基于有限元的钢筋混凝土框架结构倒塌分析

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1、分类号：UDC：学校代码：10153密级：公开硕士学位论文基于有限元的钢筋混凝土框架结构倒塌分析作者姓名：指导教师：申请学位：所在单位：郝中华王强副教授工学硕士土木工程学院入学年月：学科专业：2011年9月结构工程论文提交日期：2013年11月论文答辩日期：2013年12月学位授予日期：2014年1月答辩委员会主席：康立中答辩委员会组成：鏖童虫塞4明昱赵韭徨漫韭延生．崔璺羞金峤——声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括

2、本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：鸯冲竿日期：2．of弓、仁．∞学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(或其授权机构)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。(如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。)作者和导师同意网上交流的时间为作者获得

3、学位后：不限团半年口一年口一年半口两年口作者签名：赫冲爷导师签名：j钨日期：≥Dl；年7z月日期：2．ol弓年硕士研究生学位论文摘要I摘要我国是世界上城市化速度最快的国家，同时也是地震灾害最为严重的国家。随着城市建设的高速开展，出现了越来越多的复杂结构和新型结构，但钢筋混凝土(Rc)框架结构因其具有易于施工、传力路径清晰和建筑平面布置灵活等优点，在现有建筑结构中仍占很大的比例。大量的震害资料显示，在震灾严重的地区大量钢筋混凝土(Rc)框架结构发生倒塌，人员伤亡和财产损失及其严重。研究钢筋混凝土结构倒塌破坏过程，有助于更为深入的了解

4、钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能，这将是结构抗震领域未来的主要研究方向之一。基于上述原因，本文就钢筋混凝土框架结构及构件的断裂破坏和倒塌问题，结合大型通用有限元软件ABAQUS开展了模拟研究。主要内容如下：1、钢筋混凝土梁柱构件单元构型及其单元消除技术研究基于对结构整体分析时计算效率及准确性的考虑，本文研究了用于模拟钢筋混凝土框架结构构件的单元构型，选用了ABAQUS显式分析模块中的铁摩辛柯(Timoshenko)三维纤维梁单元B31。B31单元可以较好地描述轴向、弯曲和扭转变形，且能够考虑结构倒塌破坏中的接触碰撞问题，适用于进行结

5、构倒塌分析。为解决有限单元法无法直接描述构件由连续体变为非连续体的断裂破坏过程的问题，本文采用单元消除(杀死)技术，以“牺牲”构件关键截面处个别单元为代价，近似地模拟构件的断裂破坏。2、钢筋、混凝土材料破坏准则研究结构倒塌破坏的本质是材料的失效断裂破坏。本文研究了目前较为常用的破坏准则，其中极限应变准则能够较好地描述结构倒塌破坏的本质，其破坏阈值仅与材料自身性能有关，且容易通过试验测定。故采用极限应变准则作为破坏标准。另外，本文研究了钢筋、混凝土材料在拉、压状态下的破坏特点，对钢筋、保护层混凝土、核心混凝土分别定义了不同的破坏规则

6、。3、钢筋混凝土柱单、双向往复加载下的数值模拟本文分别模拟了单、双向往复加载时钢筋混凝土柱的模拟了钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏过程，并进行了对比，发现双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能。这对于进行钢筋混凝土框架结构在强震作用下的倒塌破坏机制研究具有重要的意义。4、平面框架倒塌破坏数值模拟本文对往复荷载下钢筋混凝土柱破坏过程进行了模拟，并与试验结果进行了对比。数值模拟所得滞回曲线与试验实测滞回曲线相吻合，且破坏形态与真实受力状态下框架结构的破坏相同。5、PKPM与ABAQUS之间的模型转换程序的编制采用

7、有限元软件ABAQUS进行结构整体建模时，若人工建模则效率极低。为提高建II摘要硕士研究生学位论文模效率，实现快速建模。本文开发了PKPM与ABAQUS软件之间的模型转换程序——研究了PKPM据文件的格式，基于Python语言编制转换程序，实现两个不同软件之间模型的转换，达到快速建模的目的。综上所述，本文研究了有限单元法进行钢筋混凝土框架结构倒塌破坏过程的相关技术，较好地实现了钢筋混凝土柱构件以及平面框架进行了倒塌破坏模拟。另外，本文编制的模型转换程序有效地实现了快速建模，降低了结构整体倒塌研究的成本。关键词：钢筋混凝土柱；框架结

8、构；结构倒塌；有限单元法；纤维单元；破坏准则；显式动力；ABAQUS硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractChinaistheworld‘Surbanisingfasterthantheothercity,andit’Salsot