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基于界面粘结滑移的约束混凝土柱本构关系的研究

作　者: 张鹏飞
导　师: 陈艳华
学　校: 河北联合大学
专　业: 结构工程
关键词: 约束混凝土 OpenSees 粘结滑移 本构关系 非线性分析
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着现代建筑结构的快速发展，约束混凝土柱凭借自身的诸多优点，在土木工程领域被广泛应用，尤其是在高层结构和抗震加固方面。目前，关于约束混凝土柱力学性能的试验研究和理论研究已有很多，但多数研究成果未考虑纵筋与混凝土粘结滑移的影响，或只是分析了框架中间节点纵筋滑移对结构的地震反应影响，而柱底塑性铰区域纵筋与混凝土的粘结滑移对结构本构关系及地震反应影响的研究很少。本文以约束混凝土柱为研究对象，通过数值计算，对比分析已有约束混凝土柱的轴压本构关系，选择Mander模型作为本文建模的本构关系。运用OpenSees有限元软件，采用在纤维截面上附加单独考虑粘结滑移的零长度单元的建模方法，研究考虑纵筋粘结滑移的模型化方法，建立考虑粘结滑移的箍筋约束混凝土柱的数值模型，并用试验结果进行校核，验证了粘结滑移模型及参数设定的准确性，实现了考虑粘结滑移的箍筋约束混凝土柱的非线性有限元模拟。在箍筋约束混凝土柱建模方法的基础上，建立CFRP约束混凝土柱的分析模型，分别考虑了界面粘结滑移、CFRP包裹层数和长度、混凝土强度等级对CFRP约束混凝土力学性能的影响，通过分析发现：界面粘结滑移对约束混凝土柱的局部变形影响较大；CFRP包裹层数3~4为宜，包裹长度应大于等于塑性铰长度；混凝土强度等级越高，CFRP约束的效果越差，下降段越明显；基于箍筋和CFRP约束混凝土柱的非线性分析方法，求解出塑性铰处的截面曲率，通过截面曲率反推出峰值应变和峰值应力并进行拟合的方法，得到约束混凝土本构关系，与试验及已有的本构关系进行对比，验证了本文提出本构关系的精确性和准确性，得出结论：即考虑粘结滑移的约束混凝土柱的建模方法及本构，可以对约束混凝土柱进行更精确地非线性分析，为结构设计提供一种考虑粘结滑移的可行方法。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目次  6-9
引言  9-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 选题背景  10-12
  1.2 约束材料的分类及力学性能  12-13
    1.2.1 常见约束材料的分类  12
    1.2.2 常见约束材料的力学性能  12-13
  1.3 约束混凝土研究现状  13-22
    1.3.1 理论研究  13-15
    1.3.2 试验研究  15-17
    1.3.3 典型本构关系  17-22
  1.4 研究内容及方法  22-24
    1.4.1 研究内容  22
    1.4.2 技术路线  22-24
第2章 数值模拟程序—OpenSees  24-39
  2.1 OpenSEES 简介  24-25
  2.2 材料定义  25-34
    2.2.1 钢筋材料定义  25-27
    2.2.2 粘结滑移材料定义  27-29
    2.2.3 混凝土材料定义  29-32
    2.2.4 典型本构关系对比研究  32-34
  2.3 几何模型定义  34-35
  2.4 单元定义  35-36
  2.5 模型求解定义  36-39
第3章 基于粘结滑移的箍筋约束混凝土柱非线性分析  39-56
  3.1 引言  39
  3.2 箍筋约束混凝土柱试验参数  39-40
  3.3 建立几何模型  40-49
    3.3.1 材料模型参数输入  43-46
    3.3.2 建立纤维截面  46-48
    3.3.3 建立构件单元  48-49
  3.4 施加荷载及模型求解  49-50
  3.5 计算结果与试验结果对比分析  50-55
  3.6 本章小结  55-56
第4章 基于界面粘结滑移的纤维约束混凝土柱非线性分析  56-62
  4.1 引言  56
  4.2 CFRP 约束混凝土柱试验参数  56-57
  4.3 模拟结果和试验结果对比验证  57-59
  4.4 CFRP 约束混凝土柱非线性分析  59-60
    4.4.1 混凝土强度等级的影响  59
    4.4.2 CFRP 包裹层数和长度的影响  59-60
  4.5 本章小结  60-62
第5章 基于界面粘结滑移的约束混凝土柱本构研究  62-73
  5.1 引言  62
  5.2 本文研究模型的提出  62-69
    5.2.1 峰值应变  62-64
    5.2.2 峰值应力  64-67
    5.2.3 约束混凝土柱的破坏准则  67-68
    5.2.4 基于粘结滑移的约束混凝土柱的本构关系  68-69
  5.3 结果对比  69-71
  5.4 本章小结  71-73
结论  73-74
参考文献  74-78
附录A CFRP 约束混凝土柱 OPENSEES 程序输入  78-89
附录B 实验数据  89-94
致谢  94-95
导师简介  95-96
作者简介  96-97
学位论文数据集  97

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 柱
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