基于有限元的框架剪力墙结构非线性与倒塌分析

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要近年来，我国城市化进程加快，建筑行业迅猛发展，高层建筑密度不断加大，同时地震灾害也较为严重。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，但钢筋混凝土框架剪力墙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框架剪力墙结构发生倒塌，人员伤亡和财产损失及其严重。研究钢筋混凝土框架剪力墙结构的弹塑性，有助于更为深入的了解钢筋混凝土框架剪力墙结构的抗倒塌性能，这将是结构抗震领域未来的主要

2、研究方向之一。基于上述原因，本文就钢筋混凝土剪力墙构件及其结构的弹塑性，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）钢筋混凝土剪力墙构件单元构型及其非线性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剪力墙结构构件的单元构型，选用了ABAQUS显式分析模块中的壳单元模拟剪力墙片，三维纤维梁单元B31模拟剪力墙的边缘约束。[1]笔者通过编写显式求解模块的VUMAT材料接口程序，调用基于文献提出的考虑包辛格效应的双折线强化模型（以下简称R1）。将分析结果曲线与

3、ABAQUS自带的随动强化模型（以下简称R0）分析结果曲线进行对比。（2）剪力墙变参数模拟分析本文采用R1钢筋本构对不同轴压比和高宽比的剪力墙构件进行非线性分析，得出变参数剪力墙构件的力学性能，通过与试验结果曲线对比证明本文采用的钢筋本构模型能够用于框架剪力墙结构在强震作用下的非线性分析。（3）完善PKPM与ABAQUS之间的模型转换程序笔者在已开发的转换程序基础上根据论文需要添加了剪力墙构件PMSAP模型中边缘约束的信息转换，实现了论文中的模型均为参数化建模，提高了工作效率。（4）框架剪力墙结构非线性发展与倒塌分

4、析利用转换程序，将单榀两层三跨框架剪力墙结构的PMSAP模型转换为ABAQUS有限元模型，通过VUMAT调用钢筋本构模型，数值模拟所得滞回曲线与试验实测滞回曲线相吻合。对结构进行非线性分析及强震作用下的倒塌模拟，破坏形态与真实受力状态下框架结构的破坏相同。关键词：ABAQUS；PMSAP；转换程序；框架剪力墙；非线性分析；倒塌分析Ⅱ摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractInrecentyears,theurbanizationprocessofChinaaccelerated

5、,theconstructionindustrydevelopedrapidly,thedensityofhigh-risebuildingsincreasecontinuously,whileearthquakeismoreserious.Withtherapidurbanconstructioncarriedout,therehasbeenmoreandmorecomplexstructuresandnewstructure,butreinforcedconcreteframeshearwallstructur

6、ehavetheadvantagesthateaseconstruction,clearloadpathandflexiblearchitecturallayout,soithaveaccountsforalargeproportioninthepriorbuildingstructure.Alargeamountofdamagestatisticsshowthatintheearthquakeseriousareastherewerealargenumberofreinforcedconcreteframeand

7、shearwallstructurecollapse,casualtiesandpropertylossseriously.ThestudyofshearwallofreinforcedconcreteframestructuresElastic-plasticcontributetoadeeperunderstandingofbehaviorofreinforcedconcreteframeshearwallstructureanti-collapse,whichwillbeoneofthenextmajorea

8、rthquakeresearchdirectionsinthefieldstructure.Basedontheabovereasons,inthispaper,weusedthereinforcedconcreteshearwallcomponentsandstructureoftheelastic-plastic,combinedwiththelarge