钢筋混凝土框架结构静力非线性分析程序研制

摘要

本文针对混凝土框架结构进行了下列研究： 首先，对基于力形函数的梁柱单元和基于柔度法的计算流程进行了改进。由于基于力形函数的梁柱单元可以严格精确地描述结构实体间的内力关系，因此比传统的基于位移形函数的单元具有明显的精度优势。但缺点是每个荷载步下的计算过程复杂，结构位移要逐步协调才能收敛。因此，分析总结了现有的基于力的形函数和基于位移形函数的梁柱单元理论，对结构、单元、截面、材料各个实体之间的流程控制、迭代方法等逐一进行论述，同时对基于柔度法的流程控制进行了改进。 其次，针对非线性全过程分析中的负刚度问题提出了新的虚拟单元法。通过对结构整体进行pushover分析可以近似模拟结构破坏的全过程，然而，对混凝土结构的全过程分析研究仍然难以突破极限荷载而得到下降段，因此，在虚拟弹簧法的基础上发展了一种可以保证同时多点加载的方法即新的虚拟单元法，描述了该方法的原理和施加步骤，进行了实例验证。 另外，对基于力形函数的单元算法进行了参数敏感性分析。分析和设计人员可以通过对结构反应进行敏感性分析找出关键的控制参数，分清主要和次要的结构参数。这样，要对结构优化、可靠度分析和系统识别等，进行结构反应的参数敏感性分析就成为一项必需的重要手段。先后有学者提出了对基于力形函数单元进行敏感性分析的计算理论，缺乏明确显式的计算形式。因此，推导了统一的计算公式，与现有公式进行比较分析，并选取了悬臂钢梁和钢框架进行参数敏感性分析的实例，较好地验证了上述理论的正确性。最后，针对上述理论进行了非线性有限元程序的编制工作，分别选取了一定量的实例进行分析，其结果与试验结果和传统的有限元软件SAP2000进行了比较，验证了所编程序的有效性。

目录

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声明

第一章绪论

1.1静力弹塑性分析方法研究进展

1.1.1地震学向地震危害性研究领域的过渡

1.1.2基于性能的抗震设计方法

1.1.3pushover分析方法进展

1.2框架结构非线性有限元模型

1.3材料本构模型

1.3.1混凝土的本构模型

1.3.2钢筋本构模型

1.3.3钢筋与混凝土之间的粘结

1.4非线性有限元分析极限荷载与下降段的求解

1.5参数敏感性分析

1.6结构分析软件的开发

1.7本文的主要工作

第二章基于纤维模型的梁柱单元理论

2.1纤维模型的提出

2.2截面的划分方式

2.3截面的力学描述

2.3.1纤维的力学描述

2.3.2截面的力学描述

2.3.3纤维和截面之间的物理关系

2.4基于纤维模型的梁柱单元

2.4.1力学状态的描述

2.4.2各实体之间满足的物理关系

2.5、结构分析的过程控制

2.5.1、循环控制

2.5.2流程精度控制

2.6两种纤维模型的计算结果对比分析

2.6.1框架概况

2.6.2结果对比分析

2.7本章小结

第三章虚拟单元法的理论探讨

3.1结构负刚度问题的提出

3.2平衡解答的线性稳定性分析

3.3现有解决负刚度问题的方法

3.3.1虚拟弹簧法与复合结构解法

3.3.2弧长法

3.3.3下降段在SAP2000程序中的处理方法

3.4虚拟单元法的原理

3.5虚拟单元法的实施步骤

3.6双层单跨钢筋混凝土平面框架程序分析实例

3.6.1结构实例概况

3.6.2程序计算结果分析

3.6.3对极限荷载理论的探讨

3.7小结

第四章梁柱单元参数敏感性理论分析与验证

4.1结构反应的参数敏感性分析理论

4.1.1在结构层次上的反应敏感性分析

4.1.2在单元和截面层次上的反应敏感性分析

4.1.3在材料层次上的反应敏感性分析

4.2程序实例验证

4.2.1悬臂钢梁

4.2.2五层平面钢框架

4.3结论

第五章有限元软件的研制与混凝土框架低周反复加载和单向推覆分析实例验证

5.1自主有限元软件的研制

5.1.1程序编制所采用的语言结构

5.1.2程序的功能和界面介绍

5.2单点加载程序实例分析

5.2.1单层单跨的混凝土框架结构分析

5.2.2三层单跨的混凝土框架结构分析

5.3多点加载的程序实例分析

5.3.1三层混凝土框架多点加载

5.3.2十层混凝土框架多点加载

5.4小结

第六章结论与展望

6.1本文主要结论

6.2进一步工作方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果