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《静力和动力荷载作用下混凝土高层结构的倒塌模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第2期(总第126期)山 西 地 震No122006年4月EARTHQUAKERESEARCHINSHANXIApr1文章编号:100026265(2006)0220007205静力和动力荷载作用下混凝土高层结构的倒塌模拟陆新征,缪志伟,江见鲸,叶列平(清华大学土木工程系,北京 100084)摘要:在MSC.Marc有限元分析软件程序的基础上,开发了针对钢筋混凝土杆系结构的钢筋混凝土纤维模型程序THUFIBER。在该程序中,结构构件中的混凝土和钢筋分别用不同的纤维来模拟,从而使得材料滞回特性得到较准确的表达。为了验证本程序的计算能力,本文针对一个钢筋混凝土高层框架结构进行了静力弹塑性
2、分析和动力时程分析,结果表明,THUFIBER具有出色的分析非线性问题的能力,可以进行结构倒塌模拟。关键词:地震;纤维模型;混凝土;倒塌模拟中图分类号:P31519 文献标志码:A图1 截面纤维划分0 引言Fig11Divisionofsectionfiber对建筑结构在地震作用下的倒塌破坏模式进行模拟和预测,对于研究建筑物的安全性以及评估地震损失有重大意义。但是,在目前的模拟中,为了克服建筑物倒塌时严重的非线性所带来的数值计算上的问题,必须进行大量简化假设,这可能使得分析结果与实际[123]情况有所差异。在MSC.Marc2003有限元分析软件程序的基础上,开发了针对钢筋混凝土
3、杆系结构的钢筋混凝土纤维模型程序THUFIBER。在该程序中,结构构件中的混凝土和钢筋分别用不同的纤维来模[4]拟,从而使得材料滞回特性得到较准确的表达。以一个钢筋混凝土高层框架结构静力弹塑性分析和动力时程分析为例,说明THUFIBER程序的分析能力。1 截面纤维划分及纤维本构模型在THUFIBER程序中,每个钢筋混凝土杆件截面被划分成36个混凝土纤维和4个钢筋纤维(见图1)。用户可以分别定义每个纤维的位置、截面积和本构关系。程序自动根据平截面假定得到每个纤维的应变,并迭代计算确保截面应力平衡。图2 程序中的混凝土本构关系THUFIBER提供的混凝土本构关系(见图2),用Fig12C
4、onstitutiverelationofconcreteintheprogram户需要输入5个变量定义混凝土的单轴应力应变行为:收稿日期:2005212205;修回日期:2006201220基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(No.20040003095)及教育部科学技术研究重点(重大)项目(No.704003)资助。作者简介:陆新征(1978-),男,安徽省芜湖人。2005年毕业于清华大学土木工程系,博士,讲师;缪志伟(1981-),男,江苏省南通人。清华大学土木工程系在读博士研究生;江见鲸(1938-),男,江苏省常州人。1963年毕业于清华大学土木工程系,教授,博士生导
5、师;叶列平(1960-),男,浙江省温州人。1988年毕业于东南大学土木工程系,博士,教授,博士生导师。·8·山 西 地 震2006年第2期混凝土的初始弹性模量,混凝土峰值抗压强度fc及其压应变Ec,极限抗压强度Ru及其压应变Eu。其骨架[5]线分为两段,上升段的表达式为式(1),下降段为直线,滞回关系为原点指向型,不考虑混凝土的抗拉强度。通过修改混凝土的极限抗压强度(Ru),可以模拟普通混凝土、约束混凝土等多种混凝土的材料行为。2EER=fc2- 。(1)EcEcTHUFIBER提供的钢筋本构模型为理想弹塑性图4 极限弯矩—轴压关系模型,当钢筋拉应变达到断裂应变后发生破坏退出工Fi
6、g14Limitbendmomentversusaxispressure作。该程序可以较好地模拟钢筋混凝土柱在不同轴压条件下的弯矩曲率关系,以及相应的软化行为。图3为2 建筑物模型及分析参数一悬臂柱在不同轴压条件下的杆端水平力-杆端侧移为了验证THUFIBER程序的计算能力,对一个关系,可见该程序可以较好地得到构件的软化行为。如钢筋混凝土高层建筑模型进行了静力弹塑性分析果将图3得到的构件最大弯矩和相应的轴压绘制成轴(pushover)和动力时程分析。建筑物模型为一规则框压-极限弯矩相关关系图,则见图4。可见该相关关系架结构,其截面参数见表1,柱距均为5m,层高一层为和现有理论吻合很好
7、。4.5m,其他为3m。柱脚假设理想固结于地面。各榀框架以及柱脚编号见图5。材料参数取混凝土弹性模量E0=30GPa,抗压强度fc=30MPa,峰值压应变Ec=0.002,极限抗压强度fu=20MPa,极限抗压应变Eu=0.004。钢筋弹性模量为Es=200GPa,屈服强度400MPa,拉断应变2%。图3 悬臂柱杆端水平力-杆端侧移关系Fig13Horizontalforceofrodendofcantilever图5 各榀框架和柱脚编号columnver
