低剪力墙抗剪承载力的非线性有限元分析

摘要

影响剪力墙抗剪承载力的因素有很多，如剪跨比、配筋率、混凝土强度、荷载、边框约束情况等。明确低剪力墙的受力破坏机理是探讨其极限承载力的关键。试验和理论分析表明低剪力墙一般发生剪切破坏，在墙体混凝土开裂前，腹板混凝土承担大部分剪力，存在着斜拉主应力；在墙体开裂后，腹板混凝土退出工作，腹板中的钢筋承担大部分剪力。对于带边框的剪力墙，边框与腹板混凝土共同工作，随着水平荷载进一步增大，边框约束了腹板混凝土的开裂，产生明显的“套箍效应”，提高了构件的延性和抗剪承载力。试验结果表明剪力墙的开裂一般是在腹板混凝土中产生，而后在边框柱端产生破坏，此时低剪力墙达到极限承载力。但目前国内外对低剪力墙的腹板和约束腹板变形的边框两者共同工作的受力机理尚未研究透彻，很有必要进一步研究带边框的低剪力墙抗剪承载力的影响因素。 本文以有限单元方法为基础；以混凝土、钢筋、型钢的本构关系等为理论依据；采用非线性分析方法；运用FORTRAN语言编写剪力墙结构承载力分析程序。通过建立承载力因子影响模型，着重分析了腹板相对厚度、腹板配筋率、边框中型钢含量和轴压比对低剪力墙承载能力的影响规律，并与规范规定计算公式的计算结果进行比对分析。同时，本文还综合了目前已有的研究成果，着重分析了带边框的低剪力墙在极限承载力状态下边框和腹板各自的内力分布情况。对低剪力墙的抗剪承载力的计算方法做出了进一步地探讨。并且，将多组计算结果与有限元分析结果进行了对比分析。本课题的研究对工程实践方面具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

第2章结构材料的本构关系

2.1概述

2.2混凝土的本构关系

2.2.1非线性弹性模型

2.2.2单向应力应变状态下dσ与dε的关系

2.2.3双轴正交各向异性本构关系

2.3钢筋的本构关系

2.3.1单调加载下，钢筋的应力-应变关系

2.3.2反复加载作用下，钢筋的应力-应变关系

第3章钢筋混凝土有限单元方法理论

3.1概述

3.2位移法

3.2.1平衡方程

3.2.2边界条件

3.2.3按位移求解平面问题

3.3平面有限单元法

3.3.1有限元分析的基本步骤

3.3.2四节点平面等参单元

3.4钢筋混凝土有限元模型

3.4.1概述

3.4.2整体式模型

第4章非线性有限元分析方法

4.1非线性方程组求解

4.1.1非线性分析概述

4.1.2切线刚度迭代法

4.1.3收敛准则

4.2混凝土开裂与破坏

4.2.1裂缝模式

4.2.2混凝土开裂、破坏后的处理

第5章非线性有限元程序设计

5.1有限元程序设计概述

5.1.1有限元程序设计的主要内容

5.1.2有限元程序设计的基本步骤

5.1.3有限元程序设计的基本要求

5.2非线性有限元分析程序《SWNLFEAP》简介

5.2.1 《SWNLFEAP》的结构与流程图

5.2.2《SWNLFEAP》的特点

第6章有限元计算结果分析

6.1低剪力墙有限元分析模型概述

6.2低剪力墙有限元计算结果分析

6.2.1腹板的相对厚度t／D对承载力的影响

6.2.2腹板的配筋率ps对承载力的影响

6.2.3型钢的截面积Aα对承载力的影响

6.2.4轴压比对承载力的影响

第7章带边框低剪力墙极限承载力计算分析

7.1基本理论与计算方法

7.1.1基本假定

7.1.2计算模型与力学分析

7.1.3应力分布简化和计算方法推导

7.2极限承载力的计算与分析

结 论

致 谢

参考文献

附录