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低周反复荷载作用下损伤钢筋混凝土受弯构件全过程分析

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摘要

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 钢筋混凝土结构抗震非线性分析

1.2.1 非线性分析方法

1.2.2 钢筋混凝土结构恢复力模型

1.3 混凝土结构耐久性研究现状

1.3.1 钢筋混凝土结构耐久性的研究内容

1.3.2 混凝土碳化研究现状

1.3.3 锈蚀钢筋性能研究现状

1.3.4 钢筋混凝土之间粘结性能退化

1.4 耐久性损伤钢筋混凝土构件抗震性能的影响研究

1.5 本文研究的目的与内容

2 考虑材料性能劣化的钢筋混凝土非线性分析模型

2.1 混凝土的本构关系

2.1.1 无损伤混凝土

2.1.2 碳化混凝土

2.1.3 ABAQUS软件损伤塑性模型参数选择

2.2 钢筋的本构关系

2.2.1 未锈蚀钢筋本构关系

2.2.2 锈蚀钢筋本构关系

2.2.3 反复荷载作用下的变形

2.3 碳化和锈蚀的关系

2.3.1 碳化深度与时间的关系

2.3.2 钢筋锈蚀率与时间的关系

2.4 钢筋与混凝土之间的粘结

2.4.1 未锈蚀钢筋混凝土粘结

2.4.2 锈蚀钢筋混凝土粘结

2.5 单元选取与网格划分

2.5.1 单元选取

2.5.2 网格划分

2.6 本章小结

3 损伤钢筋混凝土受弯构件非线性分析方法及其验证

3.1 钢筋混凝土构件性能劣化的处理方法

3.1.1 混凝土单元开裂的处理

3.1.2 钢筋屈服后的处理

3.1.3 结构负刚度的处理

3.2 单调荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁模型验证

3.2.1 试验梁基本参数

3.2.2 模型建立及效果

3.3 低周反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁节点模型验证

3.3.1 钢筋混凝土梁基本参数

3.3.2 模型建立及网格划分

3.3.3 荷载、相互作用及边界条件

3.3.4 荷载-位移滞回曲线及骨架曲线对比

3.3.5 结果分析

3.4 本章小结

4 耐久性损伤对钢筋混凝土受弯构件抗震性能的影响

4.1 纵筋锈蚀对受弯构件抗震性能的影响

4.1.1 试件分组

4.1.2 滞回曲线

4.1.3 骨架曲线

4.1.4 承载能力

4.1.5 刚度退化

4.1.6 构件延性

4.1.7 耗能性能

4.2 混凝土碳化对受弯构件抗震性能的影响

4.2.1 碳化的模拟方法与试件分组

4.2.2 滞回曲线

4.2.3 骨架曲线

4.2.4 刚度退化

4.2.5 构件延性

4.2.6 耗能性能

4.3 混凝土碳化和钢筋锈蚀同时作用对受弯构件抗震性能的影响

4.3.1 试件分组

4.3.2 滞回曲线

4.3.3 骨架曲线

4.3.4 刚度退化

4.3.5 构件延性

4.3.6 耗能性能

4.4 本章小结

5 损伤钢筋混凝土构件恢复力模型

5.1 钢筋混凝土恢复力模型

5.1.1 现有恢复力模型评述

5.1.2 钢筋混凝土受弯构件恢复力模型

5.2 锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型的建立

5.2.1 屈服荷载和屈服位移

5.2.2 极限荷载和极限位移

5.2.3 破坏位移

5.3 恢复力模型的验证

5.3.1 屈服荷载和屈服位移

5.3.2 极限荷载和极限位移

5.3.3 破坏位移

5.3.4 恢复力模型骨架曲线与试验骨架曲线对比

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 建议与展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢

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摘要

钢筋混凝土结构的耐久性损伤对结构的抗震性能有显著影响。目前国内外对损伤钢筋混凝土构件抗震性能的研究一般仅考虑限于耐久性损伤或者地震单因素作用的影响,考虑多种耐久性损伤对结构抗震性能的影响的研究还不系统。本文依托国家自然科学基金项目“钢筋混凝土结构抗震耐久性研究”(51178470),利用ABAQUS有限元软件分析损伤钢筋混凝土受弯构件在低周反复荷载作用下的非线性全过程行为,籍此研究不同耐久性损伤对钢筋混凝土受弯构件抗震性能的影响。论文主要工作如下:
  1)通过分析归纳各种钢筋与混凝土本构模型,建立了考虑材料性能劣化的钢筋与混凝土本构关系模型。
  2)依据考虑材料性能劣化的钢筋与混凝土本构模型,利用ABAQUS软件建立受弯构件有限单元模型,选取合理的有限元单元模型、网格划分和迭代运算方法。经与单调加载和低周反复加载的模型试验结果对比,验证了本构模型和分析方法的稳定性和准确性。
  3)采用建立的ABAQUS有限元模型分析了钢筋混凝土受弯构件不同损伤参数,如:纵筋锈蚀率、混凝土碳化深度变化对受弯构件在低周反复荷载作用下的响应的影响。分析结果表明,纵筋锈蚀率的增加将使构件承载力、延性、耗能能力显著下降;碳化深度对构件承载能力作用不明显,但构件延性和耗能能力有所下降。
  4)通过对不同钢筋锈蚀率和混凝土碳化深度的受弯构件滞回性能的综合分析比较,建立了损伤钢筋混凝土受弯构件的恢复力模型骨架曲线,模型较好地反映了钢筋锈蚀率变化对恢复力模型骨架曲线特征参数的影响。

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