面N—M破坏包络线计算程序。根据试件的截面尺寸、配筋构造及材料强度即可计算出截面达到破坏状态时弯矩、轴力的各种组合。为分析地震反应过程中柱子控制截面的状态信息,如截面是否破坏,整个反应过程中的轴力水平大小以及最终的破坏形态等提供了有力的工具; ④按分级加变形方法编制了恒定轴力下钢筋混凝土截面弯矩—曲率关系的计算机程序,比较了不同的混凝土单轴受压、受拉本构模型及钢筋本构模型对模拟结果的影响,并探讨了轴压比对截面承载能力和曲率延性的定量影响; ⑤基于平截面假定和非线性有限元中增量—迭代混合法的基本思想,分别采用有限元虚位移原理和中心差分方法建立截面刚度矩阵,采用增量形式的Newton-Raphson法和修正的Newton-Raphson法求解截面非线性方程组,提出了用于计算变化轴力下钢筋混凝土截面弯矩—曲率关系的算法,并编制了相应的计算机程序NARCS。 ⑥采用本文编制的钢筋混凝土截面非线性分析程序NARCS,对国内外完成的若干压弯构件定轴力试验和变轴力试验进行了数值模拟分析,验证了程序的有重庆大学硕士学位论文效性和可靠性,并利用程序探讨了变化轴力对钢筋混凝土截面弯矩一曲率关系的影响。
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