钢筋混凝土多梁结构的分层壳元计算法.pdf

年月水利学报第卷第期收稿日期作者简介张剑男安徽青阳人博士生主要从事土木工程理论研究文章编号钢筋混凝土多梁结构的分层壳元计算法张剑叶见曙东南大学交通学院江苏南京摘要分析了钢筋混凝土多梁不同支承型式对分层壳元法计算结果的具体影响建立实体退化壳元后用分层壳元模拟了钢筋混凝土多梁结构基于双折线模型和理论考虑了钢筋混凝土非线性效应有效地模拟了多梁的开裂屈服和失效全过程并深入研究了在简支体系铰支体系和铰支弹性支承体系下多梁的结构响应通过与钢筋混凝土多梁的已有试验成果比较可知理论计算结果与试验数据吻合良好研究表明分层壳元法是钢筋混凝土多梁结构的有效计算方法铰支弹性支承型式为合理的支承型式且该法可用于渡槽等其它薄壁钢筋混凝土结构的计算分析关键词钢筋混凝土多梁分层壳元法支承型式薄壁结构中图分类号文献标识码在水利及土木工程中薄壁钢筋混凝土结构有着广泛的应用梁作为一种常用的薄壁结构形式其结构的研究一直受到学者们的普遍重视等采用分层梁单元对梁结构进行了非线性分析等考虑了塑性铰长度采用具有假定弯矩曲率关系的梁单元分析了预应力混凝土梁结构特性张峰等等将分层梁单元理论应用到钢筋混凝土梁非线性分析在梁分析中除了使用单一的单元模型外还有使用多种单元组合进行分析的方法等采用梁单元模拟梁的梁肋采用分层板单元模拟梁的翼缘板等采用带刚臂的节点梁单元模拟梁的梁肋采用节点的壳单元模拟梁的翼缘板但梁单元不能充分表征结构力学特征而体单元的节点和单元多计算工作量大分层壳元法在一定程度上克服了这些缺点用较少的单元信息就能充分表征结构特征且能比较方便地模拟多梁这类薄壁结构目前绝大部分梁结构的分析成果都忽略了模型和实际梁结构间边界条件的差异但这些差异却对梁结构的非线性影响较大必须考虑边界条件的修正为此本文针对钢筋混凝土多梁结构引入退化分层壳元理论考虑钢筋混凝土结构非线性效应对其结构进行计算分析并研究不同支承型式对钢筋混凝土多梁结构的影响效应钢筋混凝土多梁的分层壳元描述体单元及相应的退化壳元如图所示图中体单元的控制节点个退化壳元的控制节点个用于描述退化壳元的信息明显减少且假设退化壳元的垂直于中面的法线在变形后仍为直线垂直于壳中面的应力分量假设为零多梁由钢筋和混凝土两类材料组成其材料性能和应力是壳元曲线坐标系中坐标的不连续函数而钢筋混凝土多梁屈服开裂等结构行为需用到沿壳厚方向的积分来表达分层法简洁而有效地解决了此问题将不连续函数的积分问题转化为有限项级数求和问题且能保证工程精度分层模型如图所示相应的钢筋混凝土应力修正模型如图所示分层壳元几何描述位移插值的数学推演过程见文献图体单元相应的退化壳单元图壳元分层模型图分层壳元法中钢筋混凝土应力的修正模型钢筋混凝土多梁的材料非线性描述混凝土屈服准则由于壳元需考虑横向剪切作用本文选择双参数三轴屈服准则表达式为?式中为应力张量第一不变量为应力偏量第二不变量为等效应力取为单轴抗压强度为材料参数根据单轴抗压试验和双轴等压试验标定式中?为双向抗压强度流动法则采用常用的关联流动法则混凝土强化准则强化准则确定了塑性变形过程中后继屈服面加载表面的运动利用有效应力和有效塑性应变的物理意义使得混凝土力学行为的描述可用单轴试验来外推得到多轴时的情况弹塑性矩阵中的强化参数可由有效应力对有效塑性应变的斜率表示即?基于线型的单轴有效应力和有效塑性应变关系式为式中为单轴有效应力为初始弹性模量为单轴抗