钢筋混凝土短肢剪力墙结构非线性损伤分析

作     者：曹杨 

作者单位：同济大学 

学位级别：博士

导师姓名：李杰

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：短肢剪力墙 非线性损伤分析 混凝土弹塑性损伤本构模型 宏观三角形分区平板壳单元 概率密度演化方法 随机损伤演化模拟 损伤延性指标 

摘      要：结合国家“十五科技攻关课题“住宅建筑体系与工程质量保障关键技术中的短肢剪力墙研究，本文针对混凝土弹塑性损伤本构模型、随机结构分析以及结构延性分析等关键科学问题，全面开展了钢筋混凝土短肢剪力墙结构的非线性损伤分析研究。 针对剪切闭锁效应，本文引入一种基于假设自然应变方法的宏观三角形分区平板壳单元。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)和用户自定义材料(UMAT)子程序，将宏观三角形分区平板壳单元与基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型成功嵌入了ABAQUS主分析模块。经典试验单向Jain-Kennedy板和双向McNeice板的数值模拟结果表明：宏观三角形分区平板壳单元对于钢筋混凝土板壳结构非线性分析是行之有效的。 利用连梁屈服先于墙肢屈服以及连梁屈服后的内力重分布效应，本文介绍了一种新型抗震结构形式——双连梁短肢剪力墙，作为后文非线性分析的验证模型。 针对同种整体尺寸和相近似配筋构造方式的两榀典型短肢剪力墙试件，本文采用基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型进行了非线性全过程数值仿真。通过考察不同位移水平下应力与对数应变分布变化特征，仿真结果真实而鲜明地揭示了试件的内力重分布过程，从微观层次细致再现了钢筋混凝土结构的非线性反应，从而建窋起一套完整的从本构到结构的静力非线性分析模式。 基于概率密度演化方法，本文开展了双连梁短肢剪力墙试验的随机损伤演化模拟研究。通过广义概率密度方程，分别研究了结构荷载与受拉、受剪损伤随机过程，分析了三者在结构受力全过程中均值、方差以及□异系数的叐化特征；通过分析研究典型位移水平下结构荷载与受拉、受剪损伤的概率密度曲线以及极限状态下各自所对应的等概率线分布，不仅清睨阐释了随机损伤演化的多样性与复杂性，而且为从本质上认识非线性问题提供了可能途径。 基于损伤值的非递减特性以及结构承载力的变化趋势，本文构造出一类新型损伤指标—荷载曲线以描述结构的延性性能。结合两种配筋比率简支梁与三种几何型式剪力墙试件的损伤分布特征，该章归纳总结了结构延性性能与受损区域的分布特征以及分布范围之间的内在联系；选择一定荷载阈值水平，依次计